DE2002513B2

DE2002513B2 - Vorrichtung zur automatischen Anzeige des Anfangskurses an Bord beweglicher Körper, die gyroskopische Navigationssysteme verwenden

Info

Publication number: DE2002513B2
Application number: DE2002513A
Authority: DE
Inventors: Maurice Croissy Yvelines Bezu (Frankreich)
Original assignee: Societe dEtudes et de Realisations Electroniques
Current assignee: Societe dEtudes et de Realisations Electroniques
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1970-01-21
Publication date: 1975-02-13
Also published as: US3664748A; DE2002513A1; DE2002513C3; GB1277182A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die durch Triangulation eine schnelle und sehr genaue Bestimmung der Ausrichtung eines beweglichen Körpers im Stillstand gegenüber einer Bezugsrichtuni· ermöglicht, insbesondere des Anfangskurses eines Luftfahrzeuges bestimmt.

Die Methoden zur Festlegung des Anfangskurses bestehen darin, entweder das Luftfahrzeug auf der Startbahn, deren Orientierung bekannt ist, auszurichten oder die von einem Magnetkompaß gelieferte Information an den Navigationsgeräten einzustellen. Ein genaueres Mittel ist die Verwendung eines Eichgyroskopes, das ebenfalls Bezugsgyroskop und Fluchtungskreisel genannt wird. Dieses Eichgyroskop, in dem ein ganz genauer Kurs eingespeichert bleibt, wird auf die Richtung, z. B. die geographische Nordrichtung, eines fest verankerten Sockels in der Nähe der Startbahn eingestellt, anschließend in das Luftfahrzeug transportiert und entsprechend der Längsachse desselben aufgestellt.

Das Eichgyroskop bestimmt die Orientierung des Luftfahrzeuges im Verhältnis zur Bezugsrichtimg des Sockels, und die von ihm gelieferte Information dient zur Neueinstellung der Navigationsgeräte auf diese Orientierung. Diese letztere Methode, die genauer ist als die vorstehend genannten, verlangt sehr viel mehr Zeit: Anlassen des Gyroskopes, Stabilisierung. Driftkorrektur; außerdem ist es eine schwierige Operation, die nur von qualifiziertem Personal durchgeführt werden kann. Eine derartige Methode kann nicht für die Durchführung einer sehr genauen Kurscinstellung mit einem Mindestmaß an Eingriffen und in sehr kurzer Zeit. /.. B. im Alarmfall, eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung hilft diesen Nachteilen dadurch ab, daß auf dem beweglichen Körper in seiner Längsachse und im bekannten, konstanten Abstand voneinander zwei Markierungen angebracht sind, daß im Abstand zum Körper zwei ebenfalls im hekannten. konstanten Abstand voneinander um senkrechte Achsen schwenkbare Sensoren vorgesehen sind, mit denen die Markierungen im Körper angepeilt und deren Peilwinke! bestimmt werden, und daß mittels eines Rechners, in dessen Speicher die Konstamen und die ermittelten Winkelwerte gespeichert sind bzw. eingegeben werden, die Ausrichtung des Körpers berechnet wird.

Die Sensoren können zwei Goniometer bekannter Bauart sein, die in Kursrichtung orientiert werden

ίο können. Die beiden Markierungen können, soweit es sich bei dem Körper um ein Luftfahrzeug handelt. in der Bezugsachse der Navigationsgeräte ausgerichtet sein. Die Goniometer bestimmen die Orientierungen der Markierungen des Luftfahrzeuges im Verhältnis zu einer bekannten Richtung. Der Rechner, de: dem Kursgeber zugeordnet ist oder der Bordrechner des Luftfahrzeuges oder auch der Rechner des Kontrollturmes sein kann, erhält diese Orientierungsinformationer. und bestimmt den Kurs des Luftfahrzeuges, auf den sich die Navigationsgeräte neu einstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Goniometer bekannter Bauart drehbar und auf einem Schwenkträger montiert. Der Schwenkträger ist im Verhältnis zu einer bekannten Richtung derart 01 ientiert, daß die beiden Goniometer, die ständig Huf die Markierungen des Luftfahrzeuges eingeregelt sind, parallel zueinander stehen.

Auch hier werden die Informationen, welche die Ausrichtungen des Trägers und der Goniometer im Verhältnis zum Träger definieren, an einen Rechner gegeben, der mit dem Kursgeber verbunden oder der Bordrechner des Luftfahrzeuges oder der Rechner des Kontrollturmes sein kann.

Dieser Rechner bestimmt den Kurs des Luftfahrzeuge:,, auf den sich die Navigalionsgeräle reu einstellen.

Bei einer Variante, die insbesondere für eine Installierung auf Flugzeugträgern bestimmt und mit einer Installation am Boden identisch ist. in der jedoch die Information, die dem von der ursprünglichen Orientierungsachse dieser Triangulationsvorrichtung mit der Bezugsrichtung, z. B. der geographischen Nordrichtung, gebildeten Winkel entspricht, von dem Kurszeiger des Schiffes geliefert wird, ändert sich diese Information wie der Kurs des Flugzeugträgers. Wenn der Flugzeugträger Schlinger- und Stampfbewegungen unterworfen ist. so ist jedoch der von der Triangulationsvorrichtung bestimmte Kurs falsch, und für gewisse Stellungen des Schiffes kann diese Vorrichtung nicht verwendet werden. Für einen Einsatz auf Flugzeugträgern ist es daher für die KursbcstiniiTiung des Luftfahrzeuges unerläßlich, sich von den störenden Schlinger- und Siampfbewegungen des Schiffes zu befreien.

Die Lösung, die darin bestünde. d^;e gesamte I nangulationsvorrichtung auf die Vertikale einzuregeln, kann aus Gründen der Steuerung, des Raumbedarfes und des Gestehungspreises nicht berücksichtigt werden

I'm diesen Nachteilen abzuhelfen, werden erlindungsgemäß die Vertikalinformationen verwendet, die /. B. von einem Horizontalkreisel geliefert werden, um dem Rechner die Durchführung der erforderlichen Korrekturen zu ermöglichen.

Die Triangulationsvorrichtung ist mil der vorstehend definierten identisch, aber in dem Augenblick, in dem das Goniometer eine Markierung des Luftfahrzeuges erfaßt, fragt es den Vertikaldeteklor des

Schiffes ab. Die Vertikalinformation (Schlingern und Stampfen) wird, zusammen mit der von einem Digilalkodierer gelieferten Ortsinformation, in einen Speicher eingegeben, um anschließend von dem Rechner ausgewertet zu werden, der die Projektion dieser Infor- s mation auf die Horizontalebcne durchführt, um mit Präzision den wahren Kurs des Luftfahrzeuges zu bestimmen, auf den sich die Navigaiionsgcnite neu einstellen.

Wird eine Vervielfachung der Stände für die Einstellung des Anfangskurses auf einen Flugplatz gewünscht, so erfordert diese Anordnung ebenso viele Kursgeber wie Stände vorhanden sind. Andererseits würde diese Losung, die sich als kostspielig erweist, eine zu große Bodcnfiäche einnehmen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hilft diesen Nachteilen dadurch ab. daß der Kursgeher autonom gemacht wird, wobei er die Möglichkeit behält, für jeden neuen Standort seine neue Orientierung im Verhältnis zu einer Bczugsrichtung zu bestimmen.

Die Bezugsrichtung wird durch zwei Bodenmarkierungen gebildet, die auf dem Flugplatz oder in der Nähe angebracht sind und sehr weit voneinander entfernt sein können.

Der Kursgeber, der sich beliebig versetzen läßt, kann vorteilhaft auf ein Fahrzeug montiert werden, das die genannte Vorrichtung in die Nähe des Luftfahrzeuges transportiert, dessen Kurs man bestimmen möchte. Das Fahrzeug und der Kursgeber wenkn im Verhältnis zum Luftfahrzeug derart aufgestellt, daß die beschriebenen Messungen möglich sind.

Die beiden Goniometer, die in der Hauptsache den Kursgeber bilden, erfassen die Bodenmarkicrungen und bestimmen die Winkel, unter denen sie die beiden Bodenmarkierungen sehen. Die Winkelinforniatu-.nen werden übertragen und in einem Speicher an ihrer jeweiligen Adresse gespeichert, um von einem Rechner, der vorteilhaft der Rechner des Kontrollturmes sein kann, verarbeitet zu werden. Der im Besitz aller dieser Informationen befindliche Rechner bestimmt den Winkel, den der Kursgeber mit der Bezugsrichtung bildet.

In Abhängigkeit von der Position und der Orientierung des Kursgebers im Verhältnis zu den beiden die Bezugsrichtung definierenden Bodenmarkierungen hat der Rechner sehr wenig unterschiedliche Gleichungen zu lösen, die zuvor programmiert worden sind, wobei der Kursgeber selbst dem Rechner die Gleichung angeben kann, die dieser zu lösen hat.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer ernndungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen:

F i g. 2 zeigt ein erklärendes Funktionsschema der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung;

F i g. 3 stellt eine schematische Draufsicht einer anderen Variante ernndungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen dar:

Fig 4 zeigt ein erklärendes Funktionsschema der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung:

Fig. 5 zeigt ein erklärendes Funktionsschema der Tnangulationsvorrichtung. die insbesondere für die Einstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen an Bord von Flugzeugträgern bestimmt ist:

F i g. 6 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Kursgebers zur Einstellung des Anfangskurses und zur Erfassung der Bodenmaikierungcn:

1" i g. 7 zeigt ein erklärendes Funktionsschema des in F i g. (1 dargestellten Kursgebers für die Bestimmung seiner eigenen Orientierung:

Fig. X zeigt eine schematische Draufsicht einer anderen Variante der Erfindung entsprechenden Vorrichtung zur Hinstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen:

F' i g. 9 zeigt cm Ubcrsichlsschema. das die Arbeitsweise des in diesem letzteren Kursgeber verwendeten Dctcklorclcmcnics oder Goniometers zeigt:

F i μ. H) zeigt ein erklärendes Funktionsschema der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung zur Einstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen air. Boden:

F i g. 11 zeigt ein erklärendes Funktionsschema der in Fig. 8 dargestellien Vorrichtung zur Einstellung des Anfangskurses von Luftfahrzeugen an Bord von Flugzeugträgern.

In Fig. I besteht der Kuisgeber aus zwei Goniometern 1 und 2 an sich bekannter Bauart, die auf die Enden eines Armes 3 der Länge Λ B montiert'sind, der in seinem Mittelpunkt 4 um seine Vertikalachse drehbar i>t. Ursprünglich ist dieser Arm 3 in einer Richtung OS orientiert, die mit einer Bezugsrichtung V(T. z. B. der geographischen Nordrichtung, einen Winkel -,, einschließt. Der Winkel ;,, ist im Augenblick der Aufstellung der Vorrichtung ein Tür alle Male mit einer hohen Genauigkeit gemessen worden: er kann gleich Null sein, wenn die Vorrichtung ursprünglich in dieser Bezugsrichtung orientiert ist

Das Luftfahrzeug 5 wird auf eine Fläche 6 geführt, die von den beiden Richtungen ΟΖ_λ und OZ₂ abgegrenzt und derart angelegt ist. daß. im Verhältnis zu den beiden Goniometern 1 und 2. die nachstehend beschriebenen Mcssiineen stets möglich sind.

Die anfänglich in der Richtung OS ausgerichteten beiden Goniometer 1 und 2 können in eine Euiendrchbewcgung um ihre vertikale Achse versetzt werden.

Die Inbetriebnahme der Anlage kann von einem Bedienungsmann, automatisch von dem Flugzeugführer oder von dem Kontrollturm aus gesteuert werden, sobald das Flugzeug auf der Fläche 6 steht. Die beiden Goniometer 1 und 2. deren Nullstellung im Verhältnis zu dem in der Richtung OA orientierten Arm 3 markiert ist. erfassen während der Drehung die Markierungen 7 und 8 des Luftfahrzeuges, die von Lichtquellen gebildet werden, die in den Punkten C" und E auf der Längsachse OZ des Luftfahrzeuges angeordnet sind Diese beiden Lichtquellen können zur Erreichung einer höheren Genauigkeit auf dem Träger der Gvroskopanlage befestigt werden. Das Goniometer 1 ist mit einem Interferenzfilter \ersehen, das dieselbe Charakteristik aufweist wie dasjenige, das vor der Lichtquelle 7 angeordnet ist. wie auch das Goniometer 2 und die Lichtquelle 8 je ein gleiches Interferenzfilter besitzen, dessen Charakteristik. Wellenlänge, von den vorstehend genannten verschieden ist. so daß das Goniometer 1 nur die Lichtquelle 7 und das Goniometer 2 nur die Lichtquelle 8 erfaßt. Die Lichtquellen 7 und 8 können auch durch jedes andere Kodiermittel unterschieden werden. Das Goniometer 1 wird in «₂ und das Goniometer 2 in <i, orientiert, und sie bleiben ständig und jeweils durch eine nicht dargestellte Regelung auf ihre Lichtquelle 7 und 8 gerichtet In 1 i c. 2 nehmen die beiden Goniometer 1 und 2 bei ihrer Drehung die beiden Digital-

mil.

die die und .<, liefern. <₍ werden in 11 dieser beiden Signal steuert

kodiere;'9 und 10 bekannter Bauart
Informationen der Winkelsiellungen U₁

Diese beiden Informationen u, und
verglichen, und ein tier Differenz
Winkel proporlionales resultierende g
in der zweckmäßigen Richtung einen M'.tor 12 (die mechanischen Verbindungen sind gestrichelt dargestellt I. der in ι/, den bei 4 drehenden Arm 3 ausrichtet, damit die neuen Orientierungswinkel ,Γ, und u\ der beiden Goniometer 1 und 2 gleich sind. d. h.. daß die Ziellinien 13 und 14 parallel sind. Das Goniometer 1 gehl in die Stellung A' und das Goniometer 2 in die Stellung /}'. Der Kurswinkel des Luftfahrzeuges ist alsdann durch die folgende Formel gegeben:

"t

^Λ arc cos

/ sin <i,

- arc cos

/ sin

10

25

30

40

mit / - AH. Abstand /wischen den beiden Goniomeiern 1 und 2. ti -■ (Έ. Abstand /wischen den beiden Markierungen 7 und 8 des Luftfahrzeuges, wnhei AB gröltet ist als ti.

Wenn der Wm':el ><_: gleich <i, ist. so erhält ein Rechner 15 diese Winkelinformation. die Winkelinformation -/, des Armes 3. die von seinem Digitalkodicrer 16 geliefert wird sowie die konstanten Informationen /. d und ;■,,. die vorher eingegeben werden können, um in dem genannten Rechner 15 eingespeichert /u bleiben. Im Besitz aller dieser Informationen. bestimmt der Rechner 15 den Kurs C des I.uftfahrz.cuges durch Losung der vorstehend angegebenen Gleichung, Die Information des Kurses C ist alsdann verfügbar, um über Draht. Funk oder jedes andere bekannte Mittel an die Navigationsgeräte des Luftfahrzeuges übertragen zu werden, die sich auf diese Information einstellen.

Für eine Verwendung des soeben beschriebenen Kurseebers auf Flugzeugträgern wird die Information ;·,,. die ständig von tier Orientierung des Schiffes abhängt, von dem Kurszeiger dieses Schiffes an den Rechner 15 gegeben.

In F i si. 3 besitzt der Kursgeber zwei Goniometer 101 und 102 bekannter Bauart, die an den Punkten A und H aufgestellt, um eine Länge D voneinander entfern! und auf eine Richtung OX ausgerichtet sind, die mit einer Be/ugsrichluiK' \(/. ζ B der geographischen Nordnchlung. einen Winkel ;·„ bildet Der Winkel ;·„ ist bei der Aufstellung der Vorrichtung ein für alle Male mil sehr hoher Genauigkeit gemessen worden: er kann gleich Null scm. wenn die Vorrichtung anfänglich in diese Bezugsrichiung orientiert wird

Das Luftfahrzeug 103 wird auf cmc Fläche 104 geführt, die durch die beiden Richtungen OZ, und OZ₁ abgegrenzt und im Verhältnis zu den beiden Goniomeiern 101 und 102 derart gelegen ist. daß die nachstehend beschriebenen Messungen stets möglich sind

Die beiden ursprünglich in der Richtung OX ausgerichteten Goniometer 101 und 102 können in eine Ligendrehbewegung um ihre verlikalc Achse und. für den Fall der Fig 3. in Uhrzeigersinn versetzt

werden. Die Inbetriebnahme dieser Vorrichtung wird von einem Bedienungsmann, automatisch von dem Flugzeugführer oder von dem Konirolllurm aus gesteuert, sobald das Luftfahrzeug auf der Fläche 104 steht. Die beiden Goniometer 101 und 102. deren Nullpunkt der Ausrichtung auf OX entspricht, erfassen bei ihrer Drehung die relative Orientierung der Markierungen 105 und 106 des Luftfahrzeuges, die von Lichtquellen gebildet werden können, welche in den Punkten C und L·' entsprechend der Bezugsachse OZ der Navigationsgerät des Luftfahrzeuges angebracht sind. Diebeiden Lichtquellen 105 und 106 können, zur Lneiehung einer höheren Präzision, auf dem Träger der Gyroskopanlage angebracht sein. Das Goniometer 101 erfaßt die Orientierung der Quelle 105 (Winkel u„l und anschließend die der Lichtquelle 106 (Winkelei,): desgleichen erfaßt das Goniometer 102 die Orientierung der Lichtquelle 10* (Winkel ,,;,,) und anschließend die der Lichtquelle 1Oi (Winkel ,ι¹,). Für die Diskriminierung der Lichtquellen 105 und 106 werden diese durch vor ihner angebrachte Interferenzfilter oder durch jedes ändert Kodieisystem differenziert.

Da ,<₀. H₁. ,;,,. ,;,. ;,, bekannt.sind, wird der Kurs winkel C des Luftfahrzeuges folgendermaßen erreclv net:

AIiB -■-- μ
AC

I ■ Ί

AB

woraus

sin .1W

■IC

I)

W:.

woraus ΙΌΙ·:ΐ

	1/1
sin	AKB
	sin ,;
sin	(·ι, -

woraus folgt

/. . I] '■ Ι'_: 2/, /_: cosiu, .!,,·

sin 4CE sin (-/, - ·<,,)

sin Ai K --- ~ sin (-/,

(,, - arc sin " sin(<<, -<,,!

C ■-- ;·,, -l· -«,, aresin " sin ι«,

durch Lniuicklung von

c =- ;„ < -^ arc sin . sin (u,

509 507/

17 Γ sin/^i
\l [sin (,<,,- ,■;„)

sin sin (π,

In F i g. 4 nehmen die Goniometer 101 mid 102. die von einem Motor 107 in eine Drehbewegung um ihre vertikale Achse verset/l werden, ebenfalls und jeweils die Digitalkodierer 108 und 109 bekannter Bauart mit, die in jedem Augenblick die Winkelstellung der genannten Goniometer 101 und 102 definieren. Die mechanischen Verbindungen zwischen dem Motor 107, den Goniometern 101 und 102 und den Digitalkodierern 108 und 109 sind gestrichelt dargestellt.

Bei seiner Drehung und in dem Augenblick, in dem das Goniometer 101 die Lichtquellen 105 und anschließend 106 erfaßt, lösl es ein Signal aus. das ein Tor UO öffnet, das in diesem Augenblick die Information der Position a₀ und anschließend h, tiurehläßt. die von seinem Digitalkodierer 108 definiert wird. Desgleichen läßt ein von dem Goniometer 102 gesteuertes Tor 111 die Information der Position,;,, und anschließend ,;, durch, die von dem Digilalkodierer 109 definiert wird, sobald das genannte Goniometer 102 die Lichtquellen 105 und anschließend 106 erfaßt. Ein Rechner 112 besitzt einen Speicher 113. in den die Informationsfolgen u„, .»,. ,;„ und /»', eingespeichert werden, ebenfalls die Information ;■„. Im Besitz aller diesei Informationen errechnet er den Anfangskurs C des Luftfahrzeuges durch Lösung der vorgegebenen Gleichung.

Die Information des Kurses C liegt alsdann vor. um über Draht. Funk oder jedes andere bekannte Mittel an die Navigationsgeräte weitcrgcleitet zu v, erden, die sich auf diese Information einstellen.

Bei einer Verwendung des soeben beschriebenen Kursgebers auf Flugzeugträgern, wird die Information ;·,,. die ständig von der Orientierung des Schiffes abhängt, durch den Kurszcigcr dieses Schiffes an den Rechner 112 übertragen.

In Fig. 5 versetzt eine Plattform 201 ein einem digitalen Winkelcodierer 204 zugeordnetes Goniometer 203 in eine Drehbewegung um die vertikale Achse 202. Wenn das genannte Goniometer 203 bei seiner Drehung die Markierung 205 (Winkel;■,,) des Luftfahrzeuges 206 erfaßt, das auf der begrenzten Fläche 207 steht, so gibt es ein Signal ab. das einerseits das Tor 208 öffnet, das in diesem Augenblick die Information <i„ durchläßt, die von dem digitalen Winkelkodicrer 204 definiert wird, und andererseits «las Tor 209. das im selben Augenblick die Vertikal-. Schlinger- und Stampfinformationen durchläßt, die Ständig von dem Vertikaldetektor 210 abgegeben werden. Diese Informationen, die den Winkel definieren, unter dem die Markierung 205 des Luftfahrzeuges von dem Goniometer 203 gesehen wird, und die Stellungen des Schiffes in dem Augenblick, in dem die genannte Markierung 205 erfaßt wird, werden in einen Speichel 211 eingegeben. Das von dem Goniometer 203 kommende Signal kann ebenfalls und vorteilhaft zur Steuerung des Wählers 212 dienen, der alsdann das geeignete Interferenzfilter 213 derart in den Strahlengang einschwenkt, daß das Goniometer 203 anschließend die zweite Markierung 214 des Luftfahrzeuges erfassen kann. Das neue Signal, das von dem Goniometer 203 in dem Augenblick abgegeben wird, in dem dieses die Markierung 214 des Luftfahrzeuges erfaßt, öffnet die Tore 208 und 209. die die Informasin ,; sin ,;,

tion n, und die Vertikalinforniationen des Schiffes im Augenblick dieser neuen Erfassung durchlassen.

Desgleichen steuert in dem Augenblick, in dem das

Min einer Plattform 216 in Drehbewegung versetzte

ίο Goniometer 215 die Markierung 205 oder 214 des Luftfahrzeuges erfaßt, ein Signal einerseits das Tor 217. das die von dem Digitalkodierer 218 abgegebene Positionsinformation ,-'₀ oder (J₁. Winkel, unter denen die Markierungen 205 und 214 des Luftfahrzeuges \on dem Goniometer 215 erfaßt werden, durchläßt und andererseits das Tor 209. das im selben Augenblick die Verlikalinformationen durchläßt. Dieses selbe Signal kann vorteilhaft den Wähler 219 der Interferenzfilter 220 aus denselben Gründen wie den vorstehend angegebenen steuern.

Der Rechner 222. der der des Luftfahrzeuges sein kann, empfängt von dem Speicher 211 die Positionsinformationen κ,,. H₁. /i'„. ji, mit den Informationen über die Stellungen des Schiffes bei Schlinger- und Slampfbewegungen, die jeder von ihnen entsprechen, und schließlich die von dem Kurszeiger 223 des Schiffes gelieferte Information ;·„. Diese Informationen können von den Sender-Empfängern 224 und 225 übertragen werden.

Ausgehend von den von den Digitalkodierein 203 und 215 gelieferten Positionsinformalionen führt der Rechner 222 mit Hilfe der Vertikalinformationen die Projektion der Positionsinformationen auf die Horizontalebcne durch, um mit Genauigkeit den wirkliehen Kurs des Luftfahrzeuges zu errechnen, auf den sich die Navigalionsgcräte einstellen.

In F i g. 6 sind zwei Markierungen 301 und 302 auf dem Boden jeweils in den Punkten Cund E angebracht, und ihre Ausrichtung definiert eine Bezugsrichtung .VCr.

z. B. die geographische Nordrichtung. Der Kursgeber 303. der mit dem bei F i g. 3 und 4 beschriebenen identisch ist. wird. z. B. durch ein Fahrzeug, auf das er fest montiert sein kann, in die Nähe des Luftfahrzeuges 304 transportiert, dessen Kurs C bestimmt werden soll. Der Kursgeber 303 wird im Verhältnis zu dem Luftfahrzeug 304 aufgestellt, so daß die Ei fassung der Markierungen des Luftfahrzeuges unter den besten Bedingungen erfolgen kann. Die in den Punkten A und ß angebrachten Goniometer 305 und

so 306 erfassen die Winkel, unter denen sie die Bodenmarkierungen 301 und 302 sehen, die \on zwei sein starken Lichtquellen gebildet werden können, se daß sie weit entfernt von den Orten aufgestellt werdet können, an denen die Einstellung des Anfangskurse· der Luftfahrzeuge vorgenommen wird, um die Prä zision der Messungen zu begünstigen.

Die Bodenmarkierung 301 is: mit einem Interferenz filter 307 der Wellenlänge /., und die Bodcnmarkie rung 302 mit einem Interferenzfilter 308 der Wellen länge /.₂ ausgerüstet, um die genannten Bodcnmarkie rungcn besser zu unterscheiden.

In den Strahlengang der Goniometer 305 und 30 werden nacheinander Interferenzfilter der Weiler länge A₁ und /_: eingeschaltet, und die genannte Goniometer 305 und 306 erfassen die Bodenmarkit rungcn 301 und 302 und bestimmen die Winkel <t ■ι,. /(„ und ,»,. unter denen sie die genannten Markii ningcn sehen.

In F i g. 7 weiden die Winkelinformationen .i,,. U₁.,;,, und (i',, die jeweils von den den Goniometern 305 Lind 306 zugeordneten Digilalkodierern 309 und 310 abgegeben werden, über Tore 311 und 312 an ihre jeweilige Adressen in dem Speicher 313 übertragen.

Die Adresse einer Winkelinformalion wird durch die Charakteristik (Wellenlänge /., oder A₂) des Inierferen/fillers 314 oder 315 definiert, das durch den Wähler 316 oder 317 in den Strahlengang des Goniometers 305 oder 306 gebracht wird, und durch das Goniometer 305 oder 306, das diese Informalion liefert, die der Winkel ist, unter welchem eines der genannten Goniometer eine der beiden mit einem interferenzfilter gleicher Charakteristik versehene Bodenmarkierung erfaßt.

Ein Rechner 318, der der Rechner des Flugplatzes sein kann, fragt den Speicher 313 ab und ermittelt auf der Grundlage der von den Sender-F.mpfängern 319 und 320 oder von jeder anderen Vorrichtung übertragenen Winkelinformationen n_o. α,. ,■;,, und ,;, den Kurs ;·„ des Kursgebers.

Diese Information ;·„ wird in den Speicher 313 des Kursgebers eingegeben, um später an den Bordrechner des Luftfahrzeuges weitergegeben zu werden.

Der Kursgeber kann im Verhältnis zu den Bodenmarkierungen 301 und 302 verschiedene Positionen einnehmen, wenn die Winkel d, und ,;,. unter denen die Goniometer 305 und 306 die Markierung 302 erfassen, kleiner sind als 7; die Berechnung des Winkels -■„ ist identisch mit der, die für den oben beschriebenen Fall bei F i g. 3 und 4 für die Berechnung des Winkels /. angegeben ist. Für den Fall, daß diese beiden Winkel größer als .7 sind, w ie in F" i g. 6 dargestellt, oder größer als 3.7,2. ist die Berechnung unterschiedlich, da einige Ausdrücke das Vorzeichen wechseln. Für alle dargestellten Fälle werden alle zu lösenden Gleichungen programmiert, und in Abhängigkeil von dem Wert der von den Goniometern erfaßten Winkel geben diese dem Rechner 318 die Gleichung an. die er zu lösen hat.

In Fig. 8 umfaßt der Kursgeber zwei Goniometer 401 und 402 an sich bekannter Bauart, die in den Punkten A und B aufgestellt und voneinander durch eine Länge D in einer Richtung OX getrennt sind, die mit einer Bezugsrichtung NG. z. B. der geographischen Nordrichlung, einen Winkel ;· bildet. Der Winkel ;■ ist im Augenblick der Aufstellung der Vorrichtung mil einer sehr hohen Präzision gemessen worden: er kann gleich Null sein, wenn die Vorrichtung ursprünglich in diese Bezugsrichtung orientiert wurde. Für eine Verwendung auf Flugzeugträgern wird der Winkel γ. der sich ständig ändert, von dem Kurszeiger des Schiffes geliefert: die Richtung OA' ist die Längsachse des Schiffes.

Das Luftfahrzeug 403 wird auf eine begrenzte und im Verhältnis zu den beiden Goniometern 401 und 402 derart gelegene Fläche 404 geführt, daß die nachstehend beschriebenen Messungen stets möglich sind.

Die optische Achse des Goniometers 401 bildet mn der Richtung ΟΛ' einen Winkel .i₀ und die des Goniometers 402 einen Winkel ,;,,.

Die beiden jeweils in den Punkten C und E auge brachten Markierungen 405 und 406 delinieren du Bezugslängenachse 07 des Luftfahrzeuges, die dit Bezugsachse der Navigationsgeräte des Luftfahrzeuge: 403 ist. Die beiden Markierungen 405 und 406 könnei Lichtquellen sein, die durch vorgeschaltete Inter ferenztiiier oder jede andere Kodiervorrichtung differenziert werden können, um sie besser unterscheider /u können. Die beiden Goniometer 401 und 402 deren Sehfeld die beiden Markierungen 405 und 40( des Luftfahrzeuges enthält, erfassen die Positior dieser letzteren.

Das Goniometer 401 bestimmt den Winkel H₁. untei dem es die Markierung 405 erfaßt, und anschließenc den Winkel n,. unter dem es die zweite Markierung 40( sieht: desgleichen bestimmt das Goniometer 41)2 dit Winkel ,>', und />',. unter denen es jeweils die Markie rungen 405 und 406 erfaßt.

Da .I₀. (I₁. .I₂. /ι',,, /ι',. /i₂ und -/ bekannt sind, erfolg die Berechnung des Kurswinkels C des Luftfahrzeuge: folgendermaßen:

ACB η = -I₀ + />', -d, -,.;,

.4KD = .ν 4 α,-Λ,-,Η

.-K" 'AB

sin.-ißC sin.-lCß

woraus folgt

AC ~ I₁ -= /)

sin(,._o - ,;

sin

■\E AB

sin.-!«/-: sin 1/;/)

40 woraus folgt Ali = /, = D

45

50

55 Cf = /. -■-- i /7 τ- /; - 2/, /, cos(.i_: + -I₁

sin ACE sin in₂ + ·/, I
woraus folgt

4CE- J sin (.I₂ + α,)
/ = <*, — .ι, — arc sin 5 sin («-, ■+■

und in entwickelter Schreibvveise

,- sin l,;₍₎ +-,-;,) ι /r si η l/i, -/.'■) T Γ sinlo-, 4-,",) Ί

sin κ +ί;-/;,,-,;, l - ' \ LsmK +V₁ --i, - -^₁)J [siiK^ + «,-,;,-,^]

2 sin (,^, - ,;, j sin (^₁ + ,■;,)

sinf.i,, ι ,;, .ι, - Ji_n) sin (.I₀ + «, - [I₀ ,.₂) cos (α. + U-,).

Die Detektorelemenle 401 und 402 sind Goniometer an sich bekannter Bauart, deren nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf F i g. 9 gegeben wird, um das Verständnis der Arbeitsweise der Gesamtheit des Kursgebers zu erleichtern.

Das Detektorelement ist eine optische Vorrichtung, die einen Photovervielfacher 407 verwendet, der einer geeigneten Elektronik 408 zugeordnet ist. Das Bild 409 der Markierung 405 des Luftfahrzeuges wird über eine Kcmzentrationsoptik 410. die Funktion der Größe der Luftfahrzeugmarkierung, ihrer Entfernung und ihrer Lichtstärke ist, auf die Photokathode 41Ϊ des Photovervielfachers 407 abgebildet. Von der Innenfläche der Photokathode 411 werden Elektronen ausgesandt, die ein elektronisches Bild 412 bilden. Ein elektrisches Feld beschleunigt und fokussiert dieses Bild 412: nur das auf die öffnung 413 abgebildete Bild gelangt in die Beschleunigungsdynoden. Die Ausgangsspannung ist eine lineare Funktion des in der öffnung 413 erscheinenden Bildausschnittes. Zwei Ablenkspulen, die eine vertikal 414. die andere horizontal 415. die von zwei Oszillatoren 416 und 417 gespeist werden, ermöglichen die vertikale und horizontale Verschiebung des elektronischen Bildes beiderseits der öffnung. Die Horizontal- und Vertikalabtastung erfaßt eine große Fläche 418. die die beiden Markierungen 405 und 406 des Luftfahrzeuges ohne Rücksicht auf die Stellung umfaßt, die das Luftfahrzeug auf der begrenzten Fläche einnimmt. Pegelanzeiger 419 melden den logischen Schaltkreisen 420 den genauen Augenblick, in dem das elektronische Bild 412 beobachtet wird, und die logischen Schaltkreise 420 fragen gleichzeitig die Ablenkvorrichtung 414 und 4!5 ab. um die Quer- und Vcrtikalstellung des elektronischen Bildes 412 in dem Augenblick zu bestimmen, in dem es beobachte! wird. Das Abfragesignal 421 in transversaler Ablenkung ist die unmittelbare Messung der Position der Markierung 405 des Luftfahrzeuges im Verhältnis zur optischen Achse des Detektorelementes.

In Fig. 10 sind die beiden feststehenden Goniometer 401 und 402 in einer Richtung XX' aufgestellt. Die optische Achse des Goniometers 401 ist um H₀ orientiert und die optische Achse des Goniometers 402 um i>₀. Die Markierungen 405 und 406 des Luftfahrzeuges definieren die Längsachse ZZ' des Luftfahrzeuges 403. Zwei Interferenzfilter 422 der Wellenlänge /, und 423 der Wellenlänge /₂ sind jeweils vor die Lichtquellen 405 und 406 geschaltet. Ein automatischer Wähler 424 schalte' in den Strahlengang des Goniometers 401 ein Interferenzfilter 425 der Wellenlänge/., ein, und das genannte Goniometer 401 ortet die entsprechende Lichtquelle 405. Das Goniometer 401 gibt ein elektrisches Signal ab, das dem Winkel «, proportional ist, W'nkel. unter welchem es diese genannte Lichtquelle 405 erfaßt; dieses Signal steuert unter anderem den automatischen Wähler 424. der das Interferenzfilter der Wellenlänge λ₂ vor das Goniometer 401 schaltet, das alsdann die zweite Lichtquelle 406 erfassen kann. Die elektrischen Signale, die die Winkel <<, und .·<·. nach Kodierung in 426 definieren, weiden an ihre jeweiligen Adressen in dem Speicher 427 über! ragen.

Desgleichen erfaßt das Goniometer 402 die Lichtquellen 4(15 und 406 in Abhängigkeit von den Charakteristiken der Interferenzfilter, die durch den automatischen Wähler 428 in seinen Strahlengang eingeschaltet werden. Die elektrischen Signale, die die Winkel ,. und ,;, nacn Kodierung in 429 definieren, werden ai ihre jeweiligen Adressen in dem Speicher 427 über tragen: die konstanten Informationen «„. ,.'„ und
werden vorher eingespeichert.

Ein Rechner 430. der der Bordrechner des Luft fahrzeuges sein kann, erhäh über die Sender-Emp fänger 431 und 432 von dem Speicher 427 die Infor mationen «,. u,. ,-;,. ,;,. «,,. /ί₀ und y. um den Kurs de

ic Luftfahrzeuges durch Lösung der vorgegebenen Glei chung /u r.estimmen.

Für eine Verwendung der Vorrichtung aul Hug/eug trägern ist es erforderlich, die störenden Drehbewegun gen des Schiffes aus/uschalten. Dieses wird dadurci erreicht, daß man die störenden Drehbewegungen de Kursgebers und des Schiffes durch Verwendung eine Vertikaldetektorelemenlcs mißt, der mit dem genann ten Schiff verbunden ist. und daß man das elektronisch« Bild korrigiert, indem man den Strahl in entgegen gesetzter Richtung um einen Winkel ablenkt, dei der Ablenkung der Achse des Schiffes im Vcrhällni: zur Achse des Vertikaldetektors gleich ist

In I- i Li. Il h.i der Kursgeber, der mit dem vorstehend beschriebenen identisch ist. eine Achse Λ Λ . (in sich mil der Schlingerachse des Schiffes deckt. In Vertikaldetektor 433. der der Hori/ontalkreisel de: Schiffes sein kann, mißt die Winkel der Stampf- uiu Schlingerbewegungen des Schiffes. Hin Detektor au jeder Achse des Veriikaldeteklors liefert elektrisch« Signale, die jweils dem Slampfwinkel (7) und ikn Schlingerwinkel (R) entsprechen, und die genannter Signale werden an die entsprechenden Korrektur organe jedes der Goniometer 401 und 402 i'cgeben. im den Elektronenstrahl der genannten Goniometer ir einer Horizontalebcne zu steuern.

Das Goniometer 401 ortet die Markierungen 40f und 406 des Luft fahrzeuges 403 und überträgt du Winkelinformation «, und «,.die die Projektionen dei jeweiligen Winkel «' und n" auf die Morizontalebem sind. Desgleichen oitel das Goniometer 402 die Markierungen 405 und 406 und überträgt Winkelinformationen ..'| und ,μ. die die Projektionen der jeweiliger Winkel ,;' und ,;" auf die Horizontalcbene sind.
Die elektrischen Signale, die die Winkel «,. , /(',. ,μ nach Kodierung in 426 und 429 definieren werden an ihre jeweiligen Adressen in den Speieher 42' übertragen sowie auch die von dem Kurs/eiger 43-des Schiffes gelieferte Information ;■. wobei dies«. Information ;· sich wie der Kurs dieses Schiffes ander' und die konstanten Informationen«,, und ,.,, \orhei eingespeichert sind.

Die Adressen der Winkel «,, n₂ und />',. ,;_: weider durch das Goniometer 401 und 402 und durch du Charakteristik (Wellenlänge /., oder A₂) des Filters 42f definiert, der von den automatischen Wählern 42·- und 428 jeweils in den Strahlengang der Goniometei 401 und 402 eingeschaltet wird. Ein Rechner 430 der der Bordrechner des Luftfahrzeuges sein kann empfängt über die Sender-Empfänger 431 und 43Ϊ

fco die Informationen <<,. «₂, />',. /λ.. «„. />'„ und ;. um der Kurs ties Luflfahr/euges durch Lösung der vorgegebenen Gleichung /u errechnen.

Die Inbetriebnahme dieses Kursgebers für Luftfahrzeuge wird von einem Bedienungsmann. automatisel von dem Flugzeugführer oder vom Konlrollturm au; gesteuert, sobald das Luftfahrzeug auf der begren/ter Fläche steht.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung, die durch Triangulation eine schnelle und sehr genaue Bestimmung der Ausrichtung eines beweglichen Körpers im Stillstand gegenüber einer Bezugsrichtung ermöglicht, insbesondere des Anfangskurses eines Luftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem beweglichen Körper (5, 103, 206,304,403) in seiner Längsachse (O, Z; Z, Z') und im bekannten, konstanten Abstand voneinander zwei Markierungen (7, 8; 105, 106; 205, 214; 405, 406) angebracht sind, daß im Abstand zum Körper (5, 103,"206, 304, 403) zwei ebenfalls im bekannten, konstanten Abstand voneinander um senkrechte Achsen schwenkbare Sensoren (1,2; 101,102;203,215;305,306;40L402) vorgesehen sind, mit denen die Markierungen (7,8: Ι05Γ106; 205, 214;405,406) am Körper (5JQ3,206.

304. 403) angepeilt und deren Peilwinkel bestimmt werden und daß mittels eines Rechners (15. 112. 221.222.318.430), in dessen Speicher (113.211.313, 427) die Konstanten und die ermittelten Winkelwerte gespeichert sind bzw. eingegeben werden, die Ausrichtung des Körpers (5. "10*3. 206, 304. 403) berechnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (7. 8; 105. 106: 205, 214; 405, 406) des Luftfahrzeuges (5. 103, 206. 304. 403) von zwei Lichtquellen gebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen auf dem Träger der Gyroskopanlage in der Achse der Navigationsgeräte (O. Z; Z. Z') angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Interferenzfilter (422, 423) verschiedener Wellenlängen vor die Lichtquellen gesetzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1,2; 101,102: 203. 215; 305, 306) zwei Goniometer sind, die auf einem orientierten Sockel montiert sind und sich um ihre vertikale Achse drehen können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsorgan der beiden Goniometer ein Motor ist, dessen Steuerung von einem Bedienungsmann oder automatisch auf Befehl des Flugzeugführers oder auf Befehl des Kontrollturmes ausgelöst wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensor (101,102; 203,215;

305, 306) ein Digitalkodierer (9, 10; 108. 109; 204. 218: 309. 310) zugeordnet ist, der laufend die Information der Winkelstellung des Sensors um seine vertikale Achse liefert, und daß jedesmal, wenn ein Sensor eine Lichtquelle erfaßt, sein Siunal eine Torschaltung (110,111; 208. 217; 309.310) öffnet, die die zugehörige Information seines Digitalkodierers (108! 109; 208. 217: 311, 312) durchläßt, fto

S. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnel. daß i:i den Speicher (113,211) die vier von den Digitalkodieicm (108, 109: 204. 218) gelieferten Winkcliiiformationcn und die konstante Information ;·,, eingespeichert werden, die den Winkel definiert, den die Richtung, in der die Sensoren (101, 102; 203. 204, 215. 218) ausgerichtet sind, mit der Bezugsrichlung. z. B. der geographischen Nordrichtung, bildet, wobei der am Speichel zugeordnete Rechner (112, 221. 222) der Rechner der Vorrichtung, der Bordrech 11 ung des Luftfahrzeuges (103, 206) oder auch der Rechnung des Kontrollturmes sein kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Vorrichtung auf Flugzeugträgern verwendet wird, die Information ;.·„, die ständig in Abhängigkeit vom Kurs des Schiffes schwankt, von dem Kurszeiger (223) des genannten Schiffes an den Speicher (211) übertragen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden als Goniometer ausgebildeten Sensoren (1. 2) auf einem um eine senkrechte Achse (4) schwenkbaren Arm (3) in gleicher Entfernung beiderseits der Schwenkachse (4) drehbar ungeordnet sind, daß der schwenkbare Arm (3) und dk Sensoren (1. 2) dauernd derart nachgedreht werden, daß die Ziellinien (13. 14) zu den am Luftfahrzeug angebrachten Markierungen (7,8) parallel zueinander verlaufen und daß die so ermittelten Winkelwerte dem Rechner (15) zugeführt werden.

!1. Vorrichtung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß vor jedes Coulometer ein Interferenzfilter geschaltet wird, das dieselbe Charakteristik aufweist, wie das der Lichtquelle, die es erfassen soll.

12. Vorrichtung nach Anspruch K). dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsorgan der beiden Goniometer wenigstens von einem Motor (12) gebildet wird, dessen Steuerung von einem Bedienungsmann oder automatisch auf Befehl des Flugzeugführers oder auf Befehl des Kontrollturmes ausgelöst wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensor (1. 2)ein Digitalkodierer (9. 10) zugeordnet ist. der im Verhältnis zu dem Tragarm (3) den Winke! liefert, unter dem jeder der Sensoren eine der beiden Markierungen (7. 8) erfaßt, wobei die von den beiden Digitalkodicrern gelieferten Informationen in einem elektronischen Komparator (11) verglichen werden und das resultierende elektrische Signal zur Steuerung eines Antriebsmotors (12) für die Drehbewegung des Tragarmes (3) der Sensoren (1. 2) verwendet wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Drehachse (4) des Tragarmes (3) angeordnete Digitalkodierer (16) die Orientierung dieses letzteren im Verhältnis zu seiner anfänglichen Orientierung definiert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicher des Rechners (15) die beiden von den Digitalkodierern (9, 10) gelieferten Winkelinformationen «₂ und H₁. die konstanten Informationen der Entfernung zwischen den beiden Markierungen (7, 8). des Ahstanues der beiden Sensoren 11. 2) voneinander und des Winkels eingespeichert werden, den der Tragarm (3) anfänglich mit der Bezugsrichtung, z. B. die geographische Nordrichtung, bildet.

16. Vorrichtung nach Anspruch I bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung an Bord eines Schiffes jedesmal wenn ein Sensor (203. 215) eine Markierung (205. 214) des Luftfahrzeuges(207) erfaßt und im gleichen Augenblick, in dem er die öffnung eines Tores (208. 217) steuert, das die von

dem diesem Sensor zugeordneten Digitalkodiercr (204. 218) gelieferte Positionsinformation durchläßt, ein Vertikaldeiektor (21) abgefragt wird, alle diese Daten in einem Speicher (211) gespeichert und dann einem Rechner (221) zugeführt werden, der aus den Vertikalinformationen die Projektion der Positionsinformationen auf die Horizontalebene vornimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurcn gekennzeichnet, daß sie in die Nähe des Luftfahrzeuges (304), dessen Anfangskurs bestimmt werden soll, transportierbar ist, daß zwei feste Bodenmarkierungen (301,302) vorgesehen sind, die durch ihre Fluchtung eine bekannte Bezugsrichtung (£Ci bilden, und daß die Triangulalionsvorrichiung die genannten P^denmarkierungen (301, 302) erfaßt. welche zwei starke und entfernt liegende Lichtquellen sein können, daß anschließend die ermittelten Winkelinformationen einem Rechner (318) zugeführt werden, der die Orientierung der Triangulationsvorrichtung im Verhältnis zur Bezugsrichtung ermittelt, wobei diese Informationen an den Speicher (313) der genannten Triangulationsvorrichtung übertragen wird.