DE2651678A1

DE2651678A1 - Magnetic navigation equipment for vehicles - measures changes in earth field components over time interval

Info

Publication number: DE2651678A1
Application number: DE19762651678
Authority: DE
Inventors: Paul Dr Rer Nat Mueller
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2651678C2

Abstract

The navigation equipment for vehicles operates where there are local fluctuations in the Earth's magnetic field for instance in built-up areas, and has a sensor for measuring the horizontal components and vertical component of the field over a time interval to derive an output signal corresp. either to the course or variations therein. The horizontal signals may be fed by way of a translator circuit (9) switch and adder circuit to the navigation computer. A gyro is also connected via the switch to the adder. Signals corresp. to all components of the magnetic field are also fed by way of a summing and squaring circuit to the adder.

Description

Kursmeßgerät Course measuring device

Die Erfindung betrifft ein Kursmeßgerät für ein Fahrzeug enthaltend einen die Richtung der Fahrzeugachse gegenüber der magnetischen Nordrichtung ermittelnden, auf das Erdmagnetfeld ansprechenden Meßwertgeber.The invention relates to a course measuring device for a vehicle containing one that determines the direction of the vehicle's axis in relation to magnetic north, transducer responsive to the earth's magnetic field.

Meßwertgeber, die auf das Erdmagnetfeld ansprechen und den Winkel zwischen der magnetischen Nordrichtung und der augenblicklichen Ausrichtung des Meßwertgebers, d.h., der Fahrzeuglängsachße messen, sind in vielfältiger Form bekannt. Es wird als Beispiel. auf die Anordnung der Figur 1 des deutschen Patents Nr. 840 449 hingewiesen.Transducers that respond to the earth's magnetic field and the angle between magnetic north and the current orientation of the Measuring transducers, i.e. measuring the longitudinal axis of the vehicle, are known in various forms. It is used as an example. to the arrangement of Figure 1 of German Patent No. 840 449 pointed out.

Werden solche auf das Magnetfeld der Erde ansprechende Meßwertgeber in einer Umgebung verwendete die zeitweise Verzerrungen des Erdmagnetfeldes verursacht, so können sehr große Meßfehler festgestellt werden. Dies ist z.B.Will such transducers respond to the earth's magnetic field used in an environment that causes temporary distortions of the earth's magnetic field, in this way, very large measurement errors can be detected. This is e.g.

bei Einsatz solcher Meßwertgeber auf im Stadtbereich verkrenden Fahrzeugen der Fall, da hier einerseits- durch Eisenmassen in den benachbarten Gebäuden Umlenkungen des Magnetfelds und andererseits durch Gleichstrom führende Leiter, z.B. Straßenbahnoberleitungen, verfälschende Feldüberlagerungen zustandekommen können. Dabei können Verfälschungen der Messung bis zu 30° eintreten. Andererseits ist jedoch der Einsatz solcher preiswerter Meßwertgeber z.B. als Richtungsgeber für das aus der deutschen Patentschrift Nr. 2 301 054 bekannte Standortanzeigesystem von Fahrzeugen in einer Stadt von größtem Interesse.when using such transducers on vehicles that drive in urban areas the case here on the one hand through Iron masses in the neighboring Buildings deflections of the magnetic field and on the other hand by direct current leading Conductors, e.g. overhead tram lines, falsifying field overlaps occur can. The measurement can be falsified by up to 30 °. on the other hand however, it is the use of such inexpensive transducers, e.g. as directional transducers for the location display system known from German Patent No. 2 301 054 of vehicles in a city of greatest interest.

Die der Erfindung zugrunde liegende Erfindung besteht daring, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Meßwertgebern auch dort zu ermöglichen, wo zeitweise verfälschte Erdmagnetfelder auftreten und zumindest ungefähr die Fahrtrichtung dauernd als Meßgröße zur Verfügung stehen muß.The invention underlying the invention consists daring that To enable the use of such transducers even where at times falsified geomagnetic fields occur and at least approximately the direction of travel continuously must be available as a measured variable.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß auf Änderungen des auf den Meßwertgeber einwirkenden Magnetfelds ansprechende, entweder die Vertikalkomponente des Magnetfelds oder die Summe der Quadrate wenigstens der beiden unter 900 gegeneinander gemessenen Horizontalkomponenten des Erdmagnetfeldes ermittelnde Meßmittel vorgesehen sind, die ab einer vorgegebenen Abweichung ein Ausgangesignal erzeugen, daß ein in einem kurzen Zeitraum ausreichend genauer den Kurs oder die Kursänderungen wiedergebender weiterer Meßwertgeber vorgesehen ist, und daß das Ausgangssignal der Meßmittel dazu dient, die von dem weiteren Meßwertgeber ermittelten Werte für die Zeitdauer dieses Atisgangssignals anstelle der Meßwerte des das Erdfeld ausmessenden Meßwertgebers in den Kurswert eingehen zu lassen.This problem is solved by the fact that changes to the Transducer acting magnetic field responsive, either the vertical component of the magnetic field or the sum of the squares of at least the two under 900 against each other measured horizontal components of the earth's magnetic field determining measuring means provided are that generate an output signal from a predetermined deviation that a more accurately reproduces the course or course changes in a short period of time further transducer is provided, and that the output signal of the measuring means for this purpose serves, the values determined by the further transducer for the duration of this Atisgangssignals instead of the measured values of the measuring transducer measuring the earth's field to be included in the market value.

Die erfindungsgemäße Ausbildung beruht auf der Tatsache, daß in einem begrenzten Gebiet die Vertikalkomponente des Magnetfeldes bzw. der Betrag des Erdfeldes und somit die Summe der Quadrate der unter 900 zueinander gemessenen Horizontalkomponenten plus dem Quadrat der Vertikalkomponente als konstant anzusehen ist und daß bei wesentlichen Feldschwächungen durch die Eisenmassen der Häuser bzw. wesentlichen Feldüberlagerungen durch Gleichströme sich auch die Größe der genannten Hilfsgrößen (Vertikalkomponente bzw. Quadratsummen) stark ändern. Der Erfindungsgedanke läßt sich auch bei anderer (als 900) Komponentenausmessung anwenden; z.B. mit drei 600 gegeneinander verdrehten Meßwertgebern zur Horizontalkomponentenbestimmung. Hier muß eine phasengerechte Addition erfolgen, um den Betrag der Horizontalkomponente bzw. des Erdfeldes zu erhalten. Diese Änderungen bestimmter Größe werden erfindungsgemäß zum Erkennen der Feldverzerrungen ausgenützt, indem dann die Auswertung des Ausgangswertes des Meßwertgebers unterdrückt wird und dafür ein Richtungsgeber zum Einsatz kommt, der an sich nicht ausreichend genau arbeitet, jedoch für kurze Zeiträume ausreichend genau ist.The inventive training is based on the fact that in one limited area the vertical component of the magnetic field or the magnitude of the earth's field and thus the sum of the squares of those measured under 900 to each other Horizontal components plus the square of the vertical component is to be regarded as constant and that at essential Field weakening due to the iron masses of the houses or significant field overlaps the size of the named auxiliary variables (vertical component or sums of squares) change significantly. The idea of the invention can also be applied to others Apply (as 900) component measurement; e.g. with three 600 twisted against each other Measuring transducers for determining the horizontal components. Here must be a phase-appropriate Addition takes place to the amount of the horizontal component or the earth field obtain. According to the invention, these changes of a certain size are used for recognition the field distortions are exploited by then evaluating the output value of the The transmitter is suppressed and a direction transmitter is used for this purpose does not work with sufficient accuracy per se, but is sufficient for short periods of time is accurate.

Als Richtungsgeber könnte ein den Lenkeinschlag messender Geber benutzt werden, aber auch ein billiger Wendekreisel oder ein billiger Kurskreisel. Diese Geber stellen die Anderung der Richtung gegenüber der bei Abschaltung gefahrenen Richtung fest, so daß sich hieraus die augenblickliche Fahrtrichtung ungefähr ergibt.A transmitter measuring the steering angle could be used as a direction transmitter but also a cheap rate gyro or a cheaper course gyro. These Encoders represent the change in direction compared to the direction taken when the system was switched off Direction fixed, so that the current direction of travel results approximately from this.

Zur Ermittlung der Quadratsumme können zwei gesonderte, um 900 gegeneinander versetzte, in der Horizontalebene angeordnete und auf die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds ansprechende Meßwertaufnehmer vorgesehen sein, deren Ausgangssignale eine nachgeschaltete Quadrier- und Summierstufe zugeführt werden. Ist die Summe um einen bestimmten Wert größer oder kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert, so wird ein Ausgangssignal erzeugt, das dann die Einbeziehung des Signals des anderen Meßwertgebers veranlaßt.To determine the sum of the squares, you can use two separate ones, around 900 against each other staggered, arranged in the horizontal plane and on the horizontal component of the Geomagnetic field responsive transducers can be provided, the output signals a downstream squaring and summing stage can be supplied. Is the sum by a certain value larger or smaller than a specified comparison value, so an output signal is generated which then includes the Signal of the other transducer initiated.

Dies gilt in gleicher Weise, wenn zu den beiden genannten Meßwertaufnehmern bekannter Bauart ein dritter für die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes tritt und dann die Summe der Quadrate aller drei Komponenten gebildet wird.This applies in the same way if to the two named transducers known design a third occurs for the vertical component of the earth's magnetic field and then taking the sum of the squares of all three components.

Die einzelnen Meßwertaufnehmer können dabei sowohl Teil des Meßwertgebers sein, der auf das Erdmagnetfeld anspricht und aus dessen Signalen der Kurswert normalerweise gewonnen wird als auch der Meßmittel, mit deren Hilfe die Fehlverzerrungen ermittelt werden.The individual transducers can both be part of the transducer which responds to the earth's magnetic field and from its signals the course value normally is obtained as well as the measuring means, with the help of which the false distortions are determined will.

Wertet man zur Ermittlung von Verzerrungen nur die Horizontalkomponenten aus, so muß darauf geachtet werden, daß nicht durch Schräglage des Fahrzeugs und der darauf montierten Meßwertaufnehmer Fehlmessungen zustandekommen. Fehler durch Schräglagen lassen sich durch Verwendung einer Anordnung zur Horizontierung (z.B. kardanische Aufhängung) oder durch rechnerische Berücksichtigung des Neigungswinkels vermeiden. Bei Auswertung aller drei Komponenten spielt dagegen ein Neigungsfehler keine Rolle und Maßnahmen zur Ausschaltung sind nicht notwendig.If one evaluates only the horizontal components to determine distortions off, care must be taken that the vehicle is not tilted and the transducers mounted on it result in incorrect measurements. Error through Inclinations can be achieved by using an arrangement for leveling (e.g. cardanic suspension) or by calculating the angle of inclination avoid. When evaluating all three components, however, there is a tilt error no role and measures for deactivation are not necessary.

Bei Ausnutzung der Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes zur Verzerrungserkennung wird der Betrag der gemessenen Vertikalkomponente mit einem (von der geographischen Breite abhängigen) vorgegebenen Vergleichswert verglichen, wobei bei Abweichung um einen vorgegebenen Betrag die "Umschaltung" auf den anderen Meßwertgeber erfolgt. Auch hier muß vermieden werden, daß Schräglagen des Fahrzeugs die aufgenommene Vertikalkomponente verfälschen.When using the vertical component of the earth's magnetic field for distortion detection the amount of the measured vertical component with a (from the geographical Width-dependent) specified comparison value compared, with deviation the "switchover" to the other transducer takes place by a specified amount. Here, too, it must be avoided that inclined positions of the vehicle affect the recorded vertical component distort.

Anhand des Blockschaltbilds der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Dort ist mit 1 der Block bezeichnet, der die Aufnehmer für die Horizontalkomponenten enthält, die z.B. den Aufnehmern 36 und 38 der deutschen Patentschrift 840 449 entsprechen können. Die im Block 1 gewonnenen Signale werden der Auswerteschaltung 2 zugefübirt, die hieraus ein den Kurswert kennzeichnendes Signal erzeugt. Dieses wird über den elektronischen Schalter 3 und über den Block 4 dem Navigationsrechner 5 zugeführt, der aus diesem Kurswert und dem vom Weggeber 6 kommenden Signal den Standort ermittelt. Der Block 5 kann in Anlehnung an das in der deutschen Patentschrift 2 301 054 beschriebene System, jedoch auch ein Sender sein, der das Kurssignal und das Wegesignal zu einer ortsfesten Station zur dortigen Standortanzeige übermittelt.Based on the block diagram of the drawing, an embodiment is intended the Invention will be explained. There, 1 denotes the block that contains the transducers for the horizontal components, e.g. the transducers 36 and 38 of the German Patent 840,449 can correspond. The signals obtained in block 1 are the evaluation circuit 2, which from this a value characterizing the course value Signal generated. This is via the electronic switch 3 and via the block 4 supplied to the navigation computer 5, which is made up of this course value and that of the path transmitter 6 incoming signal determines the location. Block 5 can be based on the system described in German Patent 2 301 054, but also a transmitter be that the course signal and the route signal to a fixed station to the local Location display transmitted.

Die Signale S1 und S2 der beiden um 900 versetzten Xeßwertaufnehmer des Blocks 1 für die Horizontalkomponenten werden zusammen mit dem Signal S3 des im Block 1a untergebrachten Meßwertaufnehmer für die Vertikalkomponente (z.B. entsprechend 40/42 der deutschen Patentschrift 840 449) dem Quadrier- und Summierglied 7 zugeführt, das ein Signal S21 + S 2 + 8 s bildet und dieses Summensignal mit einem vorgegebenen Betrag S vergleicht. Ist |S - (S21 + S22 + S23)| ## (wobei 6 s ein konstanter vorgegebener Wert ist), so wird vom Block 7 ein das Vorhandensein von starken Verzerrungen des magnetischen Erdfelds an dem Aufnahmeort kennzeichnendes Signal abgegeben, das folgende Vorgänge auslöst: 1) Der elektronische Schalter 3 wird in die nicht gezeichnete Stellung gebracht (über Leitung 10), so daß nun nicht mehr der Kurswert des Blocks 2 zum Rechner (Sender) 5 gelangt, sondern ein von einem anderen Geber abgeleiteter Kurswert.The signals S1 and S2 of the two Xeßwertaufnehmer offset by 900 of the block 1 for the horizontal components are together with the signal S3 of the transducer housed in block 1a for the vertical component (e.g. corresponding to 40/42 of German Patent 840 449) fed to the squaring and summing element 7, which forms a signal S21 + S 2 + 8 s and this sum signal with a predetermined one Amount S compares. Is | S - (S21 + S22 + S23) | ## (where 6 s is a constant given Value), then block 7 indicates the presence of strong distortions of the Magnetic earth field at the recording location characterizing signal emitted, the following Process triggers: 1) The electronic switch 3 is in the not shown Position brought (via line 10), so that now no longer the market value of the block 2 reaches the computer (transmitter) 5, but one derived from another transmitter Market value.

2) Im Speicher- und Differenzglied 9 wird über Leitung 11 der bei Auftreten des Ausgangssignals des Blocks 7 von einem billigen und ungenauen Kurskreisel 8 abgegebene augenblickliche Richtungswert gespeichert und in der Folge wird im Block 9 die Differenz zwischen diesem Speicherwert und dem vom Kurskreisel abgegebenen Augenblickswert gebildet. Diese Differenz stellt die Änderung des Kurswerts gegenüber dem Umschaltzeitpunkt dar. Dieser Wert gelangt nun über den Schalter 3 zum Summierglied 4. Anstelle des Kurskreisels könnte auch ein Wendekreisel oder ein Geber für den Lenkwinkeleinschlag verwendet werden.2) In the memory and differential element 9 is via line 11 at Occurrence of the output signal of block 7 of a cheap and inaccurate course gyro 8 delivered instantaneous direction value stored and as a result, in block 9, the difference between this memory value and the instantaneous value given by the course gyro. This difference represents the Change in the market value compared to the changeover time. This value arrives now via switch 3 to summing element 4. Instead of the course gyro could also a rate gyro or a transmitter for the steering angle can be used.

3) Das Ausgangssignal des Blocks 7 bewirkt zusätzlich eine Speicherung des zuletzt vor der Umschaltung vom Block 2 abgegebenen Kurswerts im Speicher 12 (über eitung 13).3) The output signal of block 7 also causes storage of the course value last output in memory 12 before the switchover from block 2 (via line 13).

4) Über Leitung 14 wird der Summierblock 4 aktiviert, der nun aus dem Speicherwert des Speichers 12 und dem vom Block 9 kommenden Änderungswert durch Summen- oder Differenzbildung den neuen Kurswert ermittelt und dem Rechner (Sender) 5 zufuhrt.4) The summing block 4 is activated via line 14, which is now off the stored value of the memory 12 and the change value coming from the block 9 Sums or differences, the new market value is determined and sent to the computer (sender) 5 feeds.

Mit dem Ende des die Feldverzerrung anzeigenden Ausgungssignals wird dann wieder auf die Auswertung der mittels der Meßwertgeber 1 gewonnenen Signale rückgeschaltet.With the end of the output signal indicating the field distortion then back to the evaluation of the signals obtained by means of the transducer 1 downshifted.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein an sich bei den gegebenen Verhältnissen nicht einsetzbarer, jedoch preiswerter Meßwertgeber unter Benutzung eines ungenauen und billigen zweiten Gebers, der seinerseits nie allein zur Meßwertgabe benutzt werden könnte; einsetzbar gemacht wird.The particular advantage of the invention is that a per se In the given circumstances, it cannot be used, but is inexpensive transducer using an imprecise and cheap second encoder, which in turn never could only be used to give measured values; is made usable.

- Patentansprüche - - patent claims -

Claims

? at ent claims 1.) Course measuring device for a vehicle containing one determining the -> direction of the vehicle axis in relation to magnetic north, to the earth's magnetic field responsive transducer, characterized in that on Changes in the magnetic field acting on the transducer responsive, either the vertical component of the magnetic field or the sum of the squares of at least the two horizontal components of the earth's magnetic field measured at 90 ° to each other ascertaining measuring means are provided, which start from a predetermined deviation Generate output signal that a sufficiently accurate in a short period of time The course or course changes are provided for further transducers that reflect course changes, and that the output signal of the measuring means is used for the purpose of the further transducer determined values for the duration of this output signal instead of the measured values of the transducer measuring the earth's field to be included in the course value or to form him.

2. Course measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring means from two 900 offset against each other, on the horizontal components of the earth's magnetic field responsive transducers and one of the measured values the squares and their Sum forming evaluation circuit exists.

3. Course measuring device according to claim 2, characterized in that the Measuring means comprise a third measured value transducer, which is based on the vertical component of the earth's magnetic field responds and that its measured value after squaring into the sum is included.

Claims

4. Course measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that that the transducers also serve as transducers measuring the earth's magnetic field.