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DE2818202A1 - NAVIGATION DEVICE FOR LAND, AIR OR SEA VEHICLES - Google Patents

NAVIGATION DEVICE FOR LAND, AIR OR SEA VEHICLES

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Publication number
DE2818202A1
DE2818202A1 DE19782818202 DE2818202A DE2818202A1 DE 2818202 A1 DE2818202 A1 DE 2818202A1 DE 19782818202 DE19782818202 DE 19782818202 DE 2818202 A DE2818202 A DE 2818202A DE 2818202 A1 DE2818202 A1 DE 2818202A1
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DE
Germany
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signals
speed
vehicle
transformation
fixed
Prior art date
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Granted
Application number
DE19782818202
Other languages
German (de)
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DE2818202C2 (en
Inventor
Uwe Krogmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Original Assignee
Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Bodenseewerk Geratetechnik GmbH filed Critical Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority to DE2818202A priority Critical patent/DE2818202C2/en
Priority to GB7900888A priority patent/GB2020019B/en
Priority to FR7903673A priority patent/FR2424517A1/en
Publication of DE2818202A1 publication Critical patent/DE2818202A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2818202C2 publication Critical patent/DE2818202C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Patentanwälte
DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST
Patent attorneys
DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 P.O. Box 11 o3 86 Telephone (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patentanmeldung Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen/BodenseePatent registration Bodenseewerk Geräteechnik GmbH, D-7770 Überlingen / Bodensee

Navigationsgerät für Land-, Luft- oder Seefahrzeuge Navigation device for land, air or sea vehicles

Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät für Land-, Luftoder Seefahrzeuge, enthaltend:.The invention relates to a navigation device for land, air or sea vehicles, containing :.

eine Trägheitsmeßeinheit mit drehempfindlichen Trägheitssensoren, welche auf Drehbewegungen um fahrzeugfeste Achsen ansprechen, und Beschleunigungsmessern, welche auf Linearbeschleunigungen längs fahrzeugfester Achsen ansprechen, Geschwindigkeitssensoren, welche auf die Geschwindigkeitskomponenten des Fahrzeugs über Grund in Richtung vorgegebener fahrzeugfester Achsen ansprechen, und einen Transformationspar ameter-Rechner, auf den die Signale der Trägheitsmeßeinheit aufgeschaltet sind und der zur Berechnung von Transformationsparametern zur Transformation von Vektorkomponenten von einem fahrzeugfesten Koordinatensystem in ein erdfestes Koordinatensystem eingerichtet ist.an inertia measuring unit with rotationally sensitive inertia sensors, which react to rotational movements around axles fixed to the vehicle respond, and accelerometers that respond to linear accelerations along axles fixed to the vehicle, Speed sensors, which are based on the speed components of the vehicle in the direction of predetermined address fixed vehicle axles, and a Transformationpar ameter computer on which the signals from the inertia measuring unit are switched on and the calculation of transformation parameters for the transformation of vector components of a vehicle-fixed coordinate system is set up in a fixed-earth coordinate system.

Ein Navigationsgerät hat die Aufgabe, die Position des Fahrzeugs in einem geeigneten erdfesten Koordinatensystem anzugeben.A navigation device has the task of the position of the vehicle in a suitable earth-fixed coordinate system to specify.

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Es sind Tragheitsnavigationsgeräte bekannt, bei denen eine kardanisch aufgehängte und durch Kreisel gegenüber dem Fahrzeug stabilisierte Plattform Beschleunigungsmesser trägt, welche auf Linearbeschleunigungen längs plattformfester Achsen ansprechen. Durch zweimalige Integration der Beschleunigungssignale werden Signale erhalten, die den gegenüber einem Bezugspunkt in den verschiedenen Richtungen zurückgelegten Weg wiedergeben. Da die Kreisel die Plattform im inertialen Raum zu stabilisieren trachten, während üblicherweise die Plattform mit einer Achse senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet gehalten werden soll, werden die Ausgangssignale zum Nachdrehen auf die Plattform zurückgeführt (Richard H. Parvin "Inertial Navigation" D. van Nostrand Comp. Inc, 1962). Solche Tragheitsnavigationsgeräte mit kardanisch aufgehängter und stabilisierter und der Erdoberfläche nachgeführter Plattform sind außerordentlich aufwendig. Die durch Integration der Beschleunigungssignale erhaltenen Geschwindigkeitsund Positionssignale sind mit bestimmten charakteristischen Fehlern behaftet.There are inertial navigation devices are known in which a The platform is gimbaled and stabilized with respect to the vehicle by gyroscopes and carries accelerometers Address linear accelerations along platform-fixed axes. By integrating the acceleration signals twice Receive signals that reflect the distance covered in the various directions with respect to a reference point. Since the Gyroscopic endeavors to stabilize the platform in inertial space, while usually the platform with an axis perpendicular is to be kept aligned to the earth's surface, the output signals are fed back to the platform for post-rotation (Richard H. Parvin "Inertial Navigation" D. van Nostrand Comp. Inc, 1962). Such inertial navigation devices with gimbals suspended and stabilized and tracked to the surface of the earth Platform are extremely complex. The speed and speed obtained by integrating the acceleration signals Position signals are subject to certain characteristic errors.

Es ist weiterhin bekannt, die Beschleunigungsmesser nicht auf einer stabilisierten Plattform sondern fahrzeugfest anzuordnen. Durch Wende-Kreisel werden Lageänderungen des Fahrzeugs erfaßt, welche zur Berechnung von Transformationsparametern benutzt werden, die die gegenseitige Lage von fahrzeugfestem Meßsystem und erdfestem Bezugssystem beschreiben. In einem Koordinatentransformations-Rechner werden die in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem gemessenen Beschleunigungssignale in das erdfeste Koordinatensystem transformiert. Durch Integration können dann Geschwindigkeits- und Positionssignale in einem erdfesten Koordinatensystem gewonnen werden. Man bezeichnet solche Geräte als "Strapdown"-Trägheitsnavigationsgeräte (V. Wetzig "Zur Ermittlung der Richtungsreferenz in Strapdown-Navigationssystemen" DFVLR, IFF, 1974)It is also known to arrange the accelerometers not on a stabilized platform but fixed to the vehicle. Changes in the position of the vehicle are recorded by turning gyros, which are used to calculate transformation parameters that describe the mutual position of the measuring system fixed to the vehicle and the fixed reference system. In a coordinate transformation computer the acceleration signals measured in the vehicle-fixed coordinate system are transferred to the Earth-fixed coordinate system transformed. Speed and position signals can then be integrated into one Earth-based coordinate system can be obtained. Such devices are referred to as "strapdown" inertial navigation devices (V. Wetzig "To determine the direction reference in strapdown navigation systems" DFVLR, IFF, 1974)

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Es ist ferner in der nicht vorveröffentlichten, älteren Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 ein Gerät zur automatischen Bestimmung der Nordrichtung in einem Landfahrzeug vorgeschlagen worden, bei welchem ein zweiachsiger, elektrisch gefesselter Kreisel mit seiner Drallachse im wesentlichen vertikal angeordnet ist und an seinen zueinander und zu der Drallachse senkrechten Eingangsachsen je einen Lageabgriff und einen Drehmomenterzeuger aufweist. Das Signal jedes einer Eingangsachse zugeordneten Lageabgriffs ist überkreuz auf den Drehmomenterzeuger der jeweils anderen Eingangsachse geschaltet. Die den beiden Drehmomenterzeugerη zugeführten Signale sind gleichzeitig auf einen Nordabweichungsrechner geschaltet, welcher aus dem Verhältnis der Signale ein die Abweichung einer gerätefesten Referenzrichtung von Nord wiedergebendes Signal liefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 ist mit der Kreiseleinheit ein Paar von Beschleunigungsmessern verbunden, deren Empfindlichkeitsachsen zueinander senkrecht stehen und parallel zu den beiden Eingangsachsen welche ein Paar von FehlerSignalen nach Maßgabe der Abweichung der Kreiseldrallachse von der Vertikalen liefern. Aus den Signalen des Nordabweichungsrechners und der Beschleunigungsmesser v/erden die Lagwinkel der KCeiseleinhe'it und insbesondere die Norabweichung berechnet. Bei Verwendung in einem Fahrzeug sind die Beschleunigungsmesser fahrzeugfest angeordnet und das Gehäuse des Kreisels ist um 90° um eine der Eingangsachsen des Kreisels verschwenkbar. Ein Rechner berechnet aus der durch die Beschleunigungsmesser gelieferten Information über die Lage des Fahrzeugs zur Horizontalen und den von dem Kreisel gelieferten Winkelgeschwindigkeiten um die fahrzeugfesten Eingangsachsen des Kreisels den wahren Kurs.It is also in the not pre-published, older one Patent application P 27 41 274.4-52 proposed a device for automatically determining the north direction in a land vehicle has been, in which a biaxial, electrically constrained gyroscope with its spin axis is essentially vertical is arranged and on its input axes perpendicular to each other and to the twist axis each have a position tap and one Has torque generator. The signal of each position tap assigned to an input axis is crossed over to the torque generator of the other input axis. The signals fed to the two torque generators are simultaneous switched to a north deviation calculator, which calculates the deviation of a device-fixed from the ratio of the signals Supplies a signal reproducing the reference direction from north. In a preferred embodiment of the patent application P 27 41 274.4-52 a pair of accelerometers is connected to the gyro unit, the axes of sensitivity of which are perpendicular to one another stand and parallel to the two input axes which a pair of error signals according to the deviation of the Deliver gyroscopic axis from the vertical. From the signals from the north deviation calculator and the accelerometer v / ground the lag angles of the KCeiseleinhe'it and in particular the Normal deviation calculated. When used in a vehicle, the accelerometers are fixed to the vehicle and the The housing of the gyro can be pivoted through 90 ° about one of the input axes of the gyro. A calculator calculates from the Accelerometer supplied information about the position of the vehicle to the horizontal and that supplied by the gyro Angular velocities around the fixed vehicle entry axes of the gyroscope determine the true course.

Das Gerät nach dieser älteren Anmeldung liefert den Kurs jedoch nicht die Position des Fahrzeugs.However, the device after this older registration does not provide the course with the position of the vehicle.

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Es ist weiterhin ein Gerät zur Navigation von Landfahrzeugen bekannt (DE-OS 25 45 025) , welches einen nordsuchenden Meridiankreisel zur Bestimmung der Nordrichtung, einen nach dem Meridiankreisel ausrichtbaren freien Kreisel als Kursreferenzgerät, einen Geschwindigkeitsgeber (Tachometer) zur Erzeugung eines der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Signals und einen Rechner aufweist, der aus Kurs und Geschwindigkeit die Position des Fahrzeugs liefert. Die Bestimmung der Position des Fahrzeugs aus den Signalen eines Geschwindigkeitsgebers ist ebenfalls mit bestimmten, für dieses Navigationsverfahren charakteristischen Fehlern behaftet.There is also a device for navigation of land vehicles known (DE-OS 25 45 025), which a north-seeking Meridian gyro to determine the north direction, a free gyro that can be aligned with the meridian gyro as a course reference device, a speed sensor (tachometer) for generating a signal proportional to the vehicle speed and has a computer that provides the position of the vehicle from the course and speed. Determining the position of the Vehicle from the signals of a speed sensor is also with certain, for this navigation method afflicted with characteristic errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Navigationsgerät für Land-, Luft- oder Seefahrzeuge zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau eine genaue Bestimmung der Position gestattet.The invention is based on the object of creating a navigation device for land, air or sea vehicles, which is at simple construction allows an exact determination of the position.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Korrektursignalgeber, auf welche Transformationsparameter von dem Transformationsparameter-Rechner aufgeschaltet sind und deren Ausgangssignale die durch die Schwerkraft hervorgerufenen Anteile der an den Beschleunigungsmessern wirkenden Beschleunigungen wiedergeben und den Signalen der Beschleunigungsmesser zur Bildung von Translationsbeschleunigungssignalen überlagert sind, Integratoren auf welche die Translationsbeschleunigungssignale aufgeschaltet sind und welche inertiale Geschwindigkeitssignale liefern, ein Optimalfilter, auf welches die inertialen Geschwindigkeitssignale und die Signale der Geschwindigkeitssensoren aufgeschaltet sind und welches unter Berücksichtigung dieser Signale optimierte Geschwindigkeitssignale bezogen auf fahrzeugfeste Koordinaten liefert, einen Koordinatentransformations-Rechner, dem die optimalen Geschwindigkeitssignale und die Transformationsparameter von dem Transformationsparameter-Rechner zugeführt werden und der zur Transformation dieser Geschwindigkeitssignale in transformierte Geschwindigkeitssignale eingerichtet ist, die auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogen sind, und einen Positionsrechner, auf den die transformierten Geschwindigkeitssignale aufgeschaltet sind und der zur Bildung von Positionssignalen eingerichtet ist, welche die Position des Fahrzeugs wi^igrg^bgijy.g q g gAccording to the invention, this object is achieved by a correction signal generator, to which transformation parameters are switched from the transformation parameter computer and their Output signals the proportions of the accelerations acting on the accelerometers caused by gravity and superimposed on the signals of the accelerometer to form translational acceleration signals are, integrators on which the translational acceleration signals are switched on and which deliver inertial speed signals, an optimal filter to which the inertial Speed signals and the signals of the speed sensors are switched on and which are taken into account these signals deliver optimized speed signals based on vehicle-fixed coordinates, a coordinate transformation computer, which the optimal speed signals and the transformation parameters from the transformation parameter calculator are supplied and to transform these speed signals into transformed speed signals is set up, which are related to a fixed-earth coordinate system, and a position computer to which the transformed Speed signals are switched on and which is set up to form position signals which the Position of the vehicle wi ^ igrg ^ bgijy.g q g g

-JV--JV-

Nach der Erfindung werden Geschwindigkeitssignale einmal nach den Prinzipien der Trägheitsnavigation aus den Signalen der Beschleunigungsmesser gewonnen. Die auf Drehbewegung ansprechenden Trägheitssensoren der Trägheitsmeßeinheit gestatten die Kompensation der von der Schwerkraft herrührenden Anteile in den BeschleunigungsmesserSignalen, so daß sich ohne kreiselstabilisierte Plattform Signale ergeben, welche die reinen Translationsbeschleunigungen in fahrzeugfesten Koordinaten wiedergeben. Daraus lassen sich durch zeitliche Integration "inertiale" Geschwindigkeitssignale erzeugen. Weitere Geschwindigkeitssignale ebenfalls in fahrzeugfesten Koordinaten werden von -den Geschwindigkeitssensoren geliefert, so daß die Geschwindigkeitsinformation redundant, nämlich einmal durch die inertialen Geschwindigkeitssignale und zum anderen durch die Geschwindigkeitssensoren zur Verfügung steht. Jedes dieser Geschwindigkeitssignale ist mit für das betreffende Meßverfahren charakteristischen Fehlern behaftet, so daß die Geschwindigkeitssignale in der Regel voneinander abweichen werden. Das inertiale Geschwindigkeitssignal neigt zu zeitlich anwachsenden Fehlern, während bei den meisten Geschwindigkeitssensoren ζextinvariante Nullpunkts- und Skalenfaktorfehler auftreten. Die beiden Arten von Geschwindigkeitssignalen werden auf ein Optimalfilter gegeben, das Schätzwerte liefert, welche den unterschiedlichen Fehlerverläufen Rechnung trägt und die wahrscheinlichsten Werte für die Geschwindigkeitskomponenten darstellt.According to the invention, speed signals are once made from the signals according to the principles of inertial navigation the accelerometer won. The inertial sensors of the inertial measuring unit that respond to rotary motion allow the compensation of the gravity-related components in the accelerometer signals, so that without Gyro-stabilized platform signals that reflect the pure translational accelerations in the vehicle Display coordinates. From this, "inertial" speed signals can be generated through integration over time. Further speed signals, also in fixed vehicle coordinates, are supplied by the speed sensors, so that the speed information redundant, namely once by the inertial speed signals and to is available to others through the speed sensors. Each of these speed signals is for the relevant one Measurement processes are subject to characteristic errors, so that the speed signals usually differ from one another will. The inertial speed signal tends to errors increasing over time, while with most speed sensors ζextinvariant zero point and scale factor errors appear. The two types of speed signals are applied to a matched filter, which supplies estimated values, which takes into account the different error processes and the represents the most likely values for the velocity components.

Solche Optimalfilter und ihre Auslegung sind an sich bekannt (A. Gelb "Applied Optimal Estimation" MIT Press, London 1974 oder U. Krogmann "Das Kaiman-Filter" in "Internationale Elektronische Rundschau" 1974 Heft 3 Seiten 45-49 und Heft 4 Seiten 71-76).Such optimal filters and their design are known per se (A. Gelb "Applied Optimal Estimation" MIT Press, London 1974 or U. Krogmann "Das Kaiman-Filter" in "Internationale Electronic Rundschau "1974 issue 3 pages 45-49 and issue 4 pages 71-76).

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Die so im fahrzeugfesten Koordinatensystem gewonnenen optimierten Geschwindigkeitssignale werden dann durch den Koordinatentransformations-Rechner mittels der Transformationsparameter, die hierbei ihre zweite Funktion erfüllen, in ein erdfestes Koordinatensystem transformiert. Aus den so transformierten Geschwindkeitskomponenten wird die Position bestimmt.The optimized ones obtained in this way in the vehicle-fixed coordinate system Speed signals are then converted into a by the coordinate transformation computer by means of the transformation parameters, which in this case fulfill their second function Earth-based coordinate system transformed. The position is derived from the speed components transformed in this way certainly.

Vorteilhafterweise sind von dem Optimalfilter Transformationsparameter-Korrektursignale auf den Transformationsparameter-Rechner aufgeschaltet.Advantageously, transformation parameter correction signals are from the optimal filter switched to the transformation parameter calculator.

Weiterhin ist es möglich und vorteilhaft, daß von dem Optimalfilter Geschwindigkeits-Korrektursignale zur Korrektur der Ausgangssignale der Geschwindigkeitssensoren erzeugbar sind, um die erwähnten typischen Fehleranteile wenigstens teilweise zu kompensieren.Furthermore, it is possible and advantageous for the optimal filter to receive speed correction signals for correction the output signals of the speed sensors can be generated in order to at least partially compensate for the typical error components mentioned.

Die Trägheitsmeßeinheit kann nach Art der Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 mit einem zweiachsigen Kreisel und zwei Beschleunigungsmessern aufgebaut sein, wobei als weiterer drehempfindlicher Trägheitssensor ein Drehbeschleunigungsmesser mit nachgeschaltetem Integrator vorgesehen ist, dessen Eingangsachse parallel zur Drallachse des Kreisels in dessen verschwenkter Stellung liegt.The inertia measuring unit can, in the manner of patent application P 27 41 274.4-52, with a two-axis gyro and two Accelerometers be constructed, with a rotational accelerometer as a further rotationally sensitive inertia sensor is provided with a downstream integrator whose input axis is parallel to the spin axis of the gyro in its pivoted position.

Statt zweier einachsiger Beschleunigungsmesser kann auch ein zweiachsiger Beschleunigungsmesser verwendet werden. Statt eines zweiachsigen Kreisels können auch zwei einachsige Wendekreisel vorgesehen sein. Schließlich können auch statt eines zweiachsigen Kreisels zwei einachsige Drehbeschleunigungsmesser mit nachgeschalteten Integratoren verwendet werden.Instead of two uniaxial accelerometers, a biaxial accelerometer can also be used. Instead of A two-axis gyro can also be provided with two single-axis turning gyros. Finally, can also take place a biaxial gyro, two uniaxial rotational accelerometers with downstream integrators can be used.

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Als Geschwindigkeitssensoren können in der Luftfahrt ein Doppler-Radar, in der Seefahrt ein Sonar-Log und bei Landfahrzeugen ein Laser oder elektromechanischer Weg- bzw. Geschwindigkeitsgeber vorgesehen sein.A Doppler radar can be used as speed sensors in aviation, a sonar log in seafaring and land vehicles a laser or electromechanical position or speed sensor can be provided.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings:

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung undFig. 1 is a perspective view and

zeigt schematisch ein Fahrzeug und die Anordnung der verschiedenen Sensoren an diesem Fahrzeug.shows schematically a vehicle and the arrangement of the various sensors on this vehicle.

Fig. 2 zeigt perspektivisch die Trägheitsmeßeinheit bei der Bestimmung der Nordrichtung.Fig. 2 shows in perspective the inertia measuring unit when determining the north direction.

Fig. 3 zeigt die Anordnung und Schaltung desFig. 3 shows the arrangement and circuit of the

zweiachsigen Kreisels bei der Trägheitsmeßeinheit von Fig. 2. two-axis gyro in the inertial measuring unit of FIG.

Fig. 4 zeigt die Trägheitsmeßeinheit in ihrer Betriebsstellung "Navigation".4 shows the inertia measuring unit in its "navigation" operating position.

Fig. 5 ist ein Schaltbild und zeigt die Signalverarbeitung für die Navigation.Fig. 5 is a circuit diagram showing signal processing for navigation.

Fig. 6 zeigt als Blockdiagramm ein Optimalfilter,Fig. 6 shows as a block diagram an optimal filter,

wie es bei der Anordnung von Figur 5 benutzt wird.as used in the arrangement of FIG.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Fahrzeug bezeichnet. An dem Fahrzeug 10 sitzen Geschwindigkeitssensoren 12,14 angebracht, beispielsweise elektromechanische Geschwindigkeitsgeber, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung der Fahrzeuglängs-In Fig. 1, 10 denotes a vehicle. Speed sensors 12, 14 are attached to the vehicle 10, for example electromechanical speed sensors, which the vehicle speed in the direction of the vehicle longitudinal

F FF F

achse χ und der Fahrzeugsquerachs y liefern. An dem Fahrzeug ist weiterhin eine Trägheitsmeßeinheit 16 angebracht. Dieaxis χ and the vehicle transverse axis y. On the vehicle an inertia measuring unit 16 is also attached. the

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Trägheitsmeßeinheit 16 enthält in einem Rahmen (Gehäuse) einen zweiachsigen Kreisel 20, der um eine zur Fahrzeugquerachse parallele Achse 22 relativ zu dem Rahmen 18 verschwenkbar ist. Diese Verschwenkung erfolgt mittels eines Motors 24 und wird durch einen Winkelgeber 26 überwacht. In der dargestellten Stellung des Kreisels 20 ist die Drallachse parallel zur Fahrzeuglängsachse χ . Die beiden EingangsachsenInertia measuring unit 16 contained in a frame (housing) a two-axis gyro 20 which can be pivoted relative to the frame 18 about an axis 22 parallel to the transverse axis of the vehicle is. This pivoting takes place by means of a motor 24 and is monitored by an angle sensor 26. In the The position of the gyro 20 shown is the spin axis parallel to the vehicle longitudinal axis χ. The two entrance axes

des Kreisels 20 sind parallel zur Fahrzeugquerachse y und zurof the gyro 20 are parallel to the vehicle transverse axis y and to

F
Fahrzeughochachse ζ . An dem Rahmen 18 der Trägheitsmeßeinheit sind weiterhin zwei Beschleunigungsmesser 28 und 30 angebracht. Die Eingangsachse des Beschleunigungsmessers 28 ist parallel zur Fahrzeuglängsachse χ und die Eingangsachse des Beschleuni-
F.
Vehicle vertical axis ζ. Two accelerometers 28 and 30 are also attached to the frame 18 of the inertia measuring unit. The input axis of the accelerometer 28 is parallel to the vehicle longitudinal axis χ and the input axis of the acceleration

F gungsmessers 30 ist parallel zur Fahrzeugquerachse y . Die Trägheitsmeßeinheit 16 enthält weiterhin einen Drehbeschleunigungsmesser 32, dessen Eingangsachse parallel zur Fahrzeuglängs-F gungsmesser 30 is parallel to the vehicle transverse axis y. The inertia measuring unit 16 further includes a rotational accelerometer 32, the input axis of which is parallel to the longitudinal

achse χ und zur Drallachse des Kreisels 20 ist. Der Drehbeschleunigungsmesser 32 mißt also Drehbeschleunigungen um dieaxis χ and the twist axis of the gyro 20 is. The rotational accelerometer 32 thus measures rotational accelerations around the

F
Fahrzeuglängsachse χ .
F.
Vehicle longitudinal axis χ.

Der Kreisel 20 kann mit seinem Gehäuse zwischen der in Fig. dargestellten Stellung und einer dagegen um 90 verdrehten Stellung verschwenkt werden, die in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Verschwenkung erfolgt mittels des Stellmotors 24, der über eine von dem Winkelgeber 26 gesteuerte Servoelektronik ansteuerbar ist. Je nach Stellung eines Schalters 36 steuert die Servoelektronik den Stellmotor in die in Fig. 2 dargestellte Stellung oder in die Stellung von Fig. 4.The gyro 20 with its housing can be rotated by 90 between the position shown in FIG Can be pivoted position, which is shown in FIG. This pivoting takes place by means of the servomotor 24, the can be controlled via servo electronics controlled by the angle sensor 26. Depending on the position of a switch 36 controls the servo electronics in the position shown in FIG. 2 or in the position of FIG. 4.

In der Stellung von Fig. 2 liefert der Kreisel 20 Signale, welche eine Bestimmung der Nordrichtung gestatten. Das ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 und in Fig. 3 nochmals schematisch dargestellt.In the position of FIG. 2, the gyro 20 supplies signals which allow a determination of the north direction. That is Subject of the earlier patent application P 27 41 274.4-52 and shown again schematically in FIG.

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Der Kreisel 20 ist in Fig. 3 mit seiner Drallachse H parallel zur Hochachse z_, des Gehäuses oder Rahmens 18 angeordnet. Die Eingangsachse yG des Kreisels fällt mit der Achse 22 (Fig. 1) zusammen, während die Eingangsachse x_ senkrecht zur Drallachse des Kreisels und der Eingangsachse yr verläuft. Der Kreisel ist in einem Kardanrahmen 38 um die Eingangsachse xG drehbar gelagert. Auf der Eingangsachse x„ sitzt ein Abgriff 40 und einThe gyro 20 is arranged in FIG. 3 with its twist axis H parallel to the vertical axis z_, of the housing or frame 18. The input axis y G of the gyro coincides with the axis 22 (FIG. 1), while the input axis x_ runs perpendicular to the spin axis of the gyroscope and the input axis y r . The gyro is rotatably mounted in a cardan frame 38 about the input axis x G. A tap 40 and a are located on the input axis x ″

titi

Drehmomenterzeuger 42. Der Kardanrahmen 38 ist an dem Rahmen um die Eingangsachse y_ drehbar gelagert« Auf der Eingangsachse y_ sitzt ein Abgriff 44 und ein Drehmomenterzeuger 46.Torque generator 42. The cardan frame 38 is rotatably mounted on the frame about the input axis y_ «on the input axis y_ sits a tap 44 and a torque generator 46.

Das Ausgangssignal des Abgriffs 44 ist über einen Verstärker auf den Drehmomenterzeuger 42 geschaltet. Das Signal des Abgriffs 40 ist über einen Verstärker 50 auf den Drehmomenterzeuger 46 geschaltet. Die Verstärkungsgrade der Verstärker und 50 sind so hoch gewählt, daß der Kreisel 20, der Kardanrahmen 38 und der Rahmen 18 praktisch elektrisch an die in Fig. 3 dargestellten relativen Lagen gefesselt sind. Wenn die Achse zG genau vertikal angeordnet ist, dann ist das Verhältnis der an den Ausgängen 52 bzw. 54 abgegriffenen, auf die Drehmomenterzeuger 42 bzw. 46 geschalteten Signale proportional den Tangens des Winkels ψ zwischen der Eingangsachse yG und der Nordrichtung. Bei einer Abweichung zwischen der Hochachse ζ und der Vertikalen, welche durch die Beschleunigungsmesser 28 und 30 feststellbar ist, werden in einer Signalverarbeitungsschaltung 56 (Fig. 2) der die Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 28 und 30 und die Signale von den Ausgängen 52 und 54 zugeführt werden, die Lagewinkel und der wahre Kurs des Fahrzeugs 10 bestimmt.The output signal of tap 44 is switched to torque generator 42 via an amplifier. The signal from tap 40 is switched to torque generator 46 via an amplifier 50. The gain levels of the amplifiers and 50 are selected to be so high that the gyro 20, the cardan frame 38 and the frame 18 are practically electrically tied to the relative positions shown in FIG. If the axis z G is arranged exactly vertically, then the ratio of the signals tapped at the outputs 52 and 54 and switched to the torques 42 and 46 is proportional to the tangent of the angle ψ between the input axis y G and the north direction. In the event of a deviation between the vertical axis ζ and the vertical, which can be determined by the accelerometers 28 and 30, the output signals of the accelerometers 28 and 30 and the signals from the outputs 52 and 54 are fed to a signal processing circuit 56 (FIG. 2) , the attitude angle and the true course of the vehicle 10 is determined.

Auf diese Weise wird zu Beginn der Fahrt die Nordrichtung und der wahre Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf diese Nordrichtung ermittelt. Anschließend wird der Kreisel 20 um 90 in die in Fig. 4 und 5 dargestellte Lage verschwenkt. Nach der Lehre der Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 wirkt der Kreisel dann als Kurskreisel.In this way, the north direction and the true heading of the vehicle with respect to that north direction will be established at the start of the journey determined. The gyro 20 is then pivoted by 90 into the position shown in FIGS. 4 and 5. According to the teaching of the Patent application P 27 41 274.4-52 the gyro then acts as a course gyro.

9Ö9845/0089 " 10 -9Ö9845 / 0089 " 10 -

- yr-- yr-

Bei der vorliegenden Anordnung enthält die Trägheitsmeßeinheit 16 noch zusätzlich den Drehbeschleunigungsmesser 32, dem ein Integrator 58 nachgeschaltet ist und der auf diese Weise dieIn the present arrangement, the inertia measuring unit 16 also contains the rotational accelerometer 32, the one Integrator 58 is connected downstream and in this way the

F Winkelgeschwindigkeit um die Fahrzeuglängsachse χ liefert, während der Kreisel 20 Signale abgibt, welche die Winkel-F supplies angular velocity around the vehicle's longitudinal axis χ, while the gyro outputs 20 signals which

F FF F

geschwindigkeiten um die Achsen y und ζ , also die Fahrzeugquerachse und die Fahrzeughochachse, wiedergeben.speeds around the axes y and ζ, i.e. the transverse axis of the vehicle and the vertical axis of the vehicle.

Die von dem Kreisel 20 gelieferten Winkelgeschwindigkeiten w und w um die Fahrzeugquerachse y bzw. die FahrzeughochachseThe angular velocities w supplied by the gyro 20 and w about the vehicle transverse axis y or the vehicle vertical axis

F Z
z und die von dem Drehbeschleunigungsmesser 32 und Integrator
F Z
z and that from the rotational accelerometer 32 and integrator

F 58 gelieferte Winkelgeschwindigkeit w um die Fahrzeuglängs-F 58 delivered angular velocity w around the vehicle longitudinal

F
achse χ werden auf einen Transformationsparameter-Rechner 60 geschaltet. Als Transformationsparameter zwischen dem fahrzeugfesten Koordinatensystem und einem erdfesten Koordinaten-
F.
axis χ are switched to a transformation parameter calculator 60. As a transformation parameter between the vehicle-fixed coordinate system and an earth-fixed coordinate system

N system dienen die Elemente der Richtungskosinusmatrix C„. Einer Rechnereinheit 62 werden über einen Eingang 64 dieN system are the elements of the direction cosine matrix C ". A computer unit 62 is via an input 64 the

N
Anfangswerte C7-, (0) der Richtungskosinusmatrix zugeführt, die
N
Initial values C 7 -, (0) are supplied to the direction cosine matrix which

nach der Lehre der Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 bestimmt werden. Die Rechnereinheit bildet daraus und aus den Winkel-can be determined according to the teaching of patent application P 27 41 274.4-52. The computing unit forms from this and from the angular

K)K)

geschwindigkeiten ω
Richtungskosinusmatrix nach der Beziehung
speeds ω
Direction cosine matrix according to the relationship

die Zeitableitung Cp derthe time derivative C p der

-NW F-NW F

FF*FF *

wobei Ω der Drehgeschwindigkeitstensorwhere Ω is the rotational speed tensor

F FF F

- ω- ω

b) - b)

- ta χ- ta χ

ist. Dabei berechnen sich die Elemente des Drehgeschwindigkeitstensor aus den gemessenen Drehgeschwindigkeitssignalenis. The elements of the rotational speed tensor are calculated from the measured rotational speed signals

909845/0089909845/0089

- 11 -- 11 -

wie folgt:as follows:

FF. ωω ωζ ω ζ FF. WW. χχ wz w z χχ FF. FF. W
y
W.
y
«ν«Ν FF. FF.

- c- c

Ω„cos ΦΩ "cos Φ

R+HR + H

R+H VER + H V E

FFFF

wobei w ,w χ y where w, w χ y

die Drehgeschwindigkeitssignale,,β „ diethe rotational speed signals ,, β “the

^ tu^ do

Erddrehgeschwindigkeit,Φ die geographische Breite, V„, V„ die Ost- bzw. Nordgeschwindigkeit des Fahrzeugs, R der Erdradius und H die Höhe des Fahrzeugs über dem Meeresspiegel ist. Die so erhaltene Matrix C„, dargestellt durch neun Elemente, wird durch einen Integrator 66 integriert, d.h. der IntegratorEarth's rotation speed, Φ the geographical latitude, V ", V" die East and north speed of the vehicle, R is the radius of the earth and H is the height of the vehicle above sea level. The so obtained matrix C "represented by nine elements integrated by an integrator 66, i.e. the integrator

"F"F.

integriert jedes der neun Elemente der Matrix Cn, wodurch die neun Elemente der durch die Drehgeschwindigkeiten gegenüber dem Anfangszustand veränderten Richtungskosinusmatrix C erhalten werden. Diese Elemente werden, wie durch die Verbindung 68 angedeutet ist, auf die Rechnereinheit 62 aufgeschaltet, welche bei digitaler Signalverarbeitung nun C_ im nächsten Rechenzyklusintegrates each of the nine elements of the matrix C n , whereby the nine elements of the direction cosine matrix C, which is changed by the rotational speeds from the initial state, are obtained. As indicated by the connection 68, these elements are connected to the computer unit 62 which, with digital signal processing, now C_ in the next computing cycle

S mit der neuen Richtungskosinusmatrix C_ bildet. S forms with the new direction cosine matrix C_.

Bei analoger Signalverarbeitung wäre die Rechnereinheit 62 eine Schaltungsanordnung mit Multiplizier- und Addiergliedern, welche aus neun Eingangssignalen von der Verbindung 68 und den drei Winkelgeschwindigkeitssignalen ω ,ω ,ω neunIn the case of analog signal processing, the computer unit 62 would be a circuit arrangement with multipliers and adders, which of nine input signals from connection 68 and the three angular velocity signals ω, ω, ω nine

x y ζx y ζ

Linearkombinationen nach den Regeln der Multiplikation von Matrizen bildet. Diese neun Linearkombinationen sind auf neun analoge Integratoren im Integrator 66 geschaltet, deren Ausgänge über die Verbindung 68 auf die Rechnereinheit 62 zurückgeführt sind. Über Eingang 64 werden die Elemente der Richtungskosinusmatrix Cn,, nämlich die Ausgänge der Integratoren, für die Zeit t=0 auf vorgegebene Anfangswerte zurückgesetzt.Forms linear combinations according to the rules of multiplication of matrices. These nine linear combinations are connected to nine analog integrators in the integrator 66, the outputs of which are fed back to the computer unit 62 via the connection 68. Via input 64, the elements of the direction cosine matrix C n , namely the outputs of the integrators, are reset to predetermined initial values for the time t = 0.

909845/0089909845/0089

Statt mit den Elementen der Richtungskosinusmatrix als Transformationsparameter kann die Matrixierung auch mit den vier Elementen einer Drehquaternion oder direkt mit drei Eulerwinkeln erfolgen.Instead of using the elements of the direction cosine matrix as transformation parameters, the matrixing can also be done with the four elements of a rotational quaternion or directly with three Euler angles.

Am Ausgang des Transformationsparameter-Rechners 60 stehen somit ständig die Transformationsparameter zur Transformation eines Vektors aus einem fahrzeugfesten Koordinatensystem (F-System) in ein erdfestes Koordinatensystem (N-System) etwa mit den Koordinaten Nord, Ost und Vertikale, in Form der Elemente C, der Richtungskosinusmatrix Cp zur Verfugung.The transformation parameters for transforming a vector from a vehicle-fixed coordinate system (F-system) into an earth-fixed coordinate system (N-system), for example with the coordinates north, east and vertical, are at the output of the transformation parameter computer 60, in the form of the elements C, the direction cosine matrix C p is available.

Wenn die Fahrzeughochachse ζ und damit die Hochachse ζ der Trägheitsmeßeinheit 16 nicht genau vertikal ist, dann wirken auf die beiden Beschleunigungsmesser 28 und 30 Komponenten der Erdbeschleunigung g. Diese Komponenten in den Ausgangssignalen der Beschleunigungsmesser 28,30 werden durch die Ausgangssignale von KorrekturSignalgebern 70 bzw. 72 kompensiert. Diesen KorrekturSignalgebern 70 und 72 werden vom Ausgang des Transformationsparameter-Rechners 60 die Richtungskosinusse C31 bzw. C-,2 zugeführt, wobei die Korrektur Signalgeber 70 und 72 Ausgangssignale gC31 bzw. 9C32 liefern. Diese Ausgangssignale werden den Signalen von den Beschleunigungsmessern 28,30 in Summierpunkten 74 bzw. 76 überlagert, wodurch reine Translationsbeschleunigungssignale gebildet werden, welche die Translationsbeschleunigungen des Fahrzeugs in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem wiedergeben.If the vehicle vertical axis ζ and thus the vertical axis ζ of the inertia measuring unit 16 is not exactly vertical, then components of the acceleration due to gravity g act on the two accelerometers 28 and 30. These components in the output signals of the accelerometers 28, 30 are compensated for by the output signals of correction signal generators 70 and 72, respectively. The direction cosines C 31 and C-, 2 are fed to these correction signal generators 70 and 72 from the output of the transformation parameter computer 60, the correction signal generators 70 and 72 delivering output signals gC 31 and 9C 32, respectively. These output signals are superimposed on the signals from the accelerometers 28, 30 in summing points 74 and 76, respectively, whereby pure translational acceleration signals are formed which reflect the translational accelerations of the vehicle in the coordinate system fixed to the vehicle.

Die so erhaltenen Translationsbeschleunigungssignale sind auf Integratoren 78 bzw. 80 aufgeschaltet, die inertiale Geschwindig-The translational acceleration signals obtained in this way are applied to integrators 78 and 80, the inertial velocity

F FF F

keitssignale vT bzw. ν liefern. Weitere Geschwindigkeits-supply speed signals v T or ν. Further speed

F F
signale Vn und Vn werden von den Geschwindigkeitssensoren
FF
signals V n and V n are from the speed sensors

x Y ρ ρ x Y ρ ρ

12 und 14 geliefert. Diese Geschwindigkeitssignale ντ , ν12 and 14 delivered. These speed signals ν τ , ν

FF
bzw. ν , ν werden einem Optimalfilter 82 zugeführt.
FF
or ν, ν are fed to an optimal filter 82.

909845/0089909845/0089

Das Optimalfilter 82 ermittelt aus den GeschwindigkeitssignalenThe optimal filter 82 determines from the speed signals

T? "P 1P "PT? "P 1 P" P

vT , ν , vT und Vn optimierte Geschwindigkeitssignale ν und ν für die Komponenten der Geschwindigkeit in einem fahrzeugfesten Koordinatensystem. Ferner liefert das Optimalfilter 82 Korrektursignale Cx. für die Transformations-Jj Korr ρ F v T , ν, v T and V n optimized speed signals ν and ν for the components of the speed in a coordinate system fixed to the vehicle. Furthermore, the optimal filter 82 supplies correction signals C x . for the transformation Jj Korr ρ F

parameter CL1 und Korrektursignale ν v _, und ν „. für die i; xj\orr yi\orrparameter CL 1 and correction signals ν v _, and ν „. for the i; xj \ orr yi \ orr

von den Geschwindigkeitssensoren (12,14 gemessenen Geschwindigkeiten. Die Signale C, werden über eine Verbindung 84 auf einen Korrekturrechner 88 gegeben, der einen Teil des Transformationsparameter-Rechner 60 bildet. Die Korrektursignale ν Ko und νvKorr werden Korrekturschaltungen 88 bzw. 90 zugeführt, welche eine Korrektur der von den Geschwindigkeitssensoren 12,14 gelieferten Geschwindigkeitssignale bewirken. Dadurch kann beispielsweise der Schlupf von Ketten oder Rädern bei Landfahrzeugen mit elektromechanischen Geschwindigkeit sgeber η berücksichtigt werden.The speeds measured by the speed sensors (12, 14. The signals C i are sent via a connection 84 to a correction computer 88 which forms part of the transformation parameter computer 60. The correction signals ν Ko and ν vKorr are fed to correction circuits 88 and 90, respectively. which cause a correction of the speed signals supplied by the speed sensors 12, 14. As a result, for example, the slip of chains or wheels in land vehicles with electromechanical speed sensors η can be taken into account.

Bei Landfahrzeugen kann man von der Annahme ausgehen, daß die Quergeschwindigkeit ν =0 ist. Der Geschwindigkeitssensor kann dann entfallen, so daß dem Optimalfilter 82 der WertIn the case of land vehicles, it can be assumed that the lateral speed ν = 0. The speed sensor can then be omitted, so that the optimal filter 82 the value

F
Vn = 0 zugeführt wird.
F.
V n = 0 is supplied.

Mit den von dem Optimalfilter 82 gelieferten Geschwindigkeitskomponenten ν ,ν sowie den aus einem Vertikalkanal 92With the speed components supplied by the optimal filter 82 ν, ν and that from a vertical channel 92

^ y F^ y F

gelieferten Vertikalgeschwindigkeit ν werden in einem Koordinatentransformations-Rechner 94, dem auch die korrigierten Transformationsparameter C„ von dem Transformationsparameter-Rechner 60 zugeführt werden, die Geschwindigkeitskomponenten VE' vNf VD *~n e^-nem raum- oder erdfesten Koordinatensystem nach der Beziehung V = CL1 V berechnet. Diese Geschwindigkeitskomponenten v„, v„, v_, sind auf einen Positionsrechner 96 supplied vertical velocity ν in a coordinate transform calculator 94, which also includes the corrected transformation parameters C "by the transformation parameter calculator are supplied to 60, the velocity components V E 'v N f V D * ~ n e ^ - NEM space- or earth-based coordinate system by the relationship V = CL 1 V is calculated. These speed components v ″, v ″, v_, are sent to a position computer 96

£i IM JJ£ i IN YY

geschaltet, der daraus nach den üblichen Methoden der Koppelnavigation die Position des Fahrzeugs nach Nord (N) Ost (E) und Höhe (H) berechnet. Aus den Werten für die Nordbzw. Ost-Position kann die geographische Breite Φ berechnet werden, wie in P 25 45 025.3 angegeben. Φ wird für die Berechnung des Drehgeschwindigkeitstensors benötigt.switched, which uses the usual methods of dead reckoning to position the vehicle to the north (N) East (E) and Altitude (H) calculated. From the values for the north and East position can be calculated from latitude Φ as specified in P 25 45 025.3. Φ is required for the calculation of the rotational speed tensor.

909845/0089909845/0089

- 14 -- 14 -

Obwohl dies für das erfindungsgemäße Navigationsverfahren nicht erforderlich ist, können zusätzlich durch einen Lagewinkelrechner 98 der Kurs φ sowie Nick- und Rollwinkel 9- bzw. Φ aus den Elementen der Richtungskosinusmatrix ermittelt und angezeigt werden, wie dies z.B. in der Patentanmeldung P 27 41 274.4-52 offenbart ist.Although this is not necessary for the navigation method according to the invention, the course φ as well as pitch and roll angles 9- or Φ can also be determined and displayed from the elements of the direction cosine matrix by a position angle calculator 98, as is shown, for example, in patent application P 27 41 274.4- 52 is disclosed.

F Bei Schiffen und Landfahrzeugen kann ν =0 gesetzt werden.F For ships and land vehicles, ν = 0 can be set.

Die Struktur des Optimalfilters 82 ist in Figur 6 dargestellt.The structure of the optimal filter 82 is shown in FIG.

F F Die Geschwindigkeitssignale vT und ν sind in einem Summierpunkt 100 gegeneinandergeschaltet. Ebenso sind die Geschwindigkeitssignale ν und ν in einem Summierpunkt gegeneinandergeschaltet. Den Differenzsignalen sind in Summierpunkten 104 bzw. 106 Rückführsignale überlagert. Die so an den Summierpunkten erhaltenen Signale werden einem linearisierten dynamischen Modell 108 des Systems, welches das Kernstück des Optimalfilters 82 bildet, mit zeitabhängigen Faktoren Kx(t) und K (t) zugeführt.FF The speed signals v T and ν are connected to one another in a summing point 100. The speed signals ν and ν are also switched against each other at a summing point. Feedback signals are superimposed on the difference signals in summing points 104 and 106, respectively. The signals thus obtained at the summing points are fed to a linearized dynamic model 108 of the system, which forms the core of the optimal filter 82, with time-dependent factors K x (t) and K (t).

Das Modell 108 erhält somit als Eingangsgröße einen zweidimensionalen Zustandsvektor. Es liefert als Ausgang einen Zustandsvektor χ mit den KomponentenThe model 108 thus receives a two-dimensional input variable State vector. It provides an output State vector χ with the components

χ =χ =

FF FFFF FF

Vx ' Vy ' CKorr' VxKorr ' vyKorr V x ' V y' C Korr ' V xKorr' v yKorr

Der Block F(t) enthält als zeitabhängige Matrix die Beiwerte des linearisierten dynamischen Modells, dessen Ordnung der Anzahl der Elemente im Zustandsvektor χ entspricht. Der mitj dt bezeichnete Block bildet durch Integration und Linearkombination der Komponenten aus den zeitabhängig gewichteten Eingangssignalen den Zustandsvektor x. Dieser Zustandsvektor χ bildet die Ausgangsgrößen des Optimalfilters 82 und wird außerdem über den Block H, der eine Matrix mit zwei Zeilen und einer Anzahl vonThe block F (t) contains the coefficients as a time-dependent matrix of the linearized dynamic model, the order of which corresponds to the number of elements in the state vector χ. The mitj dt The designated block is formed by integration and linear combination of the components from the time-dependent weighted input signals the state vector x. This state vector χ forms the output variables of the optimal filter 82 and is also via the Block H, which is a matrix with two rows and a number of

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- 15 -- 15 -

Spalten entsprechend der Ordnung von χ symbolisiert, in einen zweidimensionalen Vektor umgesetzt, der die beiden Rückführsignale darstellt.Columns according to the order of χ symbolized into one implemented two-dimensional vector representing the two feedback signals.

- 16 -- 16 -

909845/0089909845/0089

Claims (3)

- xr-- xr- PatentansprücheClaims ' 1 .) Navigationsgerät für Land-, Luft- oder Seefahrzeuge, '"■— enthaltend: ' 1.) Navigation device for land, air or sea vehicles,'"■ - containing: eine Trägheitsmeßeinheit mit drehempfindlichen Trägheitssensoren, welche auf Drehbewegungen um fahrzeugfeste Achsen ansprechen, und Beschleunigungsmessern, welche auf Linearbeschleunigungen längs fahrzeugfester Achsen ansprechen,an inertia measuring unit with rotationally sensitive inertia sensors, which respond to rotary movements around axles fixed to the vehicle, and accelerometers which respond to Linear accelerations along axes fixed to the vehicle speak to, Geschwindigkeitssensoren, welche auf die Geschwindigkeitskomponenten des Fahrzeugs über Grund in Richtung vorgegebener fahrzeugfester Achsen ansprechen, und einen Transformationsparameter-Rechner, auf den die Signale der Trägheitsmeßeinheit aufgeschaltet sind und der zur Berechnung von Transformationsparametern zur Transformation von Vektorkomponenten von einem fahrzeugfesten Koordinatensystem in ein erdfestes Koordinatensystem eingerichtet ist,Speed sensors, which act on the speed components of the vehicle address above ground in the direction of predetermined axles fixed to the vehicle, and one Transformation parameter computer to which the signals of the inertia measuring unit are switched and which is used for Calculation of transformation parameters for the transformation of vector components from a vehicle-mounted one The coordinate system is set up in a fixed-earth coordinate system, gekennzeichnet durchmarked by KorrekturSignalgeber (70,72) auf welche Transformationsparameter von dem Transformationsparameter-Rechner (60) aufgeschaltet sind und deren Au'sgangssignale die durch die Schwerkraft hervorgerufenen Anteile der an den Beschleunigungsmessern (28,30) wirkenden Beschleunigungen wiedergeben und den Signalen der Beschleunigungsmesser (28,30) zur Bildung von Translationsbeschleunigungssignalen überlagert sind,Correction signal generator (70, 72) to which transformation parameters from the transformation parameter calculator (60) are switched on and their output signals the gravity-induced proportions of the accelerometers (28,30) acting accelerations and the signals of the accelerometer (28,30) to Formation of translational acceleration signals are superimposed, - 17 -- 17 - 909845/0088909845/0088 ORIGINAL INSPECTEORIGINAL INSPECTE - vr -- vr - Integratoren (78,80) auf welche die Translationsbeschleunigungssignale aufgeschaltet sind und welche inertiale Geschwindigkeitssignale liefern,Integrators (78, 80) to which the translational acceleration signals are connected and which deliver inertial speed signals, ein Optimalfilter (82), auf welches die inertialen Geschwindigkeitssignale und die Signale der Geschwindigkeitssensoren (12,14) aufgeschaltet sind und welches unter Berücksichtigung dieser Signale optimierte Geschwindigkeitssignale bezogen auf fahrzeugfeste Koordinaten liefert,a matched filter (82) to which the inertial speed signals and the signals from the speed sensors (12,14) and which speed signals are optimized taking these signals into account supplies in relation to fixed vehicle coordinates, einen Koordinatentransformations-Rechner (94), dem die optimierten Geschwindigkeitssignale und die Transformationsparameter von dem Transformationsparameter-Rechner (60) zugeführt werden und der zur Transformation dieser Geschwindigkeitssignale in transformierte Geschwindigkeitssignale eingerichtet ist, die auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogen sind, unda coordinate transformation computer (94) to which the optimized speed signals and the transformation parameters from the transformation parameter calculator (60) are supplied and to transform these speed signals into transformed speed signals is set up, which are related to a fixed-earth coordinate system, and einen Positionsrechner (96) , auf den die transformierten Geschwindigkeitssignale aufgeschaltet sind und der zur Bildung von Positionssignalen eingerichtet ist, welche die Position des Fahrzeugs (10) wiedergeben.a position computer (96) to which the transformed speed signals are switched and which is used for Formation of position signals is set up, which reflect the position of the vehicle (10). 2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Optimalfilter (82) Transformationsparameter-Korrektursignale auf den Transformationsparameter-Rechner (60) aufgeschaltet sind.2. Navigation device according to claim 1, characterized in that that from the optimal filter (82) transformation parameter correction signals are connected to the transformation parameter computer (60). 3. Navigationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Optimalfilter (82) Geschwindigkeits-Korrektur signale zur Korrektur der Ausgangssignale der Geschwindigkeitssensoren (12,14) erzeugbar sind.3. Navigation device according to claim 1 or 2, characterized in that that from the optimal filter (82) speed correction signals for correcting the output signals of the Speed sensors (12,14) can be generated. 90984 5/008990984 5/0089
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