NO304046B1

NO304046B1 - Gyro apparatus

Info

Publication number: NO304046B1
Application number: NO920960A
Authority: NO
Inventors: Kazutero Sato; Kanshi Yamamoto; Mikio Morohoshi; Noriyuki Akaba; Atsushi Kawakami
Original assignee: Tokimec Inc
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1998-10-12
Also published as: DE4208158A1; GB2254511B; GB9205289D0; GB2254511A; DE4208158C2; NO920960L; NO920960D0; JP3044357B2; JPH04283615A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et gyroapparat med første, andre og tredje satellittmottaksantenne med forutbestemt innbyrdes avstand som er innstallert på et navigerende befordringsmiddel og med en beregningsenhet for beregning av befordringsmidlets asimutvinkel, krengningsvinkel, stigningsvinkel og posisjon ved anvendelse av minst tre satellittradiobølger som mottas av antennene og faseforskjellen mellom radiobølgene. The present invention relates to a gyro device with first, second and third satellite receiving antennas with a predetermined mutual distance which is installed on a navigating means of transport and with a calculation unit for calculating the means of transport's azimuth angle, roll angle, elevation angle and position using at least three satellite radio waves which are received by the antennas and the phase difference between the radio waves.

Fra (US 4.754.280) er det kjent å anvende en treg-het småleenhet med tre gyroskoper og tre akselerasjonsmåle-re. Ifølge patentskriftet oppnås optimal stilling på basis av stillingsvektorsignaler fra treghetsmåleenheten og fra GPS-mottakeren ved hjelp av et Kalmanfilter. From (US 4,754,280) it is known to use an inertial unit with three gyroscopes and three acceleration meters. According to the patent document, the optimal position is achieved on the basis of position vector signals from the inertial measurement unit and from the GPS receiver using a Kalman filter.

Fra DK 146.868 er det kjent posisjonsbestemmelse med et anlegg hvor det i tillegg til et gyrokompass anvendes en akustisk doppler for beregning av en relativ posisjon, og posisjonen måles ved hjelp av optimal vektkoeffisient-bearbeidelse av utgangssignalet fra en mottaker, hvis funksjon er meget forskjellig fra funksjonen til mottakeren som anvendes i gyroapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Ifølge det danske patentskrift bestemmes utelukkende et fartøys posisjon. From DK 146,868, position determination is known with a system where, in addition to a gyrocompass, an acoustic doppler is used to calculate a relative position, and the position is measured by means of optimal weight coefficient processing of the output signal from a receiver, whose function is very different from the function of the receiver used in the gyro apparatus according to the present invention. According to the Danish patent document, the position of a vessel is exclusively determined.

I likhet med hva som er vanlig, er et skip eller lignende utstyrt med et gyrokompass og et magnetisk kompass som apparatur til måling av dets asimut slik at det under alle forhold kan seile trygt mens dets asimut konstant måles. As is common, a ship or the like is equipped with a gyrocompass and a magnetic compass as apparatus for measuring its azimuth so that it can sail safely under all conditions while its azimuth is constantly measured.

Imidlertid har gyrokompasset den ulempe at det behøver en aktueringstid (actuation time) på så mye som en time eller mer. Dessuten peker det magnetiske kompass mot jordmagnetismens nordpol slik at om skipets asimut bestemmes av det magnetiske kompass vil det nødvendigvis avvike fra sant nord. However, the gyrocompass has the disadvantage that it requires an actuation time of as much as an hour or more. Moreover, the magnetic compass points towards the north pole of the earth's magnetism, so that if the ship's azimuth is determined by the magnetic compass, it will necessarily deviate from true north.

Nylig er et navigeringssystem av typen globalt posisjoneringssystem (i det følgende ganske enkelt beteg-net som et GPS) foreslått for å unngå de ovennevnte ulemper og svakheter ved eksisterende teknologi, og dette kan konstant påvise et navigerende befordringsmiddels posisjon, såsom et skip eller lignende. GPS-systemet kan måle det navigerende befordringsmiddels posisjon på en tredimensjonal måte utfra data som leveres til det fra tre eller flere GPS-satellitter. Det forventes at i løpet av 1990-årene vil dette GPS-system kunne anvendes ved at det innføres en kommersielt tilgjengelig kode, d.v.s. en så-kalt C/A-kode. Recently, a navigation system of the global positioning system type (hereinafter simply referred to as a GPS) has been proposed to avoid the above-mentioned disadvantages and weaknesses of existing technology, and this can constantly detect the position of a navigating means of transport, such as a ship or the like. The GPS system can measure the position of the navigating vehicle in a three-dimensional manner based on data supplied to it from three or more GPS satellites. It is expected that during the 1990s this GPS system will be able to be used by introducing a commercially available code, i.e. a so-called C/A code.

I den GPS-signalbehandling som er basert på den ovennevnte ordinære måleprosess, kan utelukkende det navigerende befordringsmiddels posisjon måles, og det opptrer en alvorlig feil i prosessen for posisjonsmåling. Som en konsekvens, kan det navigerende befordringsmiddels asimut ikke måles ifølge GPS-systemet. På den annen side, presen-teres det en fremgangsmåte til beregning av det navigerende befordringsmiddels asimutvinkel. Ifølge denne fremgangsmåte beregnes det navigerende befordringsmiddels asimutvinkel ved hjelp av en to-posisjonsdifferensemessig finkalibret fremgangsmåte for samtidig måling som måler en fasedifferense for satellittradiobølger hvilket anvendes i den målemetode som kalles et differensialt GPS-system. In the GPS signal processing based on the above-mentioned ordinary measurement process, only the position of the navigating vehicle can be measured, and a serious error occurs in the position measurement process. As a consequence, the azimuth of the navigating vehicle cannot be measured according to the GPS system. On the other hand, a method for calculating the azimuth angle of the navigating means of transport is presented. According to this method, the azimuth angle of the navigating means of transport is calculated using a two-position differential fine-calibrated method for simultaneous measurement which measures a phase difference for satellite radio waves which is used in the measurement method called a differential GPS system.

Et prinsipp ifølge denne målemetode vil bli beskrevet i det følgende under henvisning til fig. 1. A principle according to this measurement method will be described in the following with reference to fig. 1.

I fig. 1, viser henvisningstallene 1 og 2 til mot-taksantenner som er installert på et navigerende befordringsmiddel (ikke vist), slik som eksempelvis et skip, en bil, et fly eller lignende. En grunnlinjelengde, d.v.s. en avstand L, mellom de to antenner 1 og 2 er kjent. Radio- bølger fra disse antenner 1 og 2 leveres til en GPS-asimutberegningsenhet 3 som på grunnlag av den følgende be-regningsprosess beregner en asimutvinkelkomponent $ for det navigerende befordringsmiddel. In fig. 1, the reference numerals 1 and 2 refer to receiving antennas which are installed on a navigating means of transport (not shown), such as, for example, a ship, a car, an airplane or the like. A baseline length, i.e. a distance L between the two antennas 1 and 2 is known. Radio waves from these antennas 1 and 2 are delivered to a GPS azimuth calculation unit 3 which, on the basis of the following calculation process, calculates an azimuth angle component $ for the navigating means of transport.

Slik det er vist i fig. 1, kan det antas at en radiobølge fra en enkelt GPS-satellitt 5 samtidig mottas av antennene 1 og 2. På det tidspunkt frembringes det, på grunn av GPS-satellittens 5 posisjon og avstanden L mellom antennene 1 og 2, en avstandsdifferense som er vist ved hjelp av henvisningstall D i fig. 1, mellom den radiobølge som mottas av antenne 1 og den radiobølge som mottas av antenne 2. Dersom det er en bestemt bærebølges radiobølge som oppfattes, kan i såfall denne avstandsdifferense D måles som radiobølgens faseforskjell (tidsforskjell). Dermed kan avstandsdifferensen D oppnås ved at faseforskjellen multipliseres med radiobølgens bølgelengde. Dersom avstandsdifferensen D er fremkommet, er avstanden L allerede kjent slik at det navigerende befordringsmiddels asimuvinkel i forhold til GPS-satellitt 5 kan beregnes som $ = cos"<1>(D/L) (1) As shown in fig. 1, it can be assumed that a radio wave from a single GPS satellite 5 is simultaneously received by the antennas 1 and 2. At that time, due to the position of the GPS satellite 5 and the distance L between the antennas 1 and 2, a distance difference is produced which is shown by reference number D in fig. 1, between the radio wave received by antenna 1 and the radio wave received by antenna 2. If it is a specific carrier wave radio wave that is perceived, in that case this distance difference D can be measured as the radio wave's phase difference (time difference). Thus, the distance difference D can be obtained by multiplying the phase difference by the wavelength of the radio wave. If the distance difference D has been determined, the distance L is already known so that the azimuth angle of the navigating means of transport in relation to the GPS satellite 5 can be calculated as $ = cos"<1>(D/L) (1)

I denne måleprosess blir en mottakskode ikke alltid dekodet. In this measurement process, a reception code is not always decoded.

En asimutvinkel 6 som dannes av en linje som forbin-der GPS-satellitt 5 og antennene 1, 2 og sant nord (N) beregnes som følger: Etter at radiobølgen fra GPS-satellitten 5 er mot-tatt i antenne 1, mottas radiobølger fra minst to - eller flere - andre GPS-satellitter. Deretter dekodes de mottatte radiobølgers C/A-koder, og et overføringstidspunkt og et mot-takstidspunkt for radiobølgen fra GPS-satellitten beregnes for derved å oppnå en utbredningstid fra GPS-satellitten til antenne 1 for radiobølgen. Deretter beregnes en avstand fra antennen 1 til GPS-satellitten, d.v.s. avstanden fra GPS-satellitten til det navigerende befordringsmiddel ved å multiplisere den beregnede utbrednings tid med radiobølgens bølgelengde. Siden de posisjoner som er ekvidistante fra en GPS-satellitt befinner seg på en kuleformet flate hvis radius er lik avstanden, beregnes det tre kuleformede flater fra de tre GPS-satellitter samt et skjæringspunkt mellom de tre kuleformede flater, hvor-ved den mottakende antennes 1 posisjon bestemmes. Dersom mottaksantennens 1 posisjon er fremkommet, og idet GPS-satellittens 5 posisjon allerede er kjent, kan asimutvinkelen 8 beregnes utfra en retningscosinus av en posi-sjonsvektor fra antenne 1 til GPS-satellitten 5. An azimuth angle 6 formed by a line connecting the GPS satellite 5 and the antennas 1, 2 and true north (N) is calculated as follows: After the radio wave from the GPS satellite 5 is received in antenna 1, radio waves are received from at least two - or more - other GPS satellites. The C/A codes of the received radio waves are then decoded, and a transmission time and a reception time for the radio wave from the GPS satellite are calculated to thereby obtain a propagation time from the GPS satellite to antenna 1 for the radio wave. A distance from the antenna 1 to the GPS satellite is then calculated, i.e. the distance from the GPS satellite to the navigating vehicle by multiplying the calculated propagation time by the radio wave's wavelength. Since the positions that are equidistant from a GPS satellite are located on a spherical surface whose radius is equal to the distance, three spherical surfaces are calculated from the three GPS satellites as well as an intersection point between the three spherical surfaces, at which the receiving antenna is activated 1 position is determined. If the position of the receiving antenna 1 has been determined, and since the position of the GPS satellite 5 is already known, the azimuth angle 8 can be calculated from a direction cosine of a position vector from antenna 1 to the GPS satellite 5.

Elementet som anvendes til å utføre posisjonsbe-regningsprosessen utfra de mottatte radiosignaler for derved å oppnå antennens 1 posisjon, er en GPS-datamaskin-enhet 4 som mottar radiobølgen fra antennen 1. Videre er elementet til utførelse av den forannevnte beregning av <i> og beregningen av (4> + 8) på basis av posisjonsdata fra GPS-posisjonsberegningsenheten 4 og de data som mottas fra antennene 1, 2, GPS-asimutberegningsenheten 3. The element used to carry out the position calculation process based on the received radio signals in order to thereby obtain the position of the antenna 1, is a GPS computer unit 4 which receives the radio wave from the antenna 1. Furthermore, the element for carrying out the aforementioned calculation of <i> and the calculation of (4> + 8) on the basis of position data from the GPS position calculation unit 4 and the data received from the antennas 1, 2, the GPS azimuth calculation unit 3.

Som beskrevet ovenfor, fremstilles det navigerende befordringsmiddels asimutberegningsenhet 3 i form av (3> + 8), som deretter utmates derifra i form av et digitalt signal. As described above, the azimuth calculation unit 3 of the navigating means of transport is produced in the form of (3> + 8), which is then output from it in the form of a digital signal.

Imidlertid, i det konvensjonelle måleapparat for asimutvinkel som gjør effektiv anvendelse av GPS-satellit-tene, behøver måleprosessen for asimutvinkel betydelig tid, og dermed kan asimutvinkel ikke måles kontinuerlig. Som en konsekvens av dette opptrer det, eksempelvis når et lite skip vender, en feil i måleprosessen for asimutvinkel på grunn av en forsinkelse i tid. However, in the conventional azimuth angle measuring apparatus that makes effective use of the GPS satellites, the azimuth angle measurement process requires considerable time, and thus the azimuth angle cannot be measured continuously. As a consequence of this, for example when a small ship turns, an error occurs in the measurement process for the azimuth angle due to a delay in time.

Videre har GPS-radiobølgen et areal og en tid hvori en målefeil øker, noe som henger sammen med GPS-satellittens lokalisering. I tillegg blir måleprosessen vanskelig-gjort på grunn av en magnetisk anomali som forårsakes av solaktiviteten. Furthermore, the GPS radio wave has an area and a time in which a measurement error increases, which is related to the GPS satellite's location. In addition, the measurement process is made difficult due to a magnetic anomaly caused by solar activity.

Som en metode til å unngå de ovennevnte svakheter, er det foreslått en målemetode for asimutvinkel hvori en vinkelhastighetssensor (d.v.s. en hastighetsgyro) og et måleapparat for asimutvinkel som anvender det ovennevnte GPS kombineres. Imidlertid, i samsvar med den målemetode for asimutvinkel hvori den ovennevnte asimutvinkelhastig-hets sensor og måleapparaturen for GPS-asimutvinkel kombineres, er det, når en påvisningsakse for vinkelhastighet helles til siden mens skipet vender, den ulempe at det opptrer en feil i den asimutvinkel som påvises av vinkelhastighetssensoren. As a method to avoid the above weaknesses, an azimuth angle measuring method in which an angular rate sensor (i.e., a rate gyro) and an azimuth angle measuring device using the above GPS are combined is proposed. However, according to the azimuth angle measuring method in which the above azimuth angle rate sensor and the GPS azimuth angle measuring apparatus are combined, when an angular rate detection axis is tilted to the side while the ship is turning, there is a disadvantage that an error occurs in the azimuth angle which is detected by the angular velocity sensor.

Derfor er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe et gyroapparat hvori de ovennevnte ulemper og svakheter som opptrer med kjent teknologi kan elimineres. Therefore, it is an object of the present invention to produce a gyro apparatus in which the above-mentioned disadvantages and weaknesses which occur with known technology can be eliminated.

Mer spesifikt er det for den foreliggende oppfinnelse et mål å frembringe et gyroapparat hvori et navigerende befordringsmiddels, slik som et skips, asimutvinkel kan frembringes kontinuerlig og med høy nøyaktighet, og uten tidsforsinkelse. More specifically, it is an aim of the present invention to produce a gyro apparatus in which the azimuth angle of a navigating means of transport, such as a ship, can be produced continuously and with high accuracy, and without time delay.

For den foreliggende oppfinnelse er det et ytterligere mål å frembringe et gyroapparat som kontinuerlig kan frembringe en asimutvinkel med høy nøyaktighet selv når en feil ved en asimutvinkel som frembringes fra en GPS-satellitt øker. For the present invention, it is a further object to produce a gyro apparatus which can continuously produce an azimuth angle with high accuracy even when an error in an azimuth angle produced from a GPS satellite increases.

For den foreliggende oppfinnelse er det nok et ytterligere mål å frembringe et gyroapparat hvori, når vibrasjonsgyroen, i det tilfelle det er den som anvendes, får lang levetid, lavt kraftforbruk og kort aktueringstid. For the present invention, it is another further aim to produce a gyro apparatus in which, when the vibration gyro, if it is the one used, has a long life, low power consumption and short actuation time.

For den foreliggende oppfinnelse er det enda et ytterligere mål å frembringe et gyroapparat som kan måle ikke bare asimutvinkelen, men også posisjonen og hastigheten presist. For the present invention, it is still a further aim to produce a gyro apparatus which can measure not only the azimuth angle, but also the position and the speed precisely.

Gyroapparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved The gyro apparatus according to the invention is characterized by

a) en vinkelhastighetssensor som er festet til det navigerende befordringsmiddel slik at det navigerende a) an angular velocity sensor which is attached to the navigating means of transport so that the navigating

befordringsmiddels giringsakse blir anvendt som inngangsakse for vinkelhastighetssensoren, the gearing axis of the means of transport is used as the input axis for the angular velocity sensor,

b) en adderer som blir tilført et utgangssignal fra b) an adder to which an output signal is supplied from

vinkelhastighetssensoren, the angular velocity sensor,

c) en integreringsenhet for integrering av utgangssignalet fra addereren, d) en sammenligningsenhet for sammenligning av et utgangssignal fra integreringsenheten med befordringsmidlets asimutvinkel som er resultatet av mottak av satellittradiobølgene med beregningsenheten, e) en kompensasjonsenhet for kompensasjon av et avvik som er påvist av sammenligningsenheten, og f) en enhet for mating av et utgangssignal fra kompensasjonsenheten til en terminal for negative inngangssignaler til addereren, idet det navigerende befordringsmiddels asimutvinkel kan fremskaffes kontinuerlig med god nøyaktighet fra integreringsenheten. c) an integration unit for integrating the output signal from the adder, d) a comparison unit for comparing an output signal from the integration unit with the vehicle's azimuth angle which is the result of reception of the satellite radio waves by the calculation unit, e) a compensation unit for compensation of a deviation detected by the comparison unit, and f) a unit for feeding an output signal from the compensation unit to a terminal for negative input signals to the adder, the azimuth angle of the navigating vehicle being continuously obtained with good accuracy from the integration unit.

Med gyroapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan asimutvinkelen måles kontinuerlig uavhengig av den utgående syklusverdi av GPS-satellittens asimutvinkel-beregningsenhet og dessuten uavhengig av det navigerende befordringsmiddels holdningsvinkel. Derfor kan asimutvinkelen måles meget nøyaktig uten en tidsforsinkelse av asimutmåleverdien på grunn av bevegelse av det navigerende befordringsmiddel, slik som et skip eller lignende. With the gyro device according to the present invention, the azimuth angle can be measured continuously independently of the output cycle value of the GPS satellite's azimuth angle calculation unit and also independently of the attitude angle of the navigating means of transport. Therefore, the azimuth angle can be measured very accurately without a time delay of the azimuth measurement value due to movement of the navigating means of transport, such as a ship or the like.

Oppfinnelsen vil nå beskrives ved hjelp av eksempel under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori-gjennom like deler er henvist til med like betegnelser, og hvori: Fig. 1 viser et skjematisk diagram som anvendes til å forklare et prinsipp for måling av en asimutvinkel for et navigerende befordringsmiddel i samsvar med kjent teknologi . Fig. 2 viser et skjematisk diagram som anvendes til å forklare et prinsipp for måling av en asimutvinkel, en krengningsvinkel og stigningsvinkel på basis av et globalt posisjoneringssystem (GPS) i gyroapparatet. Fig. 3 viser et blokkdiagram for en utførelsesform av et gyroapparat ifølge med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et skjematisk diagram som anvendes til The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which like parts are referred to with like designations, and in which: Fig. 1 shows a schematic diagram used to explain a principle for measuring an azimuth angle for a navigational means of transport in accordance with known technology. Fig. 2 shows a schematic diagram which is used to explain a principle for measuring an azimuth angle, a bank angle and a pitch angle on the basis of a global positioning system (GPS) in the gyro apparatus. Fig. 3 shows a block diagram for an embodiment of a gyro apparatus according to the present invention. Fig. 2 shows a schematic diagram which is used for

å forklare et prinsipp for måling av en asimutvinkel, en krengningsvinkel og en stigningsvinkel på basis av GPS-systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og fig. 3 er et blokkdiagram som viser en utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelse som anvender en vinkelmålt verdi som frembringes av den GPS som er vist i fig. 2. to explain a principle of measuring an azimuth angle, a bank angle and an elevation angle on the basis of the GPS system in accordance with the present invention and fig. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention that uses an angular measured value produced by the GPS shown in FIG. 2.

I fig. 2 og 3, er deler som tilsvarer disse i fig. 1 merket med de samme betegnelser, og de behøver derfor ikke å beskrives i detalj. In fig. 2 and 3, are parts corresponding to those in fig. 1 marked with the same designations, and they therefore do not need to be described in detail.

Fig. 2 viser et arrangement hvori andre vinkler som er målt ved hjelp av det GPS-system som er vist i fig. 1 enn asimutvinkelen, d.v.s. en krengningsvinkel og en stigningsvinkel for et navigerende befordringsmiddel, kan måles. Slik det er vist i fig. 2, er mottaksantennen 1 installert på et navigerende befordringsmiddel (d.v.s. skip) med sikte på å motta en radiobølge fra GPS-satellitten (ikke vist). Deretter, under henvisning til den mottaksantenne 1 som nettopp er installert, installeres mottaksantenne 2 i en avstand fra mottaksantennen 1 tilsvarende en viss grunnlinj elengde Lxog en mottaksantenne 16 installeres på et punkt i en avstand fra mottaksantenne 1 tilsvarende en viss grunnlinjelengde L2i det samme plan med en forhåndssatt vinkel 8 derimellom. Fig. 2 shows an arrangement in which other angles which are measured using the GPS system shown in fig. 1 than the azimuth angle, i.e. a roll angle and a pitch angle for a navigating means of transport can be measured. As shown in fig. 2, the receiving antenna 1 is installed on a navigating means of transport (i.e. ship) for the purpose of receiving a radio wave from the GPS satellite (not shown). Then, referring to the receiving antenna 1 that has just been installed, the receiving antenna 2 is installed at a distance from the receiving antenna 1 corresponding to a certain baseline length Lx and a receiving antenna 16 is installed at a point at a distance from the receiving antenna 1 corresponding to a certain baseline length L2 in the same plane with a preset angle 8 in between.

Disse spesifikke numeriske verdier kan være slik at Lx= L2= 1 m og at 8 = 90°. I dette tilfelle, antas to-retningen å være et skips fartsretning. Utgående fra mot-taksantennene 1, 2 og 16 som er installert på denne måte er inngående til beregningsenheten 6 for GPS-vinkel som måler og deretter beregner en asimutvinkel, en krengningsvinkel og en stigningsvinkel for et navigerende befordringsmiddel på en tredimensjonal måte ved anvendelse av utgående fra GPS-posisjonsberegningsenheten 4 på basis av det prinsipp som er beskrevet tidligere i forbindelse med fig. 1. These specific numerical values can be such that Lx= L2= 1 m and that 8 = 90°. In this case, the two direction is assumed to be a ship's direction of travel. Starting from the receive roof antennas 1, 2 and 16 installed in this way are inputs to the GPS angle calculation unit 6 which measures and then calculates an azimuth angle, a roll angle and an elevation angle for a navigating means of transport in a three-dimensional manner using output from the GPS position calculation unit 4 on the basis of the principle described earlier in connection with fig. 1.

Det system som er vist i fig. 3 er konstruert ved anvendelse av asimutvinkelutgående, krengningsvinkelut- gående og stigningsvinkelutgående som er målt ved hjelp av det arrangement som er vist i fig. 2. The system shown in fig. 3 is constructed using azimuth angle output, bank angle output and pitch angle output which are measured using the arrangement shown in fig. 2.

I fig. 3 betegner henvisningstall 10 en vinkelhastighetssensor, såsom en hastighetsgyro som er festet til et navigerende befordringsmiddels skrog, d.v.s. et skipsskrog, på en slik måte at en vertikalakse for skipsskroget antas å være dens inngangsakse. Vibrasjons- eller vibreringsgyroen 10 er hastighetsgyroen uten et roterende organ slik at på basis av et prinsipp i dynamikken hvori en corioliskraft virker i den retning som er vinkelrett på både en vibrasjonsvektor og en vinkelhastighetsvektor som når den er en vinkelhastighet på det vibrerende objekt i retningen vinkelrett på den vibrerende vektor, utfra corioliskraften påviser størrelse og retning av vinkelhastigheten og mater ut en vinkelhastighet i form av en analog spenning. Tilfeldigvis, når vibrasjonsgyroen 10 anvendes som vinkelhastighetssensor, er denne vibrasjons-gyro ikke forsynt med det roterende organ og den har derfor lang levetid, kort aktueringstid og lavt kraftforbruk. In fig. 3, reference numeral 10 denotes an angular velocity sensor, such as a velocity gyro, which is attached to the hull of a navigating vehicle, i.e. a ship's hull, in such a way that a vertical axis of the ship's hull is assumed to be its input axis. The vibration or vibration gyro 10 is the velocity gyro without a rotating body so that on the basis of a principle of dynamics in which a Coriolis force acts in the direction perpendicular to both a vibration vector and an angular velocity vector which when it is an angular velocity of the vibrating object in the direction perpendicular on the vibrating vector, based on the Coriolis force, detects the magnitude and direction of the angular velocity and outputs an angular velocity in the form of an analog voltage. Coincidentally, when the vibration gyro 10 is used as an angular velocity sensor, this vibration gyro is not provided with the rotating member and it therefore has a long life, short actuation time and low power consumption.

Som vist i fig. 3 leveres vibrasjonsgyroens 10 utgående vinkelhastighet til en analog-til-digital (A/D) omformer 11, hvori den omformes til et digitalt signal. Deretter korrigeres dette digitale signal for helningen av den gyroinngående akse ved hjelp av en korreksjonsenhet 12, som vil bli beskrevet senere. Det digitale signal som dermed er korrigert ved hjelp av helningskorreksjonsenheten leveres gjennom en adderer E til en integrator 13. Integratoren 13 har til oppgave å integrere en vinkelhastighet, og utgående der fra representerer en vinkel. Utgående vinkel fra integratoren 13 er innstilt slik at vibrasjonsgyroens 10 inngående akse blir vertikalaksen. Dermed kan integratorens 13 utgående vinkel anses som en asimutvinkel for det navigerende befordringsmiddel. As shown in fig. 3, the output angular velocity of the vibration gyro 10 is supplied to an analogue-to-digital (A/D) converter 11, in which it is converted into a digital signal. This digital signal is then corrected for the inclination of the gyro input axis by means of a correction unit 12, which will be described later. The digital signal which is thus corrected by means of the slope correction unit is delivered through an adder E to an integrator 13. The integrator 13 has the task of integrating an angular velocity, and based on that represents an angle. The output angle from the integrator 13 is set so that the input axis of the vibration gyro 10 becomes the vertical axis. Thus, the output angle of the integrator 13 can be considered an azimuth angle for the navigating means of transport.

På den annen side sammenlignes den utgående asimutvinkel som er beregnet ved hjelp av beregningsenheten 6 for GPS-vinkel i fig. 6 med asimutvinkelen, noe som fremkommer ved integrering av vibrasjonsgyroens 10 utgående, ved hjelp av en komparator C, og en restvinkel derimellom er inngående til en kompensasjonsberegningsenhet 14. Kom-pensas j onsberegningsenheten 14 er dannet av (proporsjonal forsterking K + integrering) og fungerer ved at rest-vinkelen multipliseres med K. Et utgående som multipliseres med K fra kompensasjonsberegningsenheten 14 mates tilbake til addereren E ved integratorens 13 innmatings-trinn i form av en motsatt kode. On the other hand, the outgoing azimuth angle calculated by means of the calculation unit 6 for GPS angle is compared in fig. 6 with the azimuth angle, which is obtained by integrating the output of the vibration gyro 10, using a comparator C, and a residual angle in between is input to a compensation calculation unit 14. The compensation calculation unit 14 is formed by (proportional amplification K + integration) and functions in that the residual angle is multiplied by K. An output that is multiplied by K from the compensation calculation unit 14 is fed back to the adder E at the input stage of the integrator 13 in the form of an opposite code.

Dersom systemet er konstruert slik det er beskrevet ovenfor, kan asimutvinkelen, som fremkommer fra integra-sjonen av vibrasjonsgyroens 10 utgående vinkelhastighet, følge asimutvinkelen fra GPS-vinkelberegningsenheten 6. Dermed, selv om GPS-vinkelberegningsenhets 6 utgående syklus utvides, vil asimutvinkelen bli kompensert for av vibrasjonsgyroen 10 under nevnte periode slik at en kontinuerlig og nøyaktig asimutvinkel konstant kan bli matet ut. If the system is constructed as described above, the azimuth angle resulting from the integration of the output angular velocity of the vibration gyro 10 can follow the azimuth angle from the GPS angle calculation unit 6. Thus, even if the output cycle of the GPS angle calculation unit 6 is extended, the azimuth angle will be compensated for of the vibration gyro 10 during said period so that a continuous and accurate azimuth angle can be constantly fed out.

Den utgående krengningsvinkel og utgående stigningsvinkel fra GPS-vinkelberegningsenheten 6 leveres til helningskorreksjonsenheten 12 og anvendes til å korrigere vibrasjonsgyroens 10 utgående vinkelhastighetsfeil på grunn av endringen i det navigerende befordringsmiddels holdningsvinkel, noe som gjør det mulig å påvise det navigerende befordringsmiddels bevegelse i horisontalplanet korrekt. The output bank angle and output pitch angle from the GPS angle calculation unit 6 is delivered to the tilt correction unit 12 and is used to correct the vibration gyro 10's output angular velocity error due to the change in the attitude angle of the navigating means of transport, which makes it possible to detect the movement of the navigating means of transport in the horizontal plane correctly.

Dersom man betrakter denne funksjon i det tilfelle hvor det navigerende befordringsmiddel vender med en krengning med vinkel a, finnes det en vendingsvinkel-hastighet co som påvises av gyroen, og som befinner seg i det plan som heller med vinkel a, slik at en vinkelhastighet innen horisontalplanet representeres ved co x cos a. Dernest er asimutvinkelen, som fremkommer ved integrering av vinkelhastigheten, den vinkel som befinner seg i horisontalplanet slik at, når utgående co fra den gyro som er festet til skipsskroget anvendes, opptrer det en feil på 1 If one considers this function in the case where the navigating means of transport turns with a bank of angle a, there is a turning angular velocity co which is detected by the gyro, and which is located in the plane inclined by angle a, so that an angular velocity within the horizontal plane is represented by co x cos a. Next, the azimuth angle, which is obtained by integrating the angular velocity, is the angle located in the horizontal plane so that, when the output co from the gyro attached to the ship's hull is used, an error of 1

- cos a mellom den og en sann verdi. - cos a between it and a true value.

Dette gjelder også i det tilfelle hvor det navi gerende befordringsmiddel vender under stigningen, og det som resultat opptrer en feil p.g.a. stigningsvinkelen. This also applies in the case where the navigating means of transport turns during the climb, and as a result an error occurs due to the pitch angle.

Helningskorreksjonsenheten 12 er et element som på basis av det ovennevnte prinsipp anvender signalet fra GPS-en til å korrigere den feil som skyldes det navigerende befordringsmiddels holdningsvinkel. Utfra denne helningskorreksjonsenhet 12 blir det mulig å måle asimutvinkelen med stor nøyaktighet. The inclination correction unit 12 is an element which, on the basis of the above-mentioned principle, uses the signal from the GPS to correct the error due to the attitude angle of the navigating means of transport. Based on this inclination correction unit 12, it becomes possible to measure the azimuth angle with great accuracy.

Et visningsenhet 15 i fig. 3 er et element som deretter viser asimutvinkelen fra integratoren 13 og utgående posisjonsdata fra GPS-posisjonsberegningsenheten 4. A display unit 15 in fig. 3 is an element which then shows the azimuth angle from the integrator 13 and output position data from the GPS position calculation unit 4.

I fig. 3 representerer en stiplet blokk en kontrollenhet 16 som hindrer utgående fra komparatoren C i å leveres til kompensasjonsberegningsenheten 14 når kompara-torens C utgående verdi overstiger en bestemt referanseverdi (f.eks. 5°). Eksempelvis kan kontrollenheten 16 være dannet av en komparator som i den ene inngangsterminal tilføres den ovennevnte konstante verdi og i den andre inngangsterminal tilføres komparators C utgående. Når enhetens 14 utgående er større enn den ovennevnte referanseverdi, deriverer ikke kontrollenheten 16 det utgående . In fig. 3, a dashed block represents a control unit 16 which prevents output from the comparator C from being delivered to the compensation calculation unit 14 when the output value of the comparator C exceeds a certain reference value (e.g. 5°). For example, the control unit 16 can be formed by a comparator which is supplied with the above-mentioned constant value in one input terminal and the output of the comparator C is supplied in the other input terminal. When the output of the unit 14 is greater than the above reference value, the control unit 16 does not derive the output.

Slik det er fremsatt i det ovenstående, kan det i samsvar med den foreliggende oppfinnelse bevirkes følgende effekter: 1) Asimutvinkelen for et navigerende befordringsmiddel slik som et skip eller lignende kan med stor nøyaktighet frembringes kontinuerlig. As set out in the above, the following effects can be produced in accordance with the present invention: 1) The azimuth angle for a navigating means of transport such as a ship or the like can be produced continuously with great accuracy.

2) Asimutvinkelen kan måles uten tidsforsinkelse. 2) The azimuth angle can be measured without time delay.

3) Selv når en feil for en asimutvinkel som er fremkommet fra GPS-satellitten økes, kan asimutvinkelen kontinuerlig frembringes med stor nøyaktighet. 4) Når vibrasjonsgyroen anvendes, har gyroapparatet lang levetid, lavt kraftforbruk og kort aktueringstid. 5) Ikke bare asimutvinkelen, men også posisjonen og hastigheten kan måles nøyaktig. 3) Even when an error of an azimuth angle obtained from the GPS satellite is increased, the azimuth angle can be continuously produced with high accuracy. 4) When the vibration gyro is used, the gyro apparatus has a long service life, low power consumption and short actuation time. 5) Not only the azimuth angle, but also the position and speed can be accurately measured.

Claims

1. Gyro device with first, second and third satellite receiving antenna (1,2,16) with a predetermined mutual distance (L-^,!^) which is installed on a navigating means of transport and, with a calculation unit (6) for calculating the azimuth angle of the means of transport, roll angle, pitch angle and position using at least three satellite radio waves that are received by the antennas (1,2,16) and the phase difference between the radio waves, characterized by: a) an angular velocity sensor (10) which is attached to the navigation means of transport so that the navigation the gearing axis of the means of transport is used as the input axis for the angular velocity sensor (10), b) an adder (E) which is supplied with an output signal from the angular velocity sensor (10), c) an integration unit (13) for integrating the output signal from the adder (E), d) a comparison unit (C) for comparing an output signal from the integration unit (13) with the vehicle's azimuth angle which is the result of reception of satellite radio waves gene with the calculation unit (6), e) a compensation unit (14) for compensating a deviation detected by the comparison unit, and f) a unit for feeding an output signal from the compensation unit (14) to a terminal for negative input signals of the adder (E ), as the azimuth angle of the navigating means of transport can be obtained continuously with good accuracy from the integration unit (13).

2. Gyro device in accordance with claim 1, characterized in that an inclination correction unit (12) for the means of transport is inserted between an output side of the angular velocity sensor (10) and the adder (E) and is arranged to use output roll angle and pitch angle signals calculated in the calculation unit (6) on the basis of the satellite radio waves for the correction of the angular velocity.

3. Gyro device in accordance with claim 1, characterized by the control unit (16) which is arranged between the comparison unit (C) and the compensation unit (14) and which at one of its input terminals is provided with a constant reference value and at its other input terminal an output signal from the comparison unit is supplied one, so that when the comparison unit's output signal is greater than the constant reference value, the control unit produces no output signal.