DE3028649A1

DE3028649A1 - Vorrichtung zur bestimmung der nordrichtung

Info

Publication number: DE3028649A1
Application number: DE19803028649
Authority: DE
Inventors: Uwe 7770 Überlingen Krogmann
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3028649C2; FR2487971B1; GB2080972A; FR2487971A1; GB2080972B

Description

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PATENTANWÄLTE
DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST BÖKENBUSCH41 · 0 562OVELBERTII-LANGENBERg

Postfadi 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen/Bodensee Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung enthaltend: einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist, einen

^ zweiachsigen Kreisel, der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobei die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse des Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse des Kreisels senkrecht

*"* zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft, einen ersten und zweiten Abgriff auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels, einen ersten und zweiten Drehmomenterzeuger auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels, wobei der auf der ersten

Eingangsachse angeordnete erste Abgriff auf den zweiten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzt, und der auf der zweiten Einganysachse angeordnete zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der auf

der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt, einen Stellmotor zum Verdrehen des Azimutrahmens um die

OR/Q/NAL INSPECTED

30286

] Azimutachse, einen auf der Azimutachse angeordneten Winkelstellungsgeber, eine umschaltbare Steuereinrichtung, welche von dem Signal des Winkelstellungsgebers
beaufschlagt ist und den Stellmotor so steuert, daß der Azimutrahmen wahlweise in eine 0 '-Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse parallel zu einer gerätefesten Achse ist, in eine 90°-Stellung oder in eine 180°-Stellung verdrehbar ist, Signalverarbeitungsmittel zur Bestimmung der Nordrichtung, auf welche die dem ersten Drehmomenterzeuger zugeführten Signale aufgeschaltet sind.

Es ist ein Gerät zur Navigation von Landfahrzeugen
bekannt (DE-OS 25 45 025), bei welchem mittels eines bandaufgehängten Meridiankreisels, dessen Richtmoment durch ein Gegenmoment kompensiert wird, der Winkel
zwischen Kreiseldrallachse und Nordrichtung bestimmt wird. Ein freier Kreisel, der für die Navigation des Fahrzeugs als Kursreferenzgerät dient, wird nach der so bestimmten Nordrichtung ausgerichtet. Ein solches selbstnordendes Kursreferenzgerät arbeitet also mit zwei Schritten: Vor Antritt der Fahrt wird die Nordrichtung bestimmt. Es erfolgt eine Anfangsausricht.ung des Kursreferenzgeräts nach dieser Nordrichtung.
Anschließend liefert das Kursreferenzgerät im Kursreferenzbetrieb laufend den auf diese Nordrichtung bezogenen Kurs des Fahrzeugs.

Durch die DE-OS 27 41 27 4 ist es bekannt, die
Nordrichtung statt mittels eines bandaufgehängten

Kreisels mit horizontaler Drallachse mit Hilfe eines zweiachsigen Wendekreisels zu bestimmen, dessen
Drallachse vertikal angeordnet ist. Der Wendekreisel enthält auf zwei zueinander senkrechten horizontalen Eingangsachsen je einen Abgriff und je einen

Drehmomenterzeuger. Die Ausgangssignale der Abgriffe

sind jeweils überkreuz über einen Verstärker auf den auf der jeweils anderen Eingangsachse sitzenden Drehmomenterzeuger geschaltet. Die auf die Drehmomenterzeuger geschalteten Signale entsprechen den Komponenten der Horizontalkomponente der Erddrehung. Aus dem Verhältnis der beiden Signale ergibt sich der Anfangswert des Kurswinkels. Um diesen Anfangswert auch dann richtig zu erhalten, wenn die Kreiseldrallachse, die sich in Richtung der Fahrzeughochachse erstreckt, nicht genau vertikal zur Erdoberfläche liegt, sind zwei Beschleunigungsmesser vorgesehen, welche die Schräglage des Fahrzeugs liefern. Aus den Signalen der Beschleunigungsmesser und den auf die beiden Drehmomenterzeuger des Wendekreisels aufgeschalteten Signalen wird in einem Rechner der Anfangswert des auf ein erdfestes Koordinatensystem bezogenen Kurswinkels bestimmt.

Bei der Anordnung nach der DE-OS 27 41 274 wird der gleiche zweiachsige Wendekreisel nach einer Verschwenkung um 90° mit im wesentlichen horizontaler Kreiseldrallachse als Kurs-Lage-Referenzgerät benutzt, wobei der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeiten und den Signalen der Beschleunigungsmesser unter Berücksichtigung der bei der Anfangsausrichtung ermittelten Anfangswerte ständig die Lage des Fahrzeugs und insbesondere laufend den wahren Kurswinkel berechnet.

In beiden Fällen wird aus dem Kurswinkel und der in Fahrzeuglängsachse gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit die Position des Fahrzeugs in einem geographischen oder Gitterkoordinatensystem bestimmt.

J 2 8 6 4

' Die geschilderten bekannten Anordnungen liefern die Fahrzeugposition zwar mit hoher Genauigkeit. Sie sind jedoch für viele Anwendungen zu aufwendig, während es andererseits Anwendungen gibt, bei denen die Anforderungen an die Genauigkeit der Navigation geringer sind aber ein wenig aufwendiges Kursreferenzgerät verlangt wird.

Durch die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung ρ 29 22 412.2-52 ist ein selbstnordendes Kurs-Lage-Referenzgerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch eine Anfangsausrichtung die Nordrichtung bestimmt und dann im Kursreferenzbetrieb für die Navigation laufend ein Kurswinkel abgegriffen wird. Das bekannte

'5 Kursreferenzgerät enthält einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist. Auf dem Azimutrahmen ist ein zweiachsiger Kreisel angeordnet, wobei die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt, eine erste Eingangsachse des Kreisels parallel zur Azimutachse und die zweite Eingangsachse des Kreisels senkrecht zur Drallachse und der ersten Eingangsachse verläuft. Auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzen je ein erster und ein zweiter Abgriff. Ferner

*-° sitzen auf der ersten und zweiten Eingangsachse des Kreisels je ein erster bzw. zweiter Drehmomenterzeuger. Der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite Abgriff ist auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse des

Kreisels sitzt. Das auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltete Signal für die Anfangsausrichtung ist gleichzeitig auf nordrichtungsbestimmende Mittel aufgeschaltet. Der Azimutrahmen ist durch einen Stellmotor um die Azimutachse verdrehbar. Ferner

lit auf d©r Äzimutachse ein Winkelstellungsgeber angeordnet.

ORIGINAL INSPECTED

028649

' Bei dem bekannten selbstnordenden Kurs-Lage-Referenzgerät ist der Azimutrahmen in einem Rollrahmen um die im wesentliche" vertikale Azimutachse verdrehbar gelagert, und der Rollrahmen ist seinerseits um die Fahrzeuglängsachse schwenkbar gelagert. Der zweiachsige Kreisel 1st ein zweiachsiger Wendelkreisel. Es ist nicht nur der zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet sondern, ähnlich wie bei der DE-OS 27 41 274, auch der auf der ersten Eingangsachse sitzende erste Abgriff auf den auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzenden zweiten Drehmomenterzeuger. Schließlich sitzt auf dem.Azimutrahmen noch ein Beschleunigungsmesser, dessen Eingangsachse

parallel zur Drallachse des Kreisels liegt. 15

Der Azimutrahmen ist mit dem Rollrahmen in einer ersten Betriebsweise "Nordung" oder "Anfangsausrichtung" so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse in einer durch die Fahrzeuglängsachse ^ gehenden Vertikalebene liegt. In einer zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" ist der Azimutrahmen mit dem Rollrahmen so um die Fahrzeuglängsachse ausrichtbar, daß die Azimutachse parallel zur

Fahrzeughochachse ist.
25

Der Azimutrahmen ist gegenüber dem Pollrahmen durch den Azimut-Stellmotor um die Azimutachse wahlweise in eine 0 -Stellung, in welcher die Dr^llachse parallel zur Fahrzeuglängsachse ist, oder in eine dazu um 90° winkelversetzte 90 -Stelluna verdrehbar.

In der ersten Betriebsweise "Nordung" liefert der Rechner aus den in den beiden Stellungen des Azimutrahmens gemessenen und gespeicherten, die Drehgeschwindigkeit

um die zweite Eingangsachse wiedergebenden Signalen des Wendekreisels und den ebenfalls in diesen

ORIGiNAL /NSPECTED

Stellungen gemessenen und gespeicherten Beschleunigungssignalen des Beschleunigungsmessers die anfängliche Abweichung einer durch die Fahrzeuglängsachse gehenden Vertikalebene von der Meridianebene (anfängliche Nordabweichung).

In der zweiten Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" beim Eindrehen des Azimutrahmens in die 90 -Stellung liefert der Rechner aus den Winkelgeschwindigkeitssignalen des Wendekreisels ein den wahren Kurs des Fahrzeugs wiedergebendes Signal.

Auch bei dieser bekannten Anordnung wird wie bei der DE-OS 27 41 274 sowohl die Nordrichtung bei der Anfangsausrichtung als auch der Kurswinkel in der Betriebsweise "Kurs-Lage-Referenz" durch einen Rechner aus den beiden Signalen des zweiachsigen Wendekreisels sowie Beschleunigungsmessersignalen berechnet. Der Vorteil der Anordnung nach Patentanmeldung P 29 22 412.2-52 liegt darin, daß bei günstigem mechanischen Aufwand eine erhebliche Vereinfachung der Signalverarbeitung gegenüber der Anordnung nach DE-OS 27 41 274 erreicht wird.

Auch hier ist jedoch der Aufwand für viele Anwendungen noch zu hoch, während die erreichbare Genauigkeit in manchen Fällen gar nicht benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art mechanisch und hinsichtlich der Signalverarbeitung mit möglichst einfachen Mitteln aufzubauen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Signalverarbeitungnmittel für die Bestimmung der Nordri chtung

-3U.28649

-r 20

(a) Mittel enthält zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger zugeführten Signale in der O°-Stellung, der 9O°-Steilung und der 18O°-Stellung,

(b) Mittel zur Bildung der halben Differenz der bei der O°-Stellung und der bei der 18O°-Steilung, gespeicherten Signale,

(c) Mittel zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Hi
Erddrehung,

durch die Horizontalkomponente Ω = Ω cos Φ der

O Hi

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Nordrichtung mittels eines elektrisch gefesselten Wendekreisels aus den Komponenten der Erddrehung bestimmt. Die Signalverarbeitung wird dabei sehr einfach, wobei durch die Messung in verschiedenen Winkelstellungen des Azimutrahmens wesentliche Fehlerquellen des verwendeten Kreisels kompensiert werden. Die Anforderungen an die Präzision des Kreisels könnten daher geringer gehalten werden. Der Kreisel kann in der für die Nordnung benutzten Lage anschließend als Kurs-Lage-Referenzgerät benutzt werden, wobei die jeweiligen Lagewinkel einschließlich des Kurswinkels aus den durch den Kreisel gemessenen Winkelgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung der bei der Anfangsausrichtung bestimmten Anfangslage ermittelt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen

Zeichnungen näher erläutert:
35

ORIGINAL INSPECTED

Fig. 1 ist eine schematisch-persOektivische

Darstellung einer ersten Ausführungsform eines selbstnordendes Kurs-Lage-Referenzgeräts .
5

Fig. 2 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Elemente C^₁ und C,„ Richtungskosinusmatrix für eine Transformation aus einem gerätefesten Koordinatensystem in

ein erdfestes Koordinatensystem.

Fig. 3 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung des Elements C₁₁ der Richtungskosinusmatrix.

Fig. 4 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung des Elements C₁₂ der Richtungskosinusmatrix. 20

Fig. 5 zeigt einen Teil der Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord aus den Elementen der Richtungskosinusmatrix.

Fig. 6 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer vereinfachten zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung, und

υ ζ ö b 4 y

Fig. 7 zeigt die zugehörigen Signalverarbeitungsmittel.

Fig. 8 zeigt bei einer abgewandelten Ausführung der Signalverarbeitungsmittel

die Mittel für eine Grobbestimmung der Winkelfunktionen des Azimutwinkels nach Nord.

Fig. 9 zeigt bei dieser abgewandelten Ausführungsform die Bestimmung des genauen Wertes des Azimutwinkels sowie die Bestimmung des Kurswinkels.

Fig. 10 gibt eine Übersicht über den Ablauf

des Nordungsvorganges.

Fig. 11 ist eine Abwandlung der Mittel für die Grobbestimmung der Winkelfunktionen und zeigt die Berücksichtigung des

Fehlmontagewinkels des Kreisels.

Fig. 12 ist eine Abwandlung der Mittel für die

Bestimmung des genauen Wertes des Azimutwinkels und zeigt die Berück

sichtigung des Fehlmontagewinkels des Kreisels.

Das selbstnordende Kurs-Lage-Referenzgerät von Fig.

enthält einen Azimutrahmen 10, der um eine Azimutachse

c
ζ verdrehbar ist. Der Azimutrahmen definiert ein

C C Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen χ , y und

ζ . Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein Kreisel 12

angeordnet, dessen Drall H parallel zur Achse χ

^OJ verläuft. Der Kreisel definiert ein Koordinatensystem

K C

mit der Drallachse ζ , einer zur Azimutachse ζ

ORIGINAL INSPECTED

parallelen ersten Eingangsachse y und einer zweiten

κ κ

Eingangsachse χ , die senkrecht zur Drallachse ζ und der ersten Eingangsachse y verläuft. Der Azimutrahmen

CC C 10 mit seinem Koordinatensystem χ , y und ζ ist um die Azimutachse ζ verdrehbar gegenüber einem gehäusefesten Koordinatensystem χ , y und ζ ', wobei die Koordinatenachse ζ "⁷ parallel zu der Koordinatenachse ζ ist und in der dargestellten 0 -Stellung die Koordinatenachsen χ und y parallel zu den Koordinaten-

C C
achse χ und y des Azimutrahmens 10 sind. Der

Drehwinkel des Azimutrahmens 10 um die Azimutachse ζ aus der dargestellten 0 -Stellung heraus ist mit λ bezeichnet. Vorzugsweise ist das gehäusefeste Koordinatensystem parallel zu einem fahrzeugfesten Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen Fahrzeug-

F F

längsachse χ , Fahrzeugquerachse y und Fahrzeughoch-

F
achse ζ angeordnet.

Auf der ersten Eingangsachse y des Kreisels 12 sitzen ein erster Abgriff 14 und ein erster Drehmomenterzeuger 16. Auf der zweiten Eingangsachse χ des Kreisels 12 sitzen ein zweiter Abgriff 18 und ein zweiter Drehmomenterzeuger 20. Der auf der ersten Eingangsachse γ angeordnete erste Abgriff 14 ist über einen Verstärker 22 auf den zweiten Drehmomenterzeuger 20 geschaltet, der auf der zweiten Eingangsachse χ des Kreisels 12 sitzt. Der auf der zweiten Eingangsachse χ angeordnete zweite Abgriff 18 ist über einen Verstärker 24 auf den ersten Drehmomenterzeuger 16 geschaltet, der auf der ersten Eingangsachse y des Kreisels 12 sitzt. Auf diese Weise ist der Kreisel um seine Eingangsachsen elektrisch an sein Gehäuse

gefesselt. Es handelt sich um einen zweiachsigen Wendekreisel. Die den Drehmomenterzeugern 16 und 20 zugeführten Signale T2 bzw. T1 werden über Filter 26 bzw. 28 abgegriffen und in noch zu beschreibender Weise den Signalverarbeitungsmitteln zugeführt.

O U L· O

Auf der Azimutachse ζ sitzt ein Stellmotor 30 zum Ver-

drehen des Azimutrahmens 10 um die Azimutachse ζ . Auf

η
der Azimutachse ζ ist weiterhin ein Winkelstellungsgeber 32 angeordnet. Eine umschaltbare Steuereinrichtung 34 ist von dem Signal des Winkelstellungsgebers 32 beaufschlagt und steuert den Stellmotor so, daß der Azimutrahmen 10 wahlweise in die dargestellte 0 -Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse ζ parallel zu einer gerätefesten Achse χ ist, in eine 90 -Stellung oder in eine 180 -Stellung verdrehbar ist.

Auf dem Azimutrahmen 10 ist ein erster Beschleunigungsmesser 36 angeordnet, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Kreiseldrallachse ζ ist, und ein zweiter Beschleunigungsmesser 38, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zu der zweiten Eingangsachse χ des Kreisels 12 ist. Die Signale Ux und Uy des ersten bzw. des zweiten Beschleunigungsmessers werden über Filter 40 bzw. 42 ebenfalls den Signalverarbeitungsmitteln zugeführt.

Die für die Anfangsausrichtung benutzten Teile der Signalverarbeitungsmittel sind in den Figuren 2 bis

dargestellt.
25

Die Signalverarbeitungsmittel enthalten Mittel 44,46,48 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger zugeführten Signale -T₂ |_Q, -T₂/ _gQ, - T₂ | _18Q in der 0°-Steilung, der 90°-Stellung bzw. der

™ 180°-Stellung. Die Signalverarbeitungsmittel enthalten weiterhin Mittel 50,52 zur Bildung der halben Differenz der bei der O°-Stellung und bei der 180°-Stellung gespeicherten Signale sowie Mittel 54 zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente Ω = V . cos Φ der Erddrehung. Weiterhin enthalten die Signalverarbeitungsmittel Mittel 56,58 zur Bildung des Mittelwerts der in der 0°-Steilung

ORIG/NAL INSPECTED

&2S

' und der 180 -Stellung im ersten Drehmomenterzeuger 16 zugeführten, in den Speichern 4 4 und 4 8 gespeicherten Signale,' Mittel 60 zur Subtraktion des in der 9O°-Stellung in dem Speicher 46 gespeicherten Signals - T₂ \ 90 von diesem Mittelwert und Mittel 62 zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente Q = Ω_ . cos Φ der Erddrehung.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird auch eine evtl. Schräglage des Azimutrahmens bei der Anfangsausrichtung berücksichtigt. Dies geschieht durch die Signale der Beschleunigungsmesser 36 und 38.

Dementsprechend enthalten die Signalverarbeitungsmittel '5 für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin Mittel 64,66 zur Division der Beschleunigungsmessersignale durch die negative Erdbeschleunigung zur Erzeugung von Signalen, welche die Elemente C^₁ und C,„ der Richtungskosinusmatrix für eine Transformation aus einem gerätefesten Koordinatensystem χ , y , ζ³ in ein erdfestes Koordinatensystem mit Nord, Ost und Vertikaler darstellen. Es sind weiterhin Mittel 68 (Fig. 4) zur Multiplikation des so erhaltenen C32-Signals mit der Vertikalkomponente Q„ . sin $ der ^zo Erddrehung vorgesehen, wobei ß „ die Drehgeschwindigkeit der Erde und $ die geographische Breite ist. Weiterhin sind Mittel 70 zur Addition des erhaltenen Produkts ß„ . C32 zu der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale vor der

besagten Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung (durch die Mittel 54), wobei diese Division ein das Element C12 der Richtungskosinusmatrix darstellendes Signal liefert.

J U Z ö b

rs 74

In ähnlicher Weise sind Mittel 72 zur Multiplikation des C31-Signals mit der Vertikalkomponente Q = Ω . cos Φ der Erddrehung sowie Mittel 74 zur Addition der besagten Differenz des in dem Speicher 46 gespeicherten Signals und dem Mittelwert der in den Speichern 44,48 gespeicherten Signale und des besagten Produkts von C₃₁-Signal und Vertikalkomponente vor der Division durch die Horizontalkomponente Ω der Erddrehung vorgesehen, wobei diese Division ein das Element C₁₁ der Richtungskosinusmatrix darstellendes Signal liefert (Fig.3)

Es sind weiterhin, wie in Fig. 5 dargestellt ist, Mittel zur Bildung von den Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord darstellenden Signalen vorgesehen.

Diese Mittel zur Bildung des Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord enthalten Mittel 76 zur Division des C₁ .j -Signals durch 1/1 - C₃₁ , wodurch sich ein dem Kosinus des Azimutwinkels nach Nord cos Ψ darstellendes Signal ergibt. Es sind weiterhin Mittel 78 zur Multiplikation* C₁₂-Signals mit |/i - c_!T und Mittel 80 zur Multiplikation des cos ψ - Signals mit ^C31 · ^32 ^vor9^esenen· Das so erhaltene Produktsignal wird durch Additionsmittel 82 zu dem ßiit der Wurzel multiplizierten C₁„-Signal addiert. Bs sind Mittel vorgesehen zur Division der so erhaltenen Summe durch das negative Element - C₃₃ der Richtungskosinusmatrix, wodurch sich ein den Sinus des Azimutwinkels nach Nord sin Φ darstellendes Signal ergibt. Dabei ergibt sich das Element C₃₃ der Richtungskosinusmatrix aus den gemäß Fig. 2 bestimmten Elementen C₃₁ und C₃ ^ durch die Beziehung

C =11 1 — C — Γ

33 ^ν ^31 ^32

ORIGINAL INSPECTED

Um auch diejenigen Fehler zu eliminieren, die nicht durch die Messung in der O -Stellung und der 18O°-Steilung und die beschriebene Kombination der dabei erhaltenen gespeicherten Signale kompensiert werden, sind der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 4 8 gespeicherten Signale das in der O-Stellung im Speicher 44 gespeicherte Signal multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DSF und das in der 9O°-Stellung im Speicher 4 6 gespeicherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel « des Kreisels um die

C ^xy

Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor entgegengeschaltet.

Der besagten Differenz des Mittelswerts der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale (Fig. 3) und des im Speicher 4 6 gespeicherten Signals wird das in der O -Stellung im Speicher 44 gespeicherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel α des

Kreisels um die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor entgegengeschaltet und das in der 9O°-Stellung im Speicher 4 6 gespeicherte Signal multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DSF überlagert.

Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 bis 5 sind weiterhin Mittel 86,88 bzw. 90,92 zur Speicherung der Signale von beiden Beschleunigungsmessern 36,38 jeweils in der O°-Stellung und in der 18O°-Stellung vorgesehen. Weiterhin enthalten die Signalauswertermittel Mittel 94,96 bzw. 98,100 zur Bildung der halben Differenzen der in der O°-Stellung und in der 180°-Stellung gespeicherten Signale für jeden der beiden Beschleunigungsmesser 36,38 als Beschleunigungsmessersignale zur Division durch die Erdbeschleunigung, wie in Fig. bei 64 und 66 angedeutet ist. Dem als halbe Differenz der gespeicherten Signale gebildeten Beschleunigungsmessersignal des ersten Beschleunigungsmessers 36 wird das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 3 6 multipliziert mit dem

JUZüb'49"

Skalenfaktorfehler DK dieses Beschleunigungsmessers 36 sowie das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel des ersten Be-

schleunigungsmessers 36 um die Azimutachse ζ entsprechenden Faktor e entgegengeschaltet. Dem als halbe Differenz der gespeicherten Signal gebildeten Beschleunigungsmessersignal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 ist das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DK dieses Beschleunigungsmessers 3 8 entgegengeschaltet und das in der O°-Steilung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 3 6 multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel des

]5 zweiten Beschleunigungsmessers 38 um die Azimutachse

ζ des entsprechenden Faktors ^ε überlagert. Auf diese Weise ergeben sich die Komponenten CU₁ und C-,-der Richtungskosinusmatrix korrigiert hinsichtlich der Fehler der verwendeten Bauteile, wodurch die Anforderungen an die Präsision der Bauteile reduziert werden können. Es müssen lediglich die Fehler der Bauteile bekannt sein. Diese können in einem Kalibrierverfahren vor Auslieferung des Gerätes bestimmt werden.

Aus dem gleichen Grunde wird bei der beschriebenen Ausführung der besagten Differenz von Mittelwert der in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale und im Speicher 46 gespeicherten Signal das in der O -Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers 36 dividiert durch den Skalenfaktor SF desselben und multipliziert mit einem die Masseunwucht- -Drift des Kreisels darstellenden Faktor m überlagert und das Produkt der in der O-Stellung in den Speichern 86,90 gespeicherten Signale des ersten und des zweiten Beschleunigungsmessers 36 bzw. 38, jeweils dividiert durch den zugehörigen Skalenfaktor SF bzw. SF , multipliziert mit einem die zweifache Anisoelastizität 2n des Kreisels 12 darstellenden Faktor entgegengeschaltet. Das ist in Fig. 3 durch den Block 102 und Summierpunkt 104 sowie den eine Multiplikation symbolisierenden

ORIGINAL INSPECTED

3023649

*4U

Block 106 und Block 108 dargestellt. Wie in Fig. 4 durch Block 110 und Summierpunkt 112 dargestellt ist, ist der besagten halben Differenz der in den Speichern 44 und 4 8 gespeicherten Signale das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers 38 multipliziert mit einem die Masseunwucht-Drift des Kreisels 12 darstellenden Faktor m überlagert.

Eine vereinfachte Ausführungsform zeigen die Figuren 6 und 7. Der Grundaufbau ist bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 ähnlich wie der der oben beschriebenen Ausführung. Entsprechende Teile sind in Fig. 6 und 7 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 wird vorausgesetzt, daß der Azimutrahmen 10 mit der Azimutachse ζ für die Vorausrichtung genau vertikal ausgerichtet ist oder jedenfalls die Abweichungen von der Vertikalen vernachlässigbar sind. In diesem Falle vereinfachen sich die Signalverarbeitungsmittel für die Vorausrichtung in der in Fig. 7 dargestellten Weise. Die Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung, dargestellt durch die Blöcke 54 und 62 liefern dann unmittelbar - sin Φ bzw. cos Ψ . Die Beschleunigungsmessersignale werden O, und die Elemente C₁- und C₁₁ der Richtungskosinusmatrix sind unmittelbar - sin Ί bzw. cos Φ . Die Elemente C^₁ und C-,,, der Richtungskosinusmatrix verschwinden, während das Element C-,-, der Richtungskosinusmatrix eins wird.

Bei Kurs-Lage-Referenzbetrieb während der Fahrt erfolgt die laufende Berechnung des Kurswinkels nach Art der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 22 414.4-52 "Kurs-Lage-Referenzgerät" bei welcher die Achsen des Kreisels in gleicher Weise angeordnet sind wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Gegenüber der vorgenannten älteren Patentanmeldung ergibt sich der Vorteil, daß eine zusätzliche

• W «I I»

Verschwenkung des Kreisels um eine horizontale Schwenkachse entfällt. Auf den Inhalt der Patentanmeldung P 29 22 414.4-52 wird zur Ergänzung der Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 6 und 7 müssen zur Erzielung maximaler Nordungsgenauigkeit der Skalenfaktorfehler des Kreisels sowie ein Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse ζ berücksichtigt werden. Nachstehend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die rechnerische Berücksichtigung eines Skalenfaktorfehlers entfallen kann.

Der mechanische Aufbau der abgewandelte Ausführung ist praktisch der gleiche wie in Fig. 6. Der Azimutrahmen kann jedoch durch entsprechende Ausbildung der Steuereinrichtung 34 durch den Stellmotor 30 zusätzlich in die 27O°-Stellung verdreht werden, bei welcher also

λ = 270° ist.
ζ

Die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung enthalten zusätzlich zu den Speichern zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in der O°-Stellung, der 90°-Stellung und der 180°-Stellung zugeführten Signale weiterhin einen Speicher 114 zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger 16 in der 270 -Stellung zugeführten Signale. Es sind ebenfalls Mittel 50,52 zur Bildung der halben Differenz der in der 0 -Stellung und in der 180 -Stellung in den Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale vorgesehen. Ebenso enthalten die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin Mittel 116,118 zur Bildung der halben Differenz der bei der 90°-Stellung und der 27O°-Stellung

·" in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale.

Wie bei der Ausführung nach Fig. 7 sind Mittel 54 vorgesehen zur Division der halben Differenz der in den Speichern

ORIGINAL INSPECTED

44 und 48 gespeicherten Signale durch die Horizontalkomponente Ω = Ω . cos Φ der Erddrehung. Wie bei

C £λ

Fig. 7 ergibt sich dabei ein Signal, welches den negativen Sinus des Azimutwinkels - sin Φ darstellt.

In analoger Weise sind bei der Ausführung nach Fig. Mittel 120 zur Division der halben Differenz dor in den Speichern 4 6,114 gespeicherten Signale durch die Horizontalkomponente Ω = Ω . cos Φ der Erddrehung vorgesehen. Diese Division ergibt einen Wert für den negativen Kosinus des Azimutwinkels - cos ψ

Die so erhaltenen Werte für - sin ψ und - cos ψ ergeben sich ohne genaue Kenntnis des Skalenfaktorfehlers.

Sie können durch einen Skalenfaktorfehler mit einer Ungenauigkeit behaftet sein. Sie gestatten jedoch die Bestimmung des Quadranten, in welchem der Azimutwinkel nach Nord liegt. Dementsprechend sind Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen bei 54 und 120 ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses Winkels vorgesehen.

Es sind weiterhin Mittel zur vom Skalenfaktor unabhängigen Bestimmung des Absolutswerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels nach Nord vorgesehen. Diese Mittel sind in Fig. 9 dargestellt und werden unten im einzelnen beschrieben. Es sind weiterhin Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner als 90 aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten vorgesehen.

ORIGINAL INSPECTED

υ ζ

Die beschriebene Ausfuhrungsform geht von der Erkenntnis aus, daß es einerseits möglich ist aus den durch einen Skalenfaktorfehler beeinflußten Winkelfunktionen des Azimutwinkels dessen Quadranten festzustellen, und daß es andererseits möglich ist, eine von einem Skalenfaktorfehler unbeeinflußte Winkelfunktion des Azimutwinkels zu bilden, die dann allerdings in Bezug auf den Azimutwinkel selbst mehrdeutig ist. Aus dem auf dem einen Wege ermittelten Quadranten und der auf dem anderen Wege ermittelten Winkelfunktion, z.B. dem Absolutwert des Sinus, kann dann der tatsächliche Wert des Azimutwinkels ermittelt werden.

Dementsprechend enthalten die Signalverarbeitungsmittel weiterhin Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.

Im einzelnen ist diese Ausführungsform folgendermaßen aufgebaut:

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, sind Mittel 122 bzw. 124 vorgesehen zur ^Division der besagten halben Differenzen durch(1 + DSF ) vor der Division durch die Horizontalkomponente Ω der Erddrehung, wobei DSF ein angenommener Skalenfaktorfehler ist. Für den ersten Rechengang kann beispielsweise DSF = O angenommen werden, oder man kann einen geschätzten oder näherungsweise bekannten Wert einsetzen. Die Anordnung von Fig. 9 enthält außer den Mitteln zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels auch Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF ) aus den in den Speichern 44,48,46,114 gespeicherten Signalen, die unten noch näher beschrieben werden. Ein Signal

^OJ (1 + DSF ) erscheint an einem Ausgang 126. Es sind Mittel 128,130 vorgesehen zur Eingabe des so ermittelten neuen Wertes für (1 + DSF ) in die besagten Mittel 122 bzw. 124 zur Multiplikation.

(NSPECTED

■ Die Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels sind in Fig. 9 dargestellt. Sie enthalten Mittel 132 zum Bilden der Differenz der in der O°-Stellung und in der 18O°-Stellung in den Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale, Mittel 134 zum Quadrieren dieser Differenz Mittel 136 zum Bilden der Differenz der in der 90 -Stellung und in der 27O°-Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signale, Mittel 138 zum Quadrieren dieser Differenz und Mittel zum Addieren der so erhaltenen Quadrate. Es sind Mittel 142 zum Ziehen der Wurzel der erhaltenen Quadratsumme vorgesehen sowie Mittel 144 zur Bildung des Quotienten der von den Mitteln 132 gelieferten ersteren Differenz und der Wurzel der Quadratsumme, wodurch ein dem Absolutwert des Sinus des Azimutwinkels nach Nord(sin ψ/ darstellendes Signal erhalten wird. Die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkelwerts sind von Mitteln 136 zur

Erzeugung der Arcussinusfunktion gebildet. 20

Die quadrantenbestimmenden Mittel legen den Quadranten des Azimutwinkels nach folgender Beziehung fest:

Quadrant
25

I	sin Ψ^Ο	cos ;
II	sin ψ 70	COS <ί
III	sin ψ* 0	COS "-
IV	sin ι'ίΟ	COS .'
* 0
: 0
• 0
- 0

Mit dem so bestimmten Quadranten und dem gemäß Fig. 9 erhaltenen Wert von/Ψ/ergibt sich der tatsächliche Winkel Ψ unbeeinflußt von Skalenfaktorfehlern nach folgender Beziehung

ORIGINAL INSPECTED

Quadrant Azimutwinkel

I ψ = |Φ|

II Ψ = 180° - |Φ/

III '^Fj = 180° + I Φ/

IV '■ = 360° -|Φ/

Die vorerwähnten Mittel zur Bestimmung von (1 + DSP ) sind, wie in Fig. 9 dargestellt ist, von Mitteln 148 zur Division der besagten Wurzel der Quadratsumme durch die doppelte Horizontalkomponente 2 Ω der Erddrehung gebildet, welche einen aktuellen Wert für (1 + DSF ) an dem Ausgang 126 liefern. Mit diesem aktuellen Wert werden die Mittel 122 und zur Multiplikation beaufschlagt.

Die beschriebene Anordnung gestattet eine genaue Messung, die nicht durch Skalenfaktorfehler beeinträchtigt ist. Es brauchen also keine Skalenfaktorfehler rechnerisch berücksichtigt zu werden. Eine weitere Bedingung der bisher beschriebenen Anordnung ist die, daß der Fehlmontagewinkel er xy des Kreisels um die Azimutachse ζ vernachlässigbar klein gemacht wird. Wenn dies nicht möglich ist oder einen unerwünscht hohen Aufwand darstellt, kann der Fehlmontagewinkel gemäß Fig. 11 und 12 rechnerisch berücksichtigt werden, vorausgesetzt daß er einmal bestimmt und im Rechner abgespeichert worden ist. Das ist möglich, da der Fehlmontagewinkel sich im laufe der Zeit praktisch nicht ändert.

Fig. 11 entspricht im wesentlichen der Anordnung von Fig. 8, und Fig. 12 entspricht im wesentlichen der ^*³ Anordnung von Fig. 9, und entsprechende Teile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

ORIGINAL INSPECTED

Ί Gemäß Fig. 11 ist die halbe Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 44 bzw. 48 gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor ^axy, wie durch den Block 150 und den Summierpunkt 152 dargestellt, der halben Differenz der in der 90 -Stellung und in der 270 -Stellung in den Speichern 46 und 114 gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Ebenso ist die halbe Differenz der in der 90°-Steilung und in der 27O°-Stellung in den Speichern 4 6 und 114 gespeicherten Signale multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor ^a xy, wie durch den

■5 Block 154 und den Summierpunkt 156 dargestellt ist, der halben Differenz der in der O°-Stellung und in der 180 -Stellung in den Speichern 144,148 gespeicherten Signale entgegengeschaltet.

^ In ähnlicher Weise ist in Fig. 12 bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkels die bei 136 gebildete Differenz der in der 90 -Stellung und in der 270 -Stellung in den Speichern 4 6 und gespeicherten Signale multipliziert mit einem den

^ Fehlmontagewinkel des Kreisel 12 um die Azimutachse

ζ wiedergebenden Faktor ^α xy, wie durch den Block 158 und Summierpunkt 160 angedeutet ist, der bei 132 gebildeten Differenz der in der 0 -Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 44 und 48

gespeicherten Signale entgegengeschaltet. Die bei 132 gebildete Differenz der in der 0 -Stellung und in der 180°-Stellung in den Speichern 44 und 48 gespeicherten Signale ist multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels 12 um die Azimutachse

ζ wiedergebenden Faktor ^axy, wie durch den Block

und Summierpunkt 164 angedeutet ist, der Differenz der in der 90 -Stellung und in der 270 -Stellung in den Speichern 46 bzw. 114 gespeicherten Signal entgegengeschaltet.

Fig. 10 zeigt übersichtlich den Ablauf des Nordungsvorgangs.

Statt der Beschleunigungsmesser können auch andere Lotfühler, z.B. Libellen, vorgesehen werden. Die Signalverarbeitung muß dann entsprechend der Art der Signale dieser Lotfühler abgewandelt werden.

ORlGiNAL INSPECTED

Leerseite

Claims

Patentansprüche

. ) Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung,

enthaltend:
15

einen Azimutrahmen, der um eine Azimutachse verdrehbar gelagert ist,

einen zweiachsigen Kreisel, der auf dem Azimutrahmen angeordnet ist, wobei

die Drallachse des Kreisels in einer zu der Azimutachse senkrechten Ebene liegt,

eine erste Eingangsachse des Kreisels

parallel zur Azimutachse und

die zweite Eingangsachse des Kreisels

senkrecht zur Drallachse und der ersten on
^ou Eingangsachse verläuft,

einen ersten und zweiten Abgriff auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels,

einen ersten und zweiten Drehmomenterzeuger auf der ersten bzw. zweiten Eingangsachse des Kreisels, wobei

der auf der ersten Eingangsachse angeordnete

erste Abgriff auf den zweiten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der auf der zweiten Eingangsachse des Kreisels sitzt und 5

der auf der zweiten Eingangsachse angeordnete zweite Abgriff auf den ersten Drehmomenterzeuger geschaltet ist, der auf der ersten Eingangsachse des Kreisels sitzt, 10

einen Stellmotor zum Verdrehen des Azimutrahmens um die Azimutachse,

einen auf der Azimutachse angeordneten Winkel-Stellungsgeber,

eine umschaltbare Steuereinrichtung, welche von dem Signal des Winkelstellungsgebers beaufschlagt ist und den Stellmotor so steuert, daß der Azimutrahmen wahlweise in eine O -Stellung, in welcher die Kreiseldrallachse parallel zu einer gerätefesten Achse ist, in eine 9O°-Stellung oder in eine 180 -Stellung verdrehbar ist, und

Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung, auf welche die dem ersten Drehmomenterzeuger zugeführten Signale aufgeschaltet

sind,
30

dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung

(a) Mittel (44,46,48) enthalten zur Speicherung der dem ersten Drehmomenterzeuger (36) zugeführten Signale in der O -Stellung, der 9O°-Steilung und der 180°-Steilung,

ORIGINAL IfsiSPEGTiP

(b) Mittel (50,52) zur Bildung der halben

Differenz der bei der O -Stellung und der bei der 18O°-Stellung gespeicherten Signale, und

(c) Mittel (54) zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente Ω =^_F cos Φ der Erddrehung,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

(d) Mittel (56,58) zur Bildung des Mittelwerts der in der O°-Stellung und der 18O°-Stellung dem ersten Drehmomenterzeuger zugeführten gespeicherten Signale,

(e) Mittel (60) zur Subtraktion des in der 9O°-Stellun
Mittelwert,

90 -Stellung gespeicherten Signals von diesem

(f) Mittel (62) zur Division des dabei erhaltenen Signals durch die Horizontalkomponente Ω = Ω cos Φ der Erddrehung.

C Ji
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) auf dem Azimutrahmen (10) ein erster Lotfühler, z.B. ein Beschleunigungsmesser (36) angeordnet ist, dessen Empfindlichkeitsachse parallel zur Kreiseldrallachse (z ) ist, und ein zweiter Lotfühler, ζ . B ein Beschleunigungsmesser (38) , dessen

Empfindlichkeitsachse parallel zu der zweiten 35

rr

Eingangsachse (x ) des Kreisels (12) ist,

(b) die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin

(b..) Mittel (64,66) zur Division der Beschleunigungsmessersignale durch die negative Erdbeschleunigung enthalten zur Erzeugung von Signalen, welche die Elemente C₃₁ und C₃₂ der Richtungskosinusmatrix für eine Transformation aus einem gerätefesten Koordinatensystem in ein

erdfestes Koordinatensystem darstellen,

(b₂) Mittel (68) zur Multiplikation des

C₃₂-Signals mit der Vertikalkomponente

Q = Ω sin ^φ der Erddrehung, wobei ö„ die

s tu hi

Drehgeschwindigkeit die Erde und ^φ die geographische Breite ist,

(b~) Mittel (70) zur Addition des erhaltenen Produkts ß C₃₂ ^zu der besagten halben

Differenz der gespeicherten Signale vor der besagten Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung, wobei diese Division ein das Element C₁₂

der Richtungskosinusmatrix darstellendes

Signal liefert,

(b₄) Mittel (72) zur Multiplikation des

C₃₁-Signals mit der Vertikalkomponente Ω =Ω s in Φ der Erddrehung,

Ξ Γι

ORIGINAL INSPECTED

028649

(be) Mittel (74) zur Addition der besagten

Differenz von gespeichertem Signal und Mittelwert und des besagten Produkts von C^₁-Signal und Vertikalkomponente vor der besagten Division durch die

Horizontalkomponente der Erddrehung, wobei diese Division ein das Element C₁₁ der Richtungskosinusmatrix darstellendes Signal liefert, und 10

(b_ß) Mittel (Fig. 5) zur Bildung von den Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord, darstellenden Signalen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bildung des Sinus und Kosinus des Azimutwinkels nach Nord

(a) Mittel (76) zur Division des C₁₁-Signals durchVi - C^₁ aufweisen, wodurch sich ein

den Kosinus des Azimutwinkels nach Nord cos Ψ darstellendes Signal ergibt, und

(b) Mittel (78) zur Multiplikation des C₁₂-Signals mit ^1 - C₃₁ sowie

(c) Mittel (80) zur Multiplikation des cos Ψ-Signals mit C^₁ . C₃₂,

^ (d) Mittel (82) zur Addition des so erhaltenen Produktsignals zu dem durch die Wurzel dividierten C₁„-Signal und

^ (e) Mittel (84) zur Division der so erhaltenen Summe durch das negative Element "C₃₃ der Richtungskosinusmatrix, wodurch sich ein den Sinus des Azimutwinkels nach Nord sin -Φ darstellendes Signal ergibt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der besagten halben Differenz der gespeicherten Signale das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DSF und das in der 90°-Stellung gespeicherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel a des Kreisels

C ^x^ um die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor

entgegengeschaltet sind und

(b) der besagten Differenz von Mittelwert und gespeichertem Signal das in der O°-Stellung gespeicherte Signal multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel α des Kreisels um die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor entgegengeschaltet und das in der 90°-Steilung gespeicherte Signal multipliziert mit dem

Skalenfaktorfehler DSF überlagert ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch
30

(a) Mittel (86,88 bzw. 90,92) zur Speicherung

der Signale von den beiden Beschleunigungsmessern (36,38) jeweils in der 0°-Stellung und in

der 180°-Stellung,

ORIGINAL INSPECTED

(b) Mittel (94,96 bzw. 98,100) zur Bildung der halben Differenzen der in der O -Stellung und in der 180 -Stellung gespeicherten Signale für jeden der beiden Beschleunigungsmesser (36,38) als Beschleunigungsmessersignale zur Division durch die Erdbeschleunigung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß
10

(a) dem als halbe Differenz der gespeicherten Signale gebildeten Beschleunigungsmessersignal des ersten Beschleunigungsmessers (36) das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers (36) multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler DK dieses Beschleunigungsmessers (36) sowie das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers (38) multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel

des ersten Beschleunigungsmessers (36) um

Azimutachse ζ entspreci entgegengeschaltet sind,

die Azimutachse ζ entsprechenden Faktor

xz

(b) dem als halbe Differenz der gespeicherten

Signale gebildeten Beschleunigungsmessersignal des zweiten Beschleunigungsmessers (38) das in der 0 -Stellung gespeicherte Signal des zweiten Beschleunigungsmessers (38) multipliziert mit dem Skalenfaktorfehler

DK dieses Beschleunigungsmessers (38)

ο entgegengeschaltet und das in der O -Stellung

gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers (36) multipliziert mit einem dem Fehlmontagewinkel des zweiten Beschleunigungsmessers (38) um cie Azimutachse ζ entsprechenden Faktor ^r- überlagert ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der besagten Differenz von Mittelwert der

gespeicherten Signale und gespeichertem Signal

(a..) das an der O°-Stellung gespeicherte Signal des ersten Beschleunigungsmessers (36) dividiert durch den Skalenfaktor SP desselben und multipliziert mit

einem die Masseunwucht-Drift des Kreisels darstellenden Faktor m überlagert und

(a„) das Produkt der in der 0 -Stellung gespeicherten Signale des ersten und des zweiten Beschleunigungsmessers (36,38), jeweils dividiert durch den zugehörigen Skalenfaktor SF bzw. SF , multipliziert mit einem die zweifache Anisoelastizität 2n des Kreisels

darstellenden Faktor entgegengeschaltet ist, und

(b) der besagten halben Differenz der gespeicherten Signale das in der O°-Stellung gespeicherte

Signal des zweiten Beschleunigungsmessers (38) multipliziert mit einem die Masseunwucht-Drift des Kreisels darstellenden Faktor m überlagert ist.
30

ORIGINAL-
9. Vorrichtung zur Bestimmung der Nordrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Azimutrahmen in einem weiteren Schalt-

zustand der Steuereinrichtung durch den

Stel

ist,

Stellmotor in eine 270 -Stellung verdrehbar

(b) die Signalverarbeitungsmittel für die Bestimmung der Nordrichtung weiterhin

Cb₁) Mittel enthalten zur Speicherung der dem

ersten Drehmomenterzeuger in der 15

270 -Stellung zugeführten Signale,

(b₉) Mittel zur Bildung der halben Differenz der bei der 9O°-Stellung und der 270 -Stellung gespeicherten Signale,

^^υ (b.,) Mittel zur Division des dabei er

haltenen Signals durch die Horizontalkomponente Ω = P cos Φ der Erddrehung,

(b₄) Mittel zur Bestimmung des Quadranten des Azimutwinkels nach Nord aus den durch die Divisionen ohne genaue Kenntnis eines Skalenfaktorfehlers erhaltenen Werten des negativen Sinus und Kosinus dieses

Winkels,
30

(b_c) Mittel zur vom Skalenfaktor unab-

hängigen Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion des Azimutwinkels

nach Nord,
35

(b,) Mittel zur Bestimmung eines zugehörigen Winkelwerts kleiner als 90° aus dem Absolutwert der Winkelfunktion und

(b_) Mittel zur Bestimmung des Azimutwinkels

nach Nord aus dem besagten Winkelwert und dem aus Sinus und Kosinus bestimmten Quadranten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zur Multiplikation der besagten halben Differenzen mit (1 + DSF ) vor der Division durch die Horizontalkomponente der Erddrehung, wobei DSF ein angenommener Skalenfaktorfehler ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch

(a) Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF ) aus den gespeicherten Signalen und

(b) Mittel zur Eingabe des so ermittelten neuen Wertes für (1 + DSF_x) in die besagten Mittel

zur Multiplikation.
25
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die quadrantenbestimmenden Mittel den Quadranten des

Azimutwinkels φ nach folgender Beziehung festlegen 30

Quadrant

I sin Ψ*: O cos ψ.> 0 II sin 0 cos <■ 0 III sin 0 COS(^i 0 IV sin 0 cos<!> 0

ORIGINAL INSPECTED
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung des Absolutwerts einer Winkelfunktion

(a) Mittel enthalten zum Bilden der Differenz der in der O°-Stellung und in der 18O°-Stellung gespeicherten Signale,

(b) Mittel zum Quadrieren dieser Differenz, 10

(c) Mittel zum Bilden der Differenz der in der 9O°-Stellung und in der 27O°-Stellung gespeicherten Signale,

(d) Mittel zum Quadrieren dieser Differenz,

(e) Mittel zum Addieren der so erhaltenen Quadrate,

(f) Mittel zum Ziehen der Wurzel der erhaltenen Quadratsumme und

(g) Mittel zur Bildung des Quotienten der ersteren Differenz und der Wurzel der Quadratsumme, wodurch ein den Absolutwert

des Sinus des Azimutwinkels nach Nord Iείηψ!darstellendes Signal erhalten wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß

die Mittel zur Bestimmung des zugehörigen Winkelwertes von Mitteln zur Erzeugung der

Arcussinusfunktion gebildet sind. 35

ΛΧ

'
15. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß

die besagten Mittel zur Bestimmung von (1 + DSF ) von Mitteln zur Division der

. besagten Wurzel durch die doppelte Horizontalkomponente der Erddrehung gebildet sind.

^O
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die halbe Differenz der in der O°-Stellung und in der 180 -Stellung gespeicherten

'5 Signale multipliziert mit einem den Fehl

montagewinkel des Kreisels um die Azimutachse ζ wiedergebenden Faktor « der halben Differenz der in der 90 -Stellung und in der 270 -Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet ist und

(b) die halbe Differenz der in der 90 -Stellung und in der 270 -Stellung gespeicherten Signale multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel

*-° des Kreisels um die Azimutachse ζ wieder

gebenden Faktor α der halben Differenz der in der 0 -Stellung und in der 1 80 Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet ist.

ORIGINAL INSPECTED
17. Vorrichtung nach den Ansprüche 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Absolutwerts der Winkelfunktion des Azimutwinkels

(a) die Differenz der in der 9O°-Stellung und in der 270 -Stellung gespeicherten Signale multipliziert mit einem den Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse wiedergebenden Faktor α der Differenz der in der O°-Stellung und in der 180°-Stellung ge

speicherten Signale entgegengeschaltet ist und

(b) die Differenz der in der 0 -Stellung und in der 18O°-Stellung gespeicherten Signale

multipliziert mit dem den Fehlmontagewinkel des Kreisels um die Azimutachse wieder

gebenden Faktor α der Differenz der in der 9O°-Stellung und in der 27O°-Stellung gespeicherten Signale entgegengeschaltet ist.