NO782882L - Treghetsstyresystem. - Google Patents

Treghetsstyresystem.

Info

Publication number
NO782882L
NO782882L NO782882A NO782882A NO782882L NO 782882 L NO782882 L NO 782882L NO 782882 A NO782882 A NO 782882A NO 782882 A NO782882 A NO 782882A NO 782882 L NO782882 L NO 782882L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
axis
gyroscope
accelerometer
vehicle
platform
Prior art date
Application number
NO782882A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Willis Maughmer
Original Assignee
Litton Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Litton Systems Inc filed Critical Litton Systems Inc
Publication of NO782882L publication Critical patent/NO782882L/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/166Mechanical, construction or arrangement details of inertial navigation systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/24Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/007Preparatory measures taken before the launching of the guided missiles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/183Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)
  • Steering Controls (AREA)

Description

Oppfinnelsen angår et treghetsstyresystem for å bestemme orientering i rommet av en akse i systemet og for detektering av posisjonen av en bevegelig bærekonstruksjon når systemet bæres av denne.
Et slikt system er beskrevet i U.S.-patentsøknad
nr. 7^9.356. Videre er det foreslått å anvende odometeret'i et kjøretøy i forbindelse med kompassavlesninger for å følge et kjøretøys kurs.
Det '.sistnevnte system er naturligvis meget grovt og kan ikke enkelt anvendes under militære feltforhold eller i andre tilfeller hvor nøyaktighet og tidsavhengighet er viktige faktorer. Når det gjelder et fullstendig treghetsnavigasjons-system hvor det anvendes to eller flere gyroskoper og annet tilhørende utstyr slik det anvendes i vanlige fly, er disse forholdsvis kompliserte og kostbare. Disse systemer er forbundet med store omkostninger og større nøyaktighet enn det som er nødvendig for mange anvendelser.
Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilfreds-stille dette behov for et enkelt billig treghetsstyresystem som leverer helnings- og kursinformasjon og som er i stand til å innstille seg hurtig og når anvendt i et kjøretøy i forbindelse" "méd et odometer vil levere informasjon om både horisontal og vertikal posisjon av kjøretøyet under bevegelse.
Oppfinnelsen er basert på den erkjennelse at'et styresystem som anvender bare ett gyroskop og bare ett akselerometer kan konstrueres under anvendelse av en pendel-opphengning som bærer de to instrumenter på sådan måte at systemets ene akse som danner en rett vinkel med gyroskopets spinnakse og med akselerometerets følsomme akse, holdes i et vertikalplan som inneholder aksen hvis orientering skal bestemmes. Videre ble pendelopphengningen .valgt for å avkople instrumentene fra rullebevegelse av kjøretøyet uten å innvirke på detekterings- og overvåkningsfunksjonen for instrumentene når de leverer informasjon om asimut og helning og dermed levere en kontinuerlig indikering. av forflytningen av treg-hetsstyresystemet og dermed en bærekonstruksjon, vanligvis et kjøretøy i både horisontal og vertikalretningskomponenter,
Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en plattform som er svingbart lagret om en akse hvis orientering skal bestemmes og som er utstyrt med et akselerometer og et gyroskop med to frihetsgrader, hvor akselerometerets følsomme akse og gyro^-skopets- spinnakse er orientert i retning av den førstnevnte akse.
Fortrinnsvis danner akselerometerets følsomme akse
og gyroskopets spinnakse aksen hvis orientering skal bestemmes. I praksis kan bærekonstruksjonen være et kjøretøy hvis akse front-bak i bevegelsesretningen er den akse hvis orientering skal bestemmes. Ved en bestemt utførelse av oppfinnelsen kan bærekonstruksjonen omfatte en prosjektilavfyringsenhet som er montert på kjøretøyet hvor prosjektilbevegelsesretningen danner aksen som skal bestemmes.
Et ytterligere trekk ved en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter et odometer i kjøretøyet og en elektronisk posisjonsindikator som mottar signalet fra gyroskopet'; akselerometeret og odometeret, samt en vinkelkoder som avgir signaler som representerer vinkelen for plattformens helning i forhold til bærekonstruksjonen. Videre kan plattformen være et bord hvis vinkelorientering om en vertikal akse er bestemt av innstillingsmuligheten for den svingbare lagring. Mekanismen for å tilveiebringe et antall bestemte vinkelstillinger mellom tre forhåndsbestemte posisjoner i innbyrdes 90° av hvilke to er slik at den felles akse som danner den følsomme akse for akselerometeret og spinnaksen for gyroskopet faller sammen med aksen hvis orientering skal bestemmes. I tillegg hertil kan det anordnes en dempemekanisme som minsker følsom^heten for støt i den svingbare lagring for plattformen.
Som det vil fremgå av beskrivelsen nedenfor går det teknologiske prosjekt ut på å gi et kjøretøy eller et annet bevegelig objekt et enkelt treghetssystem som er pendelopp-'hengt i kjøretøyet for å rotere om en enkelt akse som skal kalles aksen av interesse og som normalt er front-bak-aksen for kjøretøyets bevegelse. Treghetssystemet omfatter bare et gyroskop og et akselerometer og gyroskopet har sin spinnakse i fast forhold til akselerometerets' følsomme akse. Disse to akser er anordnet parallelt eller faller sammen med pendelaksen eller aksen av interesse om hvilken treghetssystemet er opphengt>;og hvis orientering skal bestemmes.
I samsvar med flere bestemte trekk ved en utførelse av oppfinnelsen oppnås selvinnstilling ved at gyroskopet og akselerometeret er montert sammen- for vinkelforskyvning i forhold til pendelopphengningen til en eller to ekstra nøy-aktig bestemte vinkelposisjoner i forhold til sin^normåle^faste posisjon., Pendelopphengningstreghetsystemet omfatter to instrumenter som er utstyrt med en vinkelkode." for indikering av rulle- eller kippebevegelse av kjøretøyet om pendelaksen og anvendelse av en dempemekanisme har vist seg fordelaktig for å unngå for kraftige svingninger av pendelopphengningstreg-hetssystemet.
Når systemet anvendes i et kjøretøy kan det for-enklede treghetssystem anvendes for en begynnende kalibrering av kjøretøyets odometer og deretter kan treghetssystemet og odometeret anvendes i kombinasjon for å gi en kontinuerlig indikasjon av posisjonen av kjøretøyet i forhold til utgangs-punktet .
Egnet elektronisk utstyr som kan likestilles med treghetsfølerne, dvs. gyroskopet og akselerometeret, kan anvendes for begynnelsesinnstillingen, for kontinuerlig indikering av helning og innstilling av treghetssystemet og hvis anvendt i forbindelse med odometer,kan gi egnet kompensering av feil som ellers kan innføres. Videre kan det elektroniske utstyr anvendes for å kombinere posisjonsberegninger i øyeblikket med utgangsposisjonene for å gi en indikering av kjøretøyets posisjon i øyeblikket.
En særlig fordel ved systemet er dets mulighet for å utelukke uønskede feil ved treghetsinstrumentet, sammen med lave omkostninger og forholdsvis stor nøyaktighet.
Et utførelseseksempel på "'oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser i perspektiv og delvis i snitt et pendelopphengt treghetssystem ifølge oppfinnelsen.
Fig. 2 viser i perspektiv en del av fig. 1.
Fig. 3 viser i perspektiv en mulig anvendelse for treghetssystemet på fig. 1. Fig. 4 viser skjematisk mekanismen som anvendes for å svinge plattformen som bærer akselerometeret og gyroskopet i systemet på fig. 1 under bégy.nnelsesinnstillingen. Fig. 5 viser et diagram for kalibreringen av systemet når både treghetssystemet og et odometer anvendes for levering av inngangssignaler til systemet. Fig. 6 viser et blokkskjema for systemet på fig. 1. Fig. 7 viser et blokkskjema for komponentene i treghetssystemet med tilhørende kretser.
Utførelseseksemplet på fig. 1 har en bærekonstruksjon 11 som ved hjelp av vibrasjonsisolatorer 12 er forbundet med braketter 13 for feste i kjøretøyet eller en annen bevegelig konstruksjon hvis orientering og posisjon skal bestemmes. En pendelopphengt treghetsenhet omfatter et roter-bart bord som består avr.en plattform 14 som er pendelopphengt ved hjelp av en del 24 i bærekonstruksjonen 11 i lagre 16 og 18. Plattformen 14 bærer instrumentene og lagrene danner pendelaksen 50. Montert på den svingbare plattform 14 er et gyroskop 20 med to frihetsgrader, et akselerometer som er montert symmetrisk om aksen for den svingbare plattform 14 i forhold til gyroskopet 20. og en drivmotor 22 som tjener til rotasjon av plattformen 14'i forhold til pendelopphengningen, men ikke til å rotere delen 24 under begynnelsesinnstillingen.
En dempemekanisme 26 som omfatter et hovedsakelig sylindrisk legeme 28 er montert i et oljefylt hus 30 og tjener til å dempe svingebevegelsen av pendelopphengningen om aksen 50 under sjokk og andre tilfeller med stor akselerasjon som påføres braketten 13.
En optisk kodeenhet 32 kan anvendes for kontinuerlig overvåkning av vinkelorienteringen av pendelopphengningen 14
i forhold til bærekonstruksjonen 11. I de tilfeller hvor pendelaksen 50 befinner seg i foroverretningen av kjøretøyets
bevegelse, vil koderen 32 levere en indikering for sideveis helning eller rulling av kjøretøyet. Koderen 32 kan f.eks. være en optisk koder som-enten gir et jevnt signalmønster eller en rekke pulser som tilføres elektroniske kretser for kontinuerlig indikering av vinkelorienteringen av kodeele-mentene.
Fig. 2 viser i sterkt forenklet form virkemåten heller enn den aktuelle konstruksjon. Den pendelopphengte plattform 14 henger ned fra og svinger om pendelaksen 50 som dannes av lagrene 16 og 18 og som befinner seg i kjøretøyets bevegelsesretning. På plattformen 14 befinner gyroskopet 20 seg med sin spinnakse i flukt med akselerometerets 21 følsomme akse og disse to akser er parallelle med pendelaksen 50.
Det skal bemerkes at pendelaksen 50 ikke alltid vil være horisontal. F.eks. når kjøretøyet beveger seg oppover bakke, vil pendelaksen 50 være orientert i len vinkel noe over horisontalplanet og tilnærmet parallelt med helningsvinkelen for underlaget for kjøretøyet i forhold til horisontalplanet.
For å illustrere følsomheten for gyroskopet 20 og akselerometeret 21 er det innført koordinatakser X,Y og Z for plattformen 14. Gyroskopets spinnakse er i Y-retningen. Følgelig kan gyroskopet detektere svingning av systemet om X-aksen og Z-aksen som begge står vinkelrett på spinnaksen Y. Akselerometeret 21 avføler på sin side akselerasjoner med komponenter i Y-retningen. Naturligvis er ikke gyroskopet 20 følsom for bevegelse i Y-retningen.
Når pendelaksen 50 ligger i front-bak aksen for kjøretøyets bevegelse, vil akselerometeret 21 måle helningsvinkelen for bevegelsesretningen av kjøretøyet, dvs. om det peker under eller over horisontalplanet. Asimut, dvs, kurs eller endring av kurs, måles av gyroskopet om Z-aksen, Rotasjon om X-aksen ..svarer til endringer i helningen av kjøre-tøyet f.eks. når det går over toppen av en bakke og ett av to utgangssignalérv-fra gyroskopet med to frihetsgrader avgir denne rotasj onsinformasj on.
Hakkene 52,54 og 56 i periferien av plattformen
14 tjener til begynrielsesinnstilling av systemet. De inn-stiller den pendelopphengte plattform 14 når den roterer om en av forskjellige bestemte posisjoner om den vertikale akse
58 slik det skal beskrives nærmere nedenfor.
Fig. 3 viser skjematisk systemet i forbindelse med
et armert kjøretøy 62 som er utstyrt med en rakettutskytnings-enhet 64. Enheten 64 er normalt orientert horisontalt, dvs.
i stiv forbindelse med hoveddelen av kjøretøyet 62. En hydraulisk innretning 66,68 kan imidlertid løfte enheten 64 til en ønsket helningsvinkel. Kjøretøyet 62 på fig. 3 er forsynt med treghetsstyreenheten 70 i samsvar med fig, 1 og 2 som er montert på rakettutskytningsenheten 64, Den pendelopphengte treghetsenhet 70 er forsynt med en lokal elektronisk styreenhet 72 fra hvilken signaler sendes til en sentral datamaskin 74 på hoveddelen av kjøretøyet 62. Denne datamaskin er forsynt med en inngang som via ledningen 76 er forbundet med en rulle 78 eller med en annen del av drivmekanismen for beltene 80 for å gi en odometerindikasjon av kjøretøyets tilbakelagte distanse og kjøretøyets hastighet.
Den pendelopphengte treghetsenhet 70 leverer informasjon som anvendes på to forskjellige måter. Når kjøre-tøyet beveger seg og rakettutskytningsenheten 64 er forbundet stivt med hoveddelen av kjøretøyet, vil pendelaksen ligge i flukt med den normale front-bak-retning for kjøretøyets bevegelse. Når kjøretøyet står stille og rakettutskytningsenheten 64 er rettet oppover dvs. i avfyringsposisjon som vist på fig. 3, vil enheten 70 levere både informasjon om ut-gangsasimut og helning og bestemmer også endringer som kan opptre som følge av f,eks. avfyring av en salve raketter eller ved at det tunge armerte kjøretøy 62 synker ned i underlaget,
Det neste som må tas i betraktning' er begynnelsesinnstillingen som anvendes for å bestemme retningen i hvilken pendelaksen 50 peker på jordoverflaten. På bakgrunn av at det er vel kjent at rotoren i et gyroskop vil opprettholde en fast orientering i treghetsspinnet, slik at instrumentet kan detektere endringer i orientering om sine følsomme akser fra utgangsorienteringen til rommet. Mens det er vanlig å betrakte jorden som fast referanse, kan rommet være en referanse som bestemmes ved posisjonen av faste stjerner på himmelen og jordrotasjonen som normalt er 360° på 24 timer.
Et gyroskop som avføler rotasjonsendringer i forhold til rommet roterer følgelig 15° pr. time (i virkeligheten 15,0412°) ved rotasjon av jorden om sin akse. Det skal også bemerkes at et enkelt gyroskop som befinner seg ved jordens ekvator og har sin spinnaksel pekende mot nord, vil det praktisk talt ikke være noen virkning som påvirker gyroskopet ved rotasjonen om jordaksen fordi gyroskopet vil fortsette å peke mot sann nord når jorden roterer. Begynnelsesinnstillingen som skal beskrives nærmere nedenfor anvender faktorer som er nevnt ovenfor for å bestemme den nøyaktige vinkelorientering av pendelaksen. Generelt innebærer dette at det tas en måling av jordens rotasjon og andre parametere med gyroskopet og akselerometeret pekende i en retning og deretter rotasjon av disse i 180° i forhold til den ikke roterende pendelopphengte del 24. I foreliggende tilfelle hvor bare ett gyroskop anvendes, er en tredje vinkelorientering på 90° halvveis mellom to andre orienteringer fordelaktig for å øke følsomheten når pendelaksen 50 er orientert slik at den peker øst eller^vest.
Disse trinn og de tilhørende matematiske analyser som inngår i begynnelsesinnstillingen og omfatter bestemmelse av asimut fra jordens rotasjon skal beskrives nedenfor. I de følgende analyser, er posisjonen A den normalt anvendte ;for den roterbare, pendelopphengte plattform 14 med en følerulle 84 i hakket 56. I posisjonen B er plattformen 14 rotert l80° slik at hakket 52 kommer i inngrep med rullen 84. Denne rotasjon utføres av drivmotoren 22 som er montert på den roterbare del av plattformen 14 og som har et lite tannhjul 86 som står i inngrep med et større tannhjul 88 som er festet på en.'.sentral rørformet del 25 av delen 24 som ikke roterer med plattformen 14. Den tredje posisjon C er 90° forskjøvet mellom posisjonene A og B og bestemmes av hakket 54.
Fig. 4 viser den roterbare plattform 14 med de tre hakk 52,54 og 56 og arreteringsrullen 84. Tre mikrobrytere 92,94 og 96 samvirker med en kam 98 på plattformen 14 for å tilveiebringe signaler som indikerer orienteringen av plattformen i de bestemte vinkelorienteringer når rullen 84 griper inn i et av hakkene. Mikrobryterne stopper motoren 22 når den ønskede vinkelposisjon A, B eller C er inntatt og signali-serer dette til systemets elektronikk.
Ved de matematiske analyser skal følgende symboler anvendes med indeksene A, B og C for målinger tatt i posi sjonene A, B og C og indeksene X,Y og Z som refererer seg til retningen Y og rotasjoner om aksene X og Z: er breddegrad som innføres utenfra i systemet, 9, er jordens rotasjonshastighet w er rotasjonshastigheten i radianer pr. sekund A er akselerasjon
x/j er asimut
ex er plant gyroskopnivå
V er akselerometerets basis
0 er helning, dvs. oppover eller nedover helning av
.pendelaksen
e .er gyroskopets asimutbasis
Trinn 1 - posisjon A
Måling' Gyro: ooXA, u)ZA
Akselerometer: AyA
Trinn 2 - posisjon B
Måling: Gyro: wXB, u>ZB
Akselerometer: Ayg
Dreiemomentets skalafaktor for gyroskopets Z-akse kalibreres også som resultat av denne rotasjon en kjent vinkel.
Trinn 3 - posisjon C anvendes bare hvis bevegelsesretning ty ligger innenfor
45° øst eller vest;
Måling; Gyro, ; coxc
Beregn bevegelsesretning:
Fig. 5 er et perspektivdiagram som er nyttig for å beskrive kalibreringen som anvendes i forbindelse med kjøre-tøyets odometer. Når treghetsenheten anvendes i forbindelse med odometeret, bringes pendelaksen i flukt med front-bakover-retningen for kjøretøyet. Dette vil være tilfelle på fig. 3 når rakettutskytningsenheten 64 befinner seg i laveste posisjon og fast forbundet med hoveddelen av det armerte kjøretøy 62,
På fig. 5 antas kjøretøyet befinner seg i punktet 102 og skal bevege seg til punktet 104 langs en oppoverrettet bane 106. Den horisontale linje 102 er projeksjonen av banen 106 og ytterpunktet 110 av den horisontale linje 108 har en avstand AZ under punktet 104.
I praksis er kursen B fra sann nord til det vertikale plan definert ved linjene 106 og 108 bestemt til å begynne med, I tillegg finnes helningsvinkelen E for punktet 104 fra punktet 102, Etter innføring av vinklene B og E etter utgangsinnstillingen for systemet kjøres kjøretøyet fra punktet 102 til punktet 104. Avstanden mellom punktene 102 og 104 er f.eks, 300 meter.
Under bevegelsen fra punktet 102 til 104 avleses odometeret den tilbakelagte avstand indikert av akselerometeret bestemmes og utgangssignalene fra gyroskopet anvendes for å beregne AX, AY og AZ , Deretter bestemmes bevegelsesbanens feilvinkel, helningsvinkelfeilen og odometerskalafaktoren i samsvar med uttrykkene 7,8 og 9 nedenfor:
Bevegelsesfeilvinkel
odometerskalafaktor
hvor B.... kurs.fra sann nord i punktet 104, målt i punkt 102
AB.... Bevegelsesbanefeilvinkel
AY.... punktets 104 avstand øst for punkt 102
AX.... punktets 104 avstand nord for punktet 102
E.... helningsvinkelen for bevegelsesbanen over horisontalplanet
AE.... helningsvinkelfeil
AZ.... punktets 104 avstand over punktet 102
Sq.... odometerskalåfaktor~
S^.... akselerometerskalafaktor
Xq.... avstand nordover beregnet fra odometermålinger XA.... avstand nordover beregnet fra akselerometermålinger Yq.... avstand østover beregnet fra odometermålinger YA.... avstand østover beregnet fra akselerometermålinger Ovenfor er den pendelopphengte treghetsenhet og
dens montering på en bevegelig innretning som f.eks. et kjøre-tøy beskreve,t sammen med både utgangsinnstillingen og den etterfølgende kalibrering i forbindelse med utgangssignalet fra kjøretøyets odometer. Når det gjelder akselerometeret og gyroskopet som anvendes i treghetsenheten, kan ethvert gyroskop med to frihetsgrader anvendes og et akselerometer med forholdsvis stor nøyaktighet. Fra et praktisk standpunkt bør disse ha minst mulige dimensjoner. Et egnet akselerometer er beskrevet i U,S.-patentskrift nr. 3.498.138. Et egnet gyroskop er beskrevet i U.S.-patentsøknad nr. 765.239 hvor det også er beskrevet matematikk og tilhørende utstyr for et slikt gyroskop.
På fig. 6 er vist odometeret 122 som er montert på kjøretøyets 124 ramme og gyroskopet 20" og akselerometeret 21" som danner en del av treghetsenheten 126 som er vist på fig. 1. Data fra odometeret 122, gyroskopet 20" og akselerometeret 21" tilføres kompensatorer 128, 130 resp.
132 for behandling i samsvar med de matematiske uttrykk-jovenfor.
Signalene fra gyroskopet omformes så til signaler som indikerer asimut, helning og rulling i blokken 134. Utgangssignalet fra blokken 134 og fra odometeret og akselerometeret gir avstands-informasjon, idet avstandsinformasjonen fra odometeret og akselerometeret omformes til standardkoordinater for lengde og bredde i merkatorprojeksjon nord og øst. Dette skjer i blokkene 136 og 138. Med data for både posisjon og stilling som tilføres inngangen 140 indikeres posisjonen i øyeblikket av blokken 142 og en egnet indikering eller elektriske ut-gangssignalér'" avgis. Fig. 6 er i virkeligheten et funksjonsskjema som indikerer operasjonsmodusen når både odometeret og treghetsenheten anvendes. Fig. 7 er et blokkskjema for treghetsenheten og tilhørende kretser som omfatter tre prinsipielle deler delt ved vertikale strekede linjer. Fra venstre til høyre er disse deler I lik treghetsenheten, II lik treghetsenhetens elektronikk og III datamaskinen.
Enheten I omfatter en optisk rullekoder 32, gyroskopet med to følsomhetsakser 152 og 154 for utgangssignalet X resp. utgangssignalet Z. Akselerometeret 21 er betegnet Y-ACCEL som betegner at den følsomme akse er i Y-retningen
som naturligvis er i flukt med pendelaksen 50 i treghetsenheten som nevnt i forbindelse med fig. 2. Motoren 22 som driver den roterbare plattform 14 på hvilken gyroskopet er montert for rotasjon for utgangsinnstillingen. Demperen 156 svarer til elementene 26,28 og 30 på fig. 1. Temperaturen i gyroskopet, akselerometeret og demperen avføles av motstander 158, 160 og 162.
Delen II omfatter en rebalanseringskrets 164 for gyroskopets X pulser og en rebalanseringskrets 166 for gyroskopets Z pulser, temperatursignalkretsen 168, rebalan-seringskretsen 170 for akselerometerets Y pulser og styreinn-retningen 172 for motoren. Kraftforsyningsenheten for drift av treghetsenheten er betegnet med 174. Kraftkilde for gyroskopet og' driften av spinnmotoren for gyroskopet er betegnet med 176.
Delen III har en pulsinngangskrets 178, analog-digitalomformeren l80 og styrereferanseenheten 182 som omfatter inngangs-utgangskretsene. En mikrodatamaskin 184 er forbundet med ledningen 186 og mottar signaler fra og overfører informasjon til styrereferanseenheten 182. Inngangene i styrereferanseenheten 182 har en breddegradsinngang og modusstyreinn-gangen som anvendes for å velge mellom utgangsinnstilling, kalibrering og normalt drift av systemet.
Det skal bemerkes at funksjonsdiagrammet på fig. 6 og blokkskjemaet på fig. 7 bare tjener til å illustrere hvor-ledes treghetsenheten kan anordnes i forskjellige systemer. Hvis en annen form for gyroskop og akselerometer anvendes, må de være elektronisk likestillet.
Bestemte matematiske analyser som er angitt nedenfor er nyttige for å begrense' feil som ellers kan påvirke driften av systemet uheldig.
Por det første må det foretas korreksjoner for pendelbevegelsen som skyldes akselerasjon under kjøretøyets bevegelse for å unngå den store feilkilde som kan oppstå ved sentrifugalakselerasjon når kjøretøyet svinger. Med informasjon fra odometeret kan imidlertid denne feilkilde korrigeres fra de velkjente uttrykk:
'.'o^hvor
a^ = akselerasjon som skyldes sentrifugalkraft w = kjøretøyets svingehastighet målt av z-aksen
for gyroskopet
Vy = kjøretøyets hastighet fremover
En måling v ysom leveres av odometeret og en måling w leveres av en følsom akse i gyroskopet. Når akselerasjonen a x er beregnet, kan vinkelen r psom pendelen er forskjøvet lett bestemmes fra følgende uttrykk:
hvor g er jordens gravitasjonskonstant.
Akselerometeret kan anvendes under bevegelsen for å korrigere helningsfeil og for kontinuerlig justering av odometerets skalafaktor for å ta hensyn til endringer av veiens tilstand eller lignende.
Da systemets helningsorientering 0 bestemmes ved matematisk integrering av utgangssignalene fra gyroskopets X-akse, vil feil som skyldes gyroskopets basisdrift bli øket med
tiden:
hvor w .X.er vinkelens rotasjonshastighet målt av gyroskopets X-akse.
Men akselerometeret leverer også et mål for vinkelen 0(t) i forhold til jordens gravitasjonsvektor g:
Ved å ta middelverdier av akselerasjonsavlesningene, og uavhengige målinger av 9 kan helningsfeil korrigeres til en verdi som er bestemt ay akselerometerets basisfeil.
Når kjøretøyet beveges i forskjellig terreng, kan skliing av hjul eller belter variere og påvirke endringen av skalafaktoren for odometeret. Akselerometeret kan anvendes for å detektere og korrigere slik endring av skalafaktor på følgende vanlige måte.
Den antatte endring av hastigheten Avo for et kort tidsintervall målt av odometeret kan uttrykkes som følger:
hvor S er odometerets skalafaktor,
. o
AV oer hastighetsendring målt av odometeret AvQ er den antatte hastighetsendring utledet ved a
anvende den forutsatte skalafaktor S .
o Den antatte endring av hastigheten målt av akselerometeret i samme tidsintervall er:
hvor gø er korreksjonen av akselerasjonen for helningsvinkelen for eliminering av gravitasjonen: a er den målte akselerasjon i retning forover av kjøretøyet og
Sa„ er akselerometerets skalafaktor.
Disse to uttrykk løst for ny antatt skalafaktor Sq kan oppnås:
Ved å anvende uttrykket ' (.17) kan det oppnås en kontinuerlig oppdateringsverdi for odometerskalafaktoren,
Pendelopphengningen i treghetsenheten ifølge oppfinnelsen tilstreber holde Z-aksen i gyroskopet i et plan parallelt med gravitasjonsvektoren og holde X-aksen i gyroskopet horisontal. Videre tilstrebes avkopling av kjøretøyets rulling fra den pendelopphengte plattform som bærer instrumentene. Disse trekk muliggjør minskning av treghetsinstru-mentutstyret fra to gyroskoper med to frihetsgrader og tre akselerometere til bare ett gyroskop og ett akselerometer.
På denne måte oppnås ved anvendelse av kjøretøyets odometer et billig og forholdsvis nøyaktig utstyr for å bestemme posisjon og orientering uten anvendelse av radio eller andre hjelpemidler og er ikke utsatt for ytre for-styrrelser. Konstruksjonen eliminerer feil som ellers kunne svekke nøyaktigheten av systemet. Det er klart at andre gyroskoper kan anvendes som f,eksv kjernemagnetiske resonans-gyroskoper eller lasergyroskoper og at alternative mekaniske anordninger kan anvendes for å forbedre funksjonene.

Claims (10)

1. Treghetsstyresystem for å bestemme orientering i rommet av en akse i systemet og for detektering av posisjonen av en bevegelig bærekonstruksjon når systemet bæres av denne, karakterisert ved en plattform (14) som er svingbart lagret om en akse (50) hvis orientering skal bestemmes og som er utstyrt med et akselerometer (21) og et gyroskop (20) med to frihetsgrader, hvor akselerometerets føl-somme akse og gyroskopets spinnakse er orientert i retning av den førstnevnte akse (50).
2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at akselerometerets (21) følsomme akse og gyroskopets (20) spinnakse danner aksen (50) hvis orientering skal bestemmes.
3. System ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bærekonstruksjonen er et kjøretøy (62) hvis akse foran-bak i bevegelsesretningen er aksen (50) hvis orientering skal bestemmes.
4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at bærekonstruksjonen omfatter en projektilavfyrings-enhet (64) som er montert på kjøretøyet (62) hvor projektil-bevegelsesretningen danner aksen (50).
5- System ifølge krav 3 eller 4, karakteris ert ved et odometer i kjøretøyetL(62), og en elektronisk posisjonsindikator som mottar, signaler fra gyroskopet (20), akselerometeret (21) og odometeret.
6. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert vv ed en vinkelkoder (32) som avgir signaler som representerer vinkelen for plattformens (14) helning i forhold til bærekonstruksjonen.
7- System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at plattformen (14) er et bord hvis vinkelorientering om en vertikal akse (58) er bestemt av innstillingsmuligheten for den svingbare lagring.
8, System ifølge krav karakterisert ved en mekanisme for å tilveiebringe et antall bestemte vinkelstillinger av plattformen (14).
9- System ifølge krav 8, karakterisert ved at mekanismen muliggjør svingning av plattformen mellom tre forhåndsbestemte posisjoner i innbyrdes 90°, av hvilke to ér slik at den felles akse (Y)_ som danner den følsomme akse for akselerometeret (21), og spinnaksen for gyroskopet (20) faller sammen med aksen (501 hvis orientering skal bestemmes.
10. System ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en dempemekanisme (26) som minsker følsomheten for støt i den svingbare lagring for plattformen (14).
NO782882A 1977-09-06 1978-08-24 Treghetsstyresystem. NO782882L (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/830,467 US4166406A (en) 1977-09-06 1977-09-06 Self-aligning pitch and azimuth reference unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO782882L true NO782882L (no) 1979-03-07

Family

ID=25257061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO782882A NO782882L (no) 1977-09-06 1978-08-24 Treghetsstyresystem.

Country Status (14)

Country Link
US (1) US4166406A (no)
JP (1) JPS5449487A (no)
AU (1) AU516949B2 (no)
BE (1) BE870232A (no)
CA (1) CA1095749A (no)
DE (1) DE2836859C2 (no)
DK (1) DK390978A (no)
FR (1) FR2402189A1 (no)
GB (1) GB2004368B (no)
IT (1) IT1106628B (no)
NL (1) NL7809113A (no)
NO (1) NO782882L (no)
NZ (1) NZ187842A (no)
SE (1) SE7809232L (no)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4302666A (en) * 1979-11-13 1981-11-24 The Boeing Company Position control system of the discontinuous feedback type
US4470336A (en) * 1982-08-05 1984-09-11 General Dynamics, Pomona Division Armored missile launch/shipping container
DE3370990D1 (en) * 1982-11-15 1987-05-21 Gec Avionics Inertial systems
DE3332795C2 (de) * 1983-09-09 1986-05-15 LITEF Litton Technische Werke der Hellige GmbH, 7800 Freiburg Feuerleitsystem für bewegte Waffenträger, insbesondere für Kampfpanzer
US4929952A (en) * 1984-06-11 1990-05-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Search-radar azimuth correction
US4833787A (en) * 1985-08-23 1989-05-30 Applied Technologies Associates High speed well surveying and land navigation
EP0218742B1 (de) * 1985-10-14 1989-07-19 LITEF GmbH Feuerleitsystem für indirekt richtbare Waffensysteme
DE3564488D1 (en) * 1985-10-14 1988-09-22 Litef Gmbh Device and method for the free orientation of the tilt and side angles of weapons that can be aimed indirectly
US4646990A (en) * 1986-02-18 1987-03-03 Ford Aerospace & Communications Corporation Magnetic roll sensor calibrator
DE3814958A1 (de) * 1988-05-03 1989-11-16 Teldix Gmbh Fahrzeug mit einer fahrzeugorientierungsanlage
IL87151A0 (en) * 1988-07-18 1989-09-10 Israel Aircraft Ind Ltd Integrated stabilized optical and navigation system
US4962768A (en) * 1988-09-12 1990-10-16 Lawrence Thompson Stromgren Stirrup-lock ankle support
CA1321418C (en) * 1988-10-05 1993-08-17 Joseph C. Mcmillan Primary land arctic navigation system
US5203199A (en) * 1990-10-12 1993-04-20 Teledyne Industries, Inc. Controlled acceleration platform
FR2691792A1 (fr) * 1992-06-02 1993-12-03 Giat Ind Sa Dispositif de déclenchement du tir d'une arme à feu.
US5481957A (en) * 1992-07-06 1996-01-09 Alliedsignal Inc. Aiming and pointing system for ground based weapons equipment
DE4401587A1 (de) * 1994-01-20 1995-07-27 Wegmann & Co Gmbh Kampffahrzeug sowie Transportsystem zu seiner Verladung in Transportflugzeuge
US5935191A (en) * 1994-11-08 1999-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Navigation apparatus for a vehicle
US6330866B1 (en) * 1998-05-22 2001-12-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Missile support and alignment assembly
US7749089B1 (en) 1999-02-26 2010-07-06 Creative Kingdoms, Llc Multi-media interactive play system
US7445550B2 (en) 2000-02-22 2008-11-04 Creative Kingdoms, Llc Magical wand and interactive play experience
US6761637B2 (en) 2000-02-22 2004-07-13 Creative Kingdoms, Llc Method of game play using RFID tracking device
US7878905B2 (en) 2000-02-22 2011-02-01 Creative Kingdoms, Llc Multi-layered interactive play experience
US7066781B2 (en) 2000-10-20 2006-06-27 Denise Chapman Weston Children's toy with wireless tag/transponder
DE10115217C1 (de) * 2001-03-28 2002-08-14 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahrzeugs
US6967566B2 (en) 2002-04-05 2005-11-22 Creative Kingdoms, Llc Live-action interactive adventure game
US20070066396A1 (en) 2002-04-05 2007-03-22 Denise Chapman Weston Retail methods for providing an interactive product to a consumer
US7674184B2 (en) 2002-08-01 2010-03-09 Creative Kingdoms, Llc Interactive water attraction and quest game
US9446319B2 (en) 2003-03-25 2016-09-20 Mq Gaming, Llc Interactive gaming toy
WO2005012944A2 (en) * 2003-07-29 2005-02-10 Frederick Mining Controls, Llc Geosteering detectors for boring-type continuous miners
US7313995B2 (en) * 2005-03-16 2008-01-01 Lockheed Martin Corporation Inclinable munitions launcher
JP4805633B2 (ja) 2005-08-22 2011-11-02 任天堂株式会社 ゲーム用操作装置
US8313379B2 (en) 2005-08-22 2012-11-20 Nintendo Co., Ltd. Video game system with wireless modular handheld controller
US7927216B2 (en) 2005-09-15 2011-04-19 Nintendo Co., Ltd. Video game system with wireless modular handheld controller
JP4262726B2 (ja) 2005-08-24 2009-05-13 任天堂株式会社 ゲームコントローラおよびゲームシステム
US8870655B2 (en) 2005-08-24 2014-10-28 Nintendo Co., Ltd. Wireless game controllers
US8308563B2 (en) 2005-08-30 2012-11-13 Nintendo Co., Ltd. Game system and storage medium having game program stored thereon
US8157651B2 (en) 2005-09-12 2012-04-17 Nintendo Co., Ltd. Information processing program
US7185575B1 (en) * 2005-10-04 2007-03-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Weapon mounting and remote position recognition system
JP4151982B2 (ja) 2006-03-10 2008-09-17 任天堂株式会社 動き判別装置および動き判別プログラム
JP5127242B2 (ja) 2007-01-19 2013-01-23 任天堂株式会社 加速度データ処理プログラムおよびゲームプログラム
US7813851B2 (en) * 2007-02-21 2010-10-12 Autoliv Asp, Inc. Sensing misalignment detection and estimation system
US7934652B2 (en) 2008-05-12 2011-05-03 Honeywell International Inc. Systems and methods for a lightweight north-finder
IL198109A (en) * 2009-04-07 2013-01-31 Azimuth Technologies Ltd Facility, system and method for finding the north
US9494385B2 (en) 2010-05-04 2016-11-15 Lasermax, Inc. Encoded signal detection and display
US8539685B2 (en) 2011-01-20 2013-09-24 Trimble Navigation Limited Integrated surveying and leveling
US8720102B2 (en) * 2011-09-09 2014-05-13 Lasermax, Inc. Target marking system
US10898845B2 (en) * 2017-07-31 2021-01-26 Fanca Technologies Pty Ltd. Mobile dust extraction device
FR3111978B1 (fr) * 2020-06-26 2022-07-01 Nexter Systems Dispositif de pointage pour un systeme d'arme comprenant une arme solidaire d'un chassis et procede mettant en oeuvre un tel dispositif

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2949785A (en) * 1956-02-29 1960-08-23 Litton Industries Inc Low drift gyro-stabilized platform
US3071008A (en) * 1959-08-20 1963-01-01 Litton Systems Inc Acceleration measuring system
US3127774A (en) * 1961-11-08 1964-04-07 North American Aviation Inc Means and method for determining the direction of the axis of rotation of a controllably rotating platform
DE1623347B1 (de) * 1967-02-15 1972-04-27 Anschuetz & Co Gmbh Kreiselkompass mit einem kreisependel
DE2411790C3 (de) * 1974-03-12 1978-06-29 Precitronic Gesellschaft Fuer Feinmechanik Und Electronic Mbh, 2000 Hamburg Verfahren und Waffensystem zur Bekämpfung von Oberflächenzielen
US4123849A (en) * 1976-04-02 1978-11-07 Litton Systems, Inc. Miniature north reference unit

Also Published As

Publication number Publication date
GB2004368B (en) 1982-01-27
AU3800178A (en) 1980-01-17
DE2836859C2 (de) 1982-07-01
NL7809113A (nl) 1979-03-08
SE7809232L (sv) 1979-03-07
IT7850956A0 (it) 1978-09-04
CA1095749A (en) 1981-02-17
FR2402189A1 (fr) 1979-03-30
US4166406A (en) 1979-09-04
DE2836859A1 (de) 1979-03-08
JPS5449487A (en) 1979-04-18
IT1106628B (it) 1985-11-11
DK390978A (da) 1979-03-07
NZ187842A (en) 1982-05-31
GB2004368A (en) 1979-03-28
BE870232A (fr) 1979-01-02
AU516949B2 (en) 1981-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO782882L (no) Treghetsstyresystem.
US4507737A (en) Heading reference and land navigation system
US10302453B2 (en) Attitude sensor system with automatic accelerometer bias correction
US3537307A (en) Self-compensated pendulous inertial reference apparatus for vehicles
CN106123883A (zh) 球体转子三轴陀螺仪
US20130138377A1 (en) Method for compensating drift in a position measuring device
US5247748A (en) Gyro compass
CA2722057A1 (en) Rate of turn signal generator with drift compensation
US2630017A (en) Acceleration correction of gyro-verticals
US4265111A (en) Device for determining vertical direction
US4123849A (en) Miniature north reference unit
US2835132A (en) Gyro verticals
US2637914A (en) Self-orienting three-axis reference apparatus
US3167763A (en) Vertical sensor
RU2408843C1 (ru) Аналитический гирокомпас для квазистатических измерений
US3548507A (en) Gyroscopic indicating system
US3455172A (en) Acceleration vector control system
RU130390U1 (ru) Гирокомпас лазерный
US3898744A (en) Constant precessed gyrocompass
US3490281A (en) Local vertical control apparatus
FR2513373A1 (fr) Perfectionnements apportes aux installations gyroscopiques de navigation assurant des fonctions de pilotage ou de stabilisation
RU2617136C1 (ru) Гирогоризонткомпас
JP2770077B2 (ja) キャリブレーション装置を内蔵するリングレーザジャイロ装置
US2603094A (en) Gyroscopic artificial horizon
RU2700720C1 (ru) Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора