DE69202178T2

DE69202178T2 - Verfahren und System zum Abgleich der Einrichtungen an Bord eines Fahrzeugs unter Verwendung von Mitteln zur Messung des irdischen Schwere- und Magnetfelds.

Info

Publication number: DE69202178T2
Application number: DE69202178T
Authority: DE
Inventors: Serge Alexandre Germanetti
Original assignee: Eurocopter France SA
Current assignee: Airbus Helicopters SAS
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2012-02-29
Also published as: EP0502771A1; DE69202178D1; EP0502771B1; US5321631A; CA2062408A1; CA2062408C; FR2673712B1; FR2673712A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein entsprechendes Anwendungssystem zur autonomen Abstimmung einer oder mehrerer Einrichtungen an Bord eines Fahrzeugs. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, gilt die Erfindung für Luftfahrzeuge.
Bekanntlich müssen bestimmte Einrichtungen an Bord eines Fahrzeugs diesem gegenüber fest ausgerichtet sein. Das ist vor allem der Fall bei Trägheitsnavigationsgeräten, Erfassungsgeräten und Waffensystemen. Alle diese Einrichtungen müssen unter Verwendung gemeinsamer Bezugsachsen betrieben werden können. Dazu muß jede ihrer Bezugsachsen eine Anfangseinstellung erhalten. Zu diesem Zweck wird ein Bezugsachsenkreuz des Fahrzeugs definiert, das als Bezugsgrundlage für die Ausrichtung von Bezugsachsenkreuzen der verschiedenen Einrichtungen dient. Eine solche Einstellung wird als Abstimmung bezeichnet.
Zur Durchführung dieses Vorgangs sind verschiedene Methoden bekannt.
Eine erste Methode besteht darin, daß die abzustimmende Einrichtung an einem Rack mit einem festen Teil, das mit dem Fahrzeug verbunden ist, und mit einem verstellbaren Teil angebracht wird, das mit der Einrichtung verbunden ist, wobei die Lage dieser Einrichtung durch optisches Anvisieren ermittelt und unter Bezugnahme auf eine weitere optische Messung mit einem bereits abgestimmten Bezugssystem geändert wird. Diese Methode dient gewöhnlich zur Abstimmung von Trägheitssystemen an Bord von Luftfahrzeugen.
Eine solche Methode ist sehr schwierig anzuwenden, da Visiermittel außerhalb des Fahrzeugs erforderlich sind. Andererseits müssen die abzustimmenden Einrichtungen optisch zugänglich sein, so daß die Wahl ihres Standortes Einschränkungen unterliegt.
Bei dieser Methode werden die Abstimmungsfehlerwinkel jeder Einrichtung bestimmt, die danach durch mechanische Rotation korrigiert werden müssen. Aus diesem Grunde ist sie langwierig und schwierig anzuwenden.
Bei einer anderen Methode werden mit der gewünschten Genauigkeit ausgeführte und abgestimmte Auflageebenen genutzt. Dazu muß ein Arbeitsmittel gegenüber dem Fahrzeug genau positioniert werden, und anschließend muß eine genaue Bearbeitung der Auflageebene erfolgen, die damit abgestimmt wird. An dieser Auflageebene werden dann zwei Zentrierstifte mit Präzisionsbearbeitung angebracht, an denen die Einrichtung montiert wird.
Diese Methode, bei der die mechanische Lage aufeinanderfolgend mit hoher Genauigkeit übertragen werden muß, ist umständlich in der Anwendung. Vor allem sind ebenso viele Auflageebenen wie zu installierende Einrichtungen erforderlich, die zudem mit hoher Genauigkeit bearbeitete Befestigungsmittel haben müssen, so daß sich der Preis der Einrichtung erhöht.
Eine entwickeltere Methode nach dem französischen Patent 2 610 101 besteht darin, daß die Einrichtung in einem feststehenden Rack angebracht wird und die Bestimmung des Abstimmungsfehlers durch Vergleich zwischen einem zur Definition der Fahrzeugachsen als Bezugsmittel dienenden Arbeitsmittel und einem weiteren Arbeitsmittel erfolgt, das vorübergehend die abzustimmende Einrichtung ersetzt. Der Abstimmungsfehler, der im Speicher eines Rechners des Fahrzeugs gespeichert wird, dient im weiteren dazu, rechnerisch die Ausgangswerte der Einrichtung zu berichtigen. Diese muß natürlich eine Befestigungsvorrichtung von hoher Genauigkeit haben, die eine Kopie derjenigen des ersetzten Arbeitsmittels darstellt.
Bei dieser Methode werden damit mechanische Einstellungen vermieden, die Reproduzierbarkeit der Befestigungsmittel sowie optische Visiermessungen sind jedoch weiterhin erforderlich.
Im Patent US-A-4 134 681 wird eine Abstimmungsmethode unter Verwendung von zwei λ-Laserstrahlen beschrieben, deren λ-Ausrichtung beispielsweise jeweils von zwei Einrichtungen erfaßt wird, durch die die Komponenten dieser Strahlen an ihrem eigenen Achsenkreuz definiert werden. Diese Daten gelangen an einen Rechner, der über genügend Gleichungen verfügt, um die drei Fehlerwinkel zwischen diesen beiden Einrichtungen bestimmen zu können. Da eine dieser Einrichtungen bereits abgestimmt ist, ist der berechnete Winkelfehler somit der Abstimmungsfehler der anderen Einrichtung.
Bei dieser Methode wird so eine mechanische Einstellung vermieden, da der Rechner die von der mechanisch nicht abgestimmten Einrichtung erhaltenen Daten rechnerisch korrigieren kann. Die Methode macht jedoch optische Messungen erforderlich und führt demzufolge zu Zwängen bei der Positionierung der Einrichtungen.
Gegenstand dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und die Abstimmung von Einrichtungen an Bord eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, zu ermöglichen, die mit einem Rechner versehen sind, an den die Daten aus den verschiedenen abzustimmenden Einrichtungen gelangen.
Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Abstimmung einer Einrichtung gegenüber einem Fahrzeug, wobei die Einrichtung fest an Bord des Fahrzeugs angebracht ist, das gegenüber einem ersten absoluten Bezugssystem RM eine durch ein zweites mit dem Fahrzeug verbundenes Bezugssystem R2 definierte Ausrichtung hat, wobei die Einrichtung dem Schwerefeld der Erde, das durch einen nach seinem Gradienten gerichteten Schwerevektor dargestellt wird, sowie dem Magnetfeld der Erde, das durch einen auf seinen Gradienten gerichteten Vektor H dargestellt wird, unterliegt und die Ausrichtung der Einrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM durch ein drittes Bezugssystem R3 definiert wird, wobei diese Einrichtung eine an der Einrichtung befestigte Vorrichtung zur Messung der Komponenten des Schwerevektors enthält und das Fahrzeug umfaßt:
- einen Rechner;
- einen dem Rechner zugeordneten Speicher;
- ein am Fahrzeug befestigtes Einrichtungsmagnetometer, dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM durch ein viertes Bezugssystem R4 bestimmt wird; und
- eine erste Verbindung, durch die die Einrichtung und das Einrichtungsmagnetometer mit dem Rechner und dem Speicher verbunden werden,
dadurch bemerkenswert, daß es die erste Reihe folgender Stufen umfaßt:
- An Bord des Fahrzeugs werden fest ein auf dieses abgestimmtes Arbeitsmittel, das mit der Einrichtung verglichen werden kann, sowie ein auf das Arbeitsmittel abgestimmtes Arbeits-Magnetometer installiert, wobei das Arbeitsmittel und das Arbeits-Magnetometer mit dem Rechner und dem Speicher über eine zweite Verbindung verbunden sind.
- Das Fahrzeug wird in eine erste bodenfeste Lage gebracht, die einer ersten Positionierung R21 des zweiten Bezugssystems R2 gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM entspricht.
- Mit dem Arbeitsmittel werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das vom Arbeitsmittel im zweiten Bezugssystem R2 erfaßte Schwerefeld der Erde darstellt, dann werden die Werte in Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeitsmittel signifikant sind, umgewandelt.
- Mit dem Arbeits-Magnetometer werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das von diesem Arbeits-Magnetometer im zweiten Bezugssystem. R2 erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, dann werden die Werte in Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeits-Magnetometers signifikant sind, umgewandelt.
- An den Speicher werden über die zweite Verbindung zwischen dem Arbeitsmittel und dem Speicher die Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte. des Arbeitsmittels signifikant sind, sowie die Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeitsmagnetometers signifikant sind, gegeben und gespeichert.
- Mit der Einrichtung werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der für das von der Einrichtung im dritten Bezugssystem R3 erfaßte Schwerefeld der Erde repräsentativ ist, gemessen, dann werden die Werte in Schwere-Meßdaten, die für die Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, umgewandelt.
- Mit dem Einrichtungsmagnetometer werden die Werte der Komponenten eines Vektors H2, der das von diesem Einrichtungsmagnetometer im vierten Bezugssystem R4 erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, gemessen, dann werden die Werte in Magnetismus-Meßdaten umgewandelt, die für die Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind.
- An den Speicher werden über die erste Verbindung die Schwere- Meßdaten, die für die Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, sowie die Magnetismus-Meßdaten, die für die Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind, gegeben und gespeichert.
- Im Rechner wird aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus- Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus-Meßdaten ein erster Rotationsoperator R1(α,β,Γ) errechnet, mit dem zumindest zum größten Teil die Abstimmungswinkelfehler zwischen dem zweiten Bezugssystem R2 des Fahrzeugs und dem dritten Bezugssystem R3 der Einrichtung entsprechend den Beziehungen:
α = Φ1 - Φ2
β = θ1 - θ2
Γ = XI - X2 = 0
korrigiert werden, wobei Φ1, θ1 und X1 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel des Fahrzeugs, die vom Rechner aus den Schwere-Bezugsdaten und aus den Magnetismus-Bezugsdaten errechnet werden, und
Φ2, θ2 und X2 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel der Einrichtung sind, die vom Rechner aus den Schwere-Meßdaten und aus den Magnetismus-Meßdaten errechnet werden.
- Der erste Rotationsoperator R1(α,β,Γ) wird gespeichert und dem Rechner aufgegeben, der ihn auf die Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind, ergeben.
So kann mit guter Genauigkeit der Abstimmungsfehler der Einrichtung bestimmt werden, ohne daß dazu auf optische Mittel zurückgegriffen werden muß.
Zur Bestimmung des Abstimmungsfehlers der Einrichtung kann ebenso eine zweite Reihe mit folgenden Stufen durchgeführt werden:
- An Bord des Fahrzeugs werden fest ein auf dieses abgestimmtes Arbeitsmittel, das mit der Einrichtung verglichen werden kann, sowie ein auf das Arbeitsmittel abgestimmtes Arbeits-Magnetometer installiert, wobei das Arbeitsmittel und das Arbeits-Magnetometer mit dem Rechner und dem Speicher über eine zweite Verbindung verbunden sind.
- Das Fahrzeug wird in eine erste bodenfeste Lage gebracht, die einer ersten Positionierung R21 des zweiten Bezugssystems R2 gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM entspricht.
- Mit dem Arbeitsmittel werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das vom Arbeitsmittel im zweiten Bezugssystem R2 erfaßte Schwerefeld der Erde dargestellt, dann werden die Werte in Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeitsmittel signifikant sind, umgewandelt.
- Mit dem Arbeits-Magnetometer werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das von diesem Arbeits-Magnetometer im zweiten Bezugssystem R2 erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, dann werden die Werte in Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeits-Magnetometers signifikant sind, umgewandelt.
- An den Speicher werden über die zweite Verbindung zwischen dem Arbeitsmittel und dem Speicher die Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeitsmittels signifikant sind, sowie die Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte des Arbeitsmagnetometers signifikant sind, gegeben und gespeichert.
- Mit der Einrichtung werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von der Einrichtung im dritten Bezugssystem R3 erfaßte Schwerefeld der Erde darstellt, gemessen, dann werden die Werte in Schwere-Meßdaten, die für die Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, umgewandelt.
- Mit dem Einrichtungsmagnetometer werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von diesem Einrichtungsmagnetometer im vierten Bezugssystem R4 erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, gemessen, dann werden die Werte in Magnetismus-Meßdaten, die für die Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind, umgewandelt.
- An den Speicher werden über die erste Verbindung die Schwere- Meßdaten, die für die Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, sowie die für die Magnetismus-Meßwerte, die für die Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind, gegeben und gespeichert.
- Im Rechner wird aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus- Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus-Meßdaten ein erster Rotationsoperator R1(α,β,Γ)) errechnet, mit dem zumindest zum größten Teil die Abstimmungswinkelfehler zwischen dem zweiten Bezugssystem R2 des Fahrzeugs und dem dritten Bezugssystem R3 der Einrichtung entsprechend der Beziehung:
korrigiert werden.
- Der erste Rotationsoperator R1(α,β,Γ) wird gespeichert und dem Rechner aufgegeben, der ihn auf die Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind, ergeben.
- Die Winkel Φ1, θ1 und X1 einerseits und die Winkel Φ2, θ2 und X2 andererseits werden gespeichert, wobei Φ1, θ1 und X1 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel des Fahrzeugs, die vom Rechner aus den Schwere-Bezugsdaten und aus den Magnetismus-Bezugsdaten errechnet werden, und Φ2, θ2 und X2 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel der Einrichtung sind, die vom Rechner aus den Schwere-Meßdaten und aus den Magnetismus-Meßdaten errechnet werden.
Damit werden ohne optische Visiereinrichtung die an der Einrichtung vorzunehmenden Abstimmungskorrekturen bestimmt.
Die Korrekturen können noch verbessert werden, wenn der ersten oder zweiten Reihe von Stufen eine dritte Reihe mit folgenden Stufen folgt:
- Das Fahrzeug wird in eine nicht geradlinige Bewegung versetzt.
- Zu unterschiedlichen Zeitpunkten wird eine Vielzahl von Werten der Komponenten des vom Einrichtungsmagnetometer nach dem vierten Bezugssystem R4 erfaßten Magnetfeldes 2 mit unterschiedlichen Ausrichtungen des Fahrzeugs gemessen und gespeichert.
- Im Rechner wird aus der in der vorangegangenen Stufe gemessenen Vielzahl von Werten der Komponenten des vom Einrichtungsmagnetometer erfaßten Magnetfeldes 2 ein Korrekturoperator OC errechnet, der die Korrekturen für die Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2, die in allen vorangegangenen Stufen vom Einrichtungsmagnetometer gemessen wurden, definiert und mit dem die magnetischen Störungen durch Hart- und Weicheisenteile sowie der Ausrichtungsfehler zwischen dem dritten Bezugssystem R3 der Einrichtung und dem vierten Bezugssystem R4 des Einrichtungsmagnetometers korrigiert werden können.
- Mit Hilfe des Korrekturoperators OC werden die Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2, die in allen vorangegangenen Stufen vom Einrichtungsmagnetometer gemessen wurden, in korrigierte Magnetfeld-Vektor-Komponenten 2c umgewandelt, die bei den nachfolgenden Berechnungen die Komponenten der entsprechenden Magnetfeldvektoren 2 ersetzen.
- Mit dem Rechner werden aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus-Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus- Meßdaten für die Bodenmessungen, bei denen die Komponenten des Magnetfeldvektors 2, der das vom Einrichtungsmagnetometer erfaßte Magnetfeld darstellt, durch die Komponenten des korrigierten Magnetfeldvektors 2c ersetzt wurden, die Fehlerwinkel α, β, Γ errechnet, durch die anstelle des ersten Rotationsoperators R1(α,β,Γ) zwischen dem zweiten Bezugssystem R2 des Fahrzeugs und dem dritten Bezugssystem R3 der Einrichtung ein zweiter Rotationsoperator R2(α,β,Γ) definiert wird, wobei die Winkel α, β, Γ Lösungen des Gleichungssystems:
darstellen.
- Der zweite Rotationsoperator R2(α,β,Γ) wird gespeichert und dem Rechner aufgegeben, der ihn auf die Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte der Einrichtung signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus-Meßdaten ergeben, die für nachfolgende Meßwerte des Einrichtungsmagnetometers signifikant sind.
Auf diese Weise kann der verbleibende Abstimmungsfehler weiter reduziert und von den störenden Magnetfeldern und vom Abstimmungsfehler des Einrichtungsmagnetometers befreit werden.
Vor allem kann das Verfahren die Besonderheit aufweisen, daß einerseits die Schwere-Bezugsdaten und die Magnetismus-Bezugsdaten und andererseits die Schwere-Meßdaten und die Magnetismus-Meßdaten der Bodenmessungen einerseits für die Winkel Φ1, θ1 und X1 und andererseits für die Winkel Φ2, θ2 und X2 repräsentativ sind.
Damit sind die Werte der verschiedenen Winkel direkt für die nachfolgenden Berechnungen verfügbar
Andererseits ist das Verfahren bei Anwendung auf eine Vielzahl von M (M - positive ganze Zahl) abzustimmenden Einrichtungen, von denen jede einen eigenen ersten und zweiten Rotationsoperator R1(αi,βi,Γi) und R1(αi,βi,Γi) sowie einen eigenen Korrekturoperator OCi (mit i = 1 bis M) hat, dadurch bemerkenswert, daß die Vielzahl erster und zweiter Rotationsoperatoren R1(αi,βi,Γi), R2(αi,βi,Γi) und der Korrekturoperatoren OCi gleichzeitig aus den Messungen der verschiedenen Einrichtungen und Einrichtungsmagnetometer sowie eines Arbeitsmittels und eines Arbeitsmagnetometers bestimmt wird.
Durch eine einzige Reihe von Stufen kann somit eine Vielzahl von Einrichtungen ohne erhöhten Zeitaufwand abgestimmt werden.
Andererseits können bestimmte Einrichtungen Dialogschnittstellen haben, die bei der Abstimmung eine hohe Flexibilität ermöglichen.
Außerdem gestattet das Verfahren die Anwendung eines einzigen Speichers.
Die Daten sind somit alle vereint und leichter zugänglich.
Ebenso wird für das Verfahren nur ein einziger Rechner benötigt.
Der Rechner kann so, ohne daß ein Austausch mit anderen Rechnern erforderlich wäre, alle Daten bearbeiten, so daß sich die Schnelligkeit der Berechnungen erhöht.
Andererseits ist das Verfahren dadurch interessant, daß ihm folgende Stufen zugeordnet werden können:
- Mit der Einrichtung werden Daten für zusätzliche Ausrichtungen des Fahrzeugs am Boden gemessen.
- Die Daten für die zusätzlichen Ausrichtungen des Fahrzeugs am Boden werden über die erste Verbindung an den Rechner gegeben.
- Mit dem Rechner wird ein dritter Rotationsoperator R3(α,β,Γ) berechnet, der anstelle des zweiten Rotationsoperators R2(α,β,Γ) zur Korrektur der Abstimmungsfehler der Einrichtung(en) genutzt wird.
Damit kann die Genauigkeit der Abstimmungskorrektur verbessert werden.
Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz eines Arbeitsmittels, das aus dem Gerät von der Art der leistungsfähigsten Einrichtung besteht.
Damit stehen Bezugswerte von höchstmöglicher Genauigkeit zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem die Nutzung der aus dem Arbeitsmittel oder mindestens einer Einrichtung für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs erhaltenen Daten.
Andererseits ist das erfindungsgemäße System zur Abstimmung einer Einrichtung, die fest an Bord eines Fahrzeugs installiert ist, gegenüber dem Fahrzeug, das gegenüber einem ersten absoluten Bezugssystem RM eine Ausrichtung hat, die durch ein zweites Bezugssystem R2, das mit dem Fahrzeug verbunden ist, definiert wird, wobei die Einrichtung dem Schwerefeld der Erde, das durch einen nach seinem Gradienten gerichteten Schwerevektor dargestellt wird, sowie dem Magnetfeld der Erde ausgesetzt ist, das durch einen nach seinem Gradienten gerichteten Vektor dargestellt wird, und die Ausrichtung der Einrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM durch ein drittes Bezugssystem R3 definiert wird, dadurch bemerkenswert, daß diese Einrichtung eine Meßvorrichtung der Komponenten von Schwerevektor hat, die an der Einrichtung angebracht ist, und dadurch, daß das Fahrzeug umfaßt:
- ein Einrichtungsmagnetometer, das am Fahrzeug befestigt ist, dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM durch ein viertes Bezugssystem R4 geortet wird;
- einen Rechner;
- einen dem Rechner zugeordneten Speicher und
- eine erste Verbindung, durch die die Einrichtung und das Einrichtungsmagnetometer mit dem Rechner und dem Speicher verbunden werden.
Das System ist dadurch interessant, daß es autonom ist und daß die Anzahl der abzustimmenden Einrichtungen erweitert werden kann.
Außerdem kann das erfindungsgemäße System mindestens ein Arbeitsmittel oder mindestens eine Einrichtung haben, die außerdem Daten für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs abgeben.
Durch diese Daten kann die Genauigkeit der Messungen kontinuierlich erhöht werden.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
Figur 1 stellt schematisch ein Fahrzeug dar, in dem eine abzustimmende Einrichtung angebracht ist.
Figur 2 stellt die Ausrichtungs-Bezugssysteme dar, mit denen die verschiedenen Geräte geortet werden können.
Figur 3 ist eine Verallgemeinerung dieses Abstimmungsverfahrens für eine Vielzahl von M (M - positive ganze Zahl> abzustimmenden Einrichtungen.
Fahrzeug 1 ist in Figur 1 schematisch in Form eines Hubschraubers dargestellt, in dem sich eine auf diesen Hubschrauber abzustimmende Einrichtung 2 befindet. Diese Einrichtung 2 hat eine Vorrichtung zur Messung der Komponenten des Schwerefeldgradienten, mit dem die Senkrechte definiert wird, welche die Form eines Beschleunigungsmeß-Systems 3 oder eines Kreiselsystems 4 oder die Form beider hat. Die Einrichtung 2 wird über eine erste Verbindung 5 mit einem Rechner 6 und einem zugeordneten Speicher 7 verbunden. Andererseits befindet sich in Fahrzeug 1 ebenfalls ein bereits abgestimmtes Arbeitsmittel 8 mit einer Einrichtung, die mit Einrichtung 2 verglichen werden kann. Eine zweite Verbindung 9 ermöglicht die Verbindung von Arbeitsmittel 8 mit Speicher 7 über Rechner 6. Außerdem ist in Fahrzeug 1 starr ein Arbeitsmagnetometer 10 angebracht, das ebenfalls abgestimmt und über Verbindung 9 mit Speicher 7 verbunden ist, während ein nicht abgestimmtes Einrichtungsmagnetometer 11 ebenfalls starr in Fahrzeug 1 angebracht und mit Speicher 7 über die erste Verbindung 5 verbunden ist.
Einrichtung 2 und Arbeitsmittel 8 können mit einem jeweils eigenen und mit ihnen fest verbundenen Ausrichtungs-Bezugssystem die Komponenten einer gerichteten physikalischen Größe mit lokal konstanter Amplitude messen, die durch einen Vektor, wie den nach dem Gradienten des Schwerefelds der Erde gerichteten Vektor 4g, mit dem die Senkrechte definiert wird, dargestellt wird. Jedes der Magnetometer kann in einem eigenen und mit ihm fest verbundenen Ausrichtungs-Bezugssystem die Komponenten einer gerichteten magnetischen physikalischen Größe mit lokal konstanter Amplitude messen, die durch einen Vektor, wie den nach dem Gradienten des Magnetfeldes der Erde gerichteten Vektor , dargestellt wird.
Die Ausrichtung der Bezugssysteme wird folgendermaßen definiert. Es wird ein erstes absolutes Bezugssystem RM definiert, das für andere Bezugssysteme als absolute Ausrichtungsbezugsgrundlage dient. Ein zweites Bezugssystem R2 ist fest mit Fahrzeug 1 verbunden und definiert dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM. Ein drittes Bezugssystem R3 ist fest mit Einrichtung 2 verbunden und definiert deren Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM. Ein viertes Bezugssystem R4 ist fest mit dem Einrichtungsmagnetometer 11 verbunden und definiert dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem RM. Diese Bezugssysteme bestehen vorzugsweise aus Dreibeinen.
Die beiden Bezugssysteme R2 und R3 haben einen Abstimmungsfehler, der durch einen Rotationsoperator R(α,β,Γ) dargestellt werden kann, der aus den Eulerschen Winkeln definiert wird, mit denen, wie unten erklärt, ein Übergang zwischen den Bezugssystemen ermöglicht wird. Dieser Rotationsoperator R(α,β,Γ) ist ein Operator, der den Abstimmungsfehler von Einrichtung 2 darstellt und mit dem bei Anwendung auf die mit Einrichtung 2 gemessenen Vektorkomponenten entsprechende Vektorkomponentenwerte berechnet werden können, die nicht mit dem Abstimmungsfehler behaftet sind.
Wie Figur 2 zeigt, kann unter Nutzung der Richtung des lokalen Magnetfeldes und des Schweregradienten der Erde das erste absolute Bezugssystem RM definiert werden, das zum Beispiel aus Achsen besteht, die ein lokales Dreibein beschreiben, das aus einer parallel zum Gradienten des Schwerefelds der Erde verlaufenden und zum Erdmittelpunkt gerichteten Achse für die lokale Senkrechte, aus einer horizontalen Achse Nm für den magnetischen Norden und aus einer dritten Achse Em für den magnetischen Osten besteht. Der durch den Vektor dargestellte Gradient des Schwerefeldes ist kolinear zur Achse , während das durch einen Vektor dargestellte lokale Magnetfeld in der von der -Achse und der m-Achse definierten Ebene enthalten ist und folglich jeweils eine Komponente nach diesen beiden Achsen und m hat.
Wenn ein zweites Achsenkreuz mit den Achsen definiert wird, die das zweite Bezugssystem von Fahrzeug 1 darstellen, in dem die Messungen der drei Komponenten X, Y, Z dieses Vektors erfolgen, sind für den Übergang zwischen diesen Bezugsachsenkreuzen RM und drei aufeinanderfolgende Rotationen erforderlich, die durch Eulersche Winkel wie folgt definiert werden:
X: magnetischer Kurswinkel
θ: Trimmwinkel
Φ: Rollwinkel.
Die Schreibweise dieser drei Rotationen nach der klassischen Matrix der Eulerschen Winkel lautet:
Das erste absolute Bezugssystem RM kann damit für jedes oben genannte Gerät, d.h. Einrichtung 2, Arbeitsmittel 8, Arbeitsmagnetometer 10 und Einrichtungsmagnetometer 11, als lokale Bezugsgrundlage dienen. Mit Einrichtung 2 und Arbeitsmittel 8 können die Komponenten des Schweregradientenvektors gemessen werden, während das Arbeitsmagnetometer 10 und das Einrichtungsmagnetometer 11 die Komponenten des Magnetfeldvektors an den Achsen ihres eigenen Bezugssystems messen können. Dabei ist das Vorhandensein von Abweichungen zwischen den Messungen der drei Komponenten ein und desselben Vektors durch zwei ähnliche Geräte ein Hinweis auf einen Ausrichtungsfehler zwischen deren Bezugssystemen. Die nach den Achsen des Bezugssystems des betrachteten Geräts gemessenen Komponenten können so durch einfache trigonometrische Beziehungen ausgehend von der Amplitude dieses Vektors und von dem Winkel ausgedrückt werden, den dieser mit jeder der Achsen bildet, so daß eine Bestimmung dieses Winkel möglich ist. Wenn die Komponenten des gleichen Vektors, die im Achsenkreuz des anderen Geräts gemessen werden, das die gleiche Art von Messung ausführt, nicht identisch sind, braucht das Bezugsachsenkreuz des letzten nur solange gedreht zu werden, bis sich eine Gleichheit der homologen Komponenten in den beiden Achsenkreuzen ergibt. Das erfolgt in Form einer mathematischen Korrektur, mit der die Wirkung einer physikalischen Rotation der Bezugsachsenkreuze simuliert wird. Dazu müssen jedoch genügend Gleichungen zur Verfügung stehen, damit der Wert der Winkel bestimmt werden kann, die den Ausrichtungsfehler des dritten Bezugssystems R3 der gegenüber dem zweiten Bezugssystem R2 von Fahrzeug 1 abzustimmenden Einrichtung 2 wiedergeben. Das wird unten erläutert.
Zur Herstellung eines Dialogs zwischen Arbeitsmittel 8 und der abzustimmenden Einrichtung 2 hat diese einen Eingang, an den von außen die absoluten Bezugswerte gelangen, auf die sie abgestimmt werden soll.
Die Abstimmung erfolgt in fester Position, wenn sich Fahrzeug 1 entsprechend den aus dem ersten absoluten Bezugssystem RM bekannten Winkeln Φ1, θ1, X1 am Boden befindet, die mit Arbeitsmittel 8, dessen Trägheitsnavigationssystem mindestens ebenso genau wie das abzustimmende ist, und mit Arbeitsmagnetometer 10 gemessen werden.
Wie oben angegeben, wird das Arbeitsmittel 8 zuvor zum Beispiel mit einer der anfangs angegebenen Methoden abgestimmt, so daß sich die Bezugswerte Φ1, θ1, X1 für die Ausrichtung von Fahrzeug 1 ergeben. Arbeitsmagnetometer 10 hat ein Bezugssystem, das wie das zweite Bezugssystem von Fahrzeug 1 ausgerichtet ist. Es wird also ebenfalls durch die Winkel Φ1, θ1, X1 aus dem ersten absoluten Bezugssystem RM definiert.
Damit ergibt sich der Beginn einer ersten Reihe folgender Stufen:
- Mit Arbeitsmittel 8 werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das Schwerefeld der Erde darstellt, das von Arbeitsmittel 8 im zweiten Bezugssystem R2 erfaßt wird, dann werden die Werte in Schwere-Bezugsdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel 8 signifikant sind.
- Mit Arbeitsmagnetometer 10 werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1 gemessen, der das Magnetfeld der Erde darstellt, das von diesem Arbeitsmagnetometer 10 im zweiten Bezugssystem R2 erfaßt wird, dann werden die Werte in Magnetismus-Bezugsdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Arbeitsmagnetometer 10 signifikant sind.
- Über die zweite Verbindung 9 zwischen Arbeitsmittel 8 und Speicher 7 werden die Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel 8 signifikant sind, sowie die Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmagnetometer 10 signifikant sind, zur Speicherung an Speicher 7 übertragen.
Gleichzeitig werden die Messungen Φ2 und θ2 von Einrichtung 2 sowie die Komponenten des Magnetfelds 2 von Einrichtungsmagnetometer 11, das dieser Einrichtung 2 zugeordnet ist, und der gemessene Kurswinkel X2 gespeichert.
Damit werden an die Stufen der ersten Reihe folgende Stufen angeschlossen:
- Mit Einrichtung 2 werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2 gemessen, der das Schwerefeld der Erde darstellt, das von Einrichtung 2 im dritten Bezugssystem R3 erfaßt wird, dann werden die Werte in Schwere-Meßdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Einrichtung 2 signifikant sind.
- Mit Einrichtungsmagnetometer 11 werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2 gemessen, der das Magnetfeld der Erde darstellt, das von diesem Einrichtungsmagnetometer 11 im vierten Bezugssystem R4 erfaßt wird, dann werden die Werte in Magnetimus- Meßdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer 11 signifikant sind.
- Über die erste Verbindung 5 werden die Schwere-Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtung 2 signifikant sind, sowie die Magnetismus-Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer 11 signifikant sind, zur Speicherung an Speicher 7 übertragen.
Der Magnetfeldvektor kann in Abhängigkeit von Magnetfeldvektor 1, der vom Arbeitsmagnetometer 10 erfaßt wird, wie folgt ausgedrückt werden:
H = R(Φ1,θ1,X1) x 1,
wobei der Rotationsoperator R(α1,β1,Γ1) die Drehung des zweiten Bezugssystems R2 in der Weise bewirkt, daß es mit dem ersten absoluten Bezugssystem RM in Übereinstimmung gebracht wird.
Dieses Magnetfeld 1 unterscheidet sich leicht von Magnetfeld durch das Vorhandensein magnetischer Störungen, die durch Fahrzeug 1 erzeugt und im weiteren dargelegt werden.
Bei den Messungen der Schwerkraft ist der Vektor , mit dem der Gradient des Schwerefeldes ausgedrückt wird, ebenso:
= R(Φ1,θ1,X1) x 1.
Das wird im ersten absoluten Bezugssystem RM folgendermaßen ausgedrückt
wobei die Komponenten von 1 die des Schwerevektors der Erde sind, die mit Arbeitsmittel 8 gemessen wurden. Da davon ausgegangen wird, daß Einrichtung 2 einen von Rotationsoperator R(α,β,Γ) definierten Abstimmungsfehler zwischen den Achsen seines Bezugssystems R3 und den entsprechenden Achsen des Bezugssystems R2 von Fahrzeug 1 hat, sind die Vektoren 1 und 2 durch den Rotationsoperator R(α,β,Γ) in der Weise verbunden, daß:
1 = R(α,β,Γ) x 2
d.h. ausgedrückt durch deren Komponenten:
Die obige Beziehung ist anwendbar unabhängig vom Kurs des Systems von Arbeitsmittel 8. Die Winkel Φ1 und θ1 sind also immer unabhängig von Winkel X1. Aus dem gleichen Grund sind Φ2 und θ2 nicht mit Winkel X2 verbunden, der im übrigen fehlerhaft ist, da an Magnetfeld 2 weder eine Korrektur für die obigen Störungen noch für den Abstimmungsfehler von Einrichtungsmagnetometer 11 erfolgt ist. Folglich kann der Winkel Γ oder der Kursfehler von Einrichtung 2 gegenüber Fahrzeug 1 mit der obigen Beziehung, die zwei Gleichungen mit drei Unbekannten entspricht, nicht erhalten werden.
Eine erste Minimierung des Kursfehlers kann dennoch unter Nutzung der Rohergebnisse der obigen Messungen erfolgen.
Zwei Lösungen sind möglich, um die gröbsten Fehler an den Winkeln α, β, Γ zu beseitigen und einen ersten Flug unter annehmbaren Bedingungen zu ermöglichen, wobei Arbeitsmittel 8 und Arbeitsmagnetometer 10 abgenommen sind:
- Die erste Lösung besteht in der Annahme, daß Einrichtungsmagnetometer 11 keinen Kursabstimmungsfehler hat (beispielsweise Fehler von 1 bis 2 Grad), so daß sich ergeben:
α = Φ1 - Φ2 + Σ1
β = θ1 - θ2 + Σ2
Da Σ1 und Σ2 unendlich klein sind, wenn auch der Trimm- und Rollwinkel klein sind, wird also für diese Näherung angenommen, daß Σ1 und Σ2 Null sind.
- Die zweite Lösung läuft darauf hinaus, die Auswirkungen der magnetischen Störungen und des Abstimmungsfehlers von Einrichtungsmagnetometer 11 auf das Feld 2 zu vernachlässigen, so daß α, β, Γ aus folgenden Gleichungen abgeleitet werden:
mit R = R(Φ1,θ1,X1) x R1(α,β,Γ).
In dieser Gleichung bezeichnen und jeweils den Gradienten des Schwerefeldes und den Gradienten des absoluten Magnetfeldes, die aus den Anfangsmessungen abgeleitet sind, die mit Arbeitsmittel 8 und Arbeitsmagnetometer 10 sowie Einrichtung 2 und Einrichtungsmagnetometer 11 durchgeführt wurden, und R1(α,β,Γ) einen ersten Rotationsoperator, dessen Wert dem von Rotationsoperator R(α,β,Γ) nahekommt.
Bei nur einer Stellung von Fahrzeug 1 entspricht die obige Gleichung einem System von drei Gleichungen mit drei Unbekannten, das auch wie folgt geschrieben kann:
die impliziert, daß die Winkel zwischen den Vektoren und in den Bezugssystemen R2, R3 und R4 erhalten geblieben sind, also eine unabhängige Gleichung weniger.
Der erste Rotationsoperator R1(α,β,Γ) wird dann gespeichert und in Rechner 6 eingegeben, der ihn auf die Winkel Φ2, θ2, X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtung 2 signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten ergeben, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer 11 signifikant sind.
Andererseits ist die Auswirkung von magnetischen Störungen, durch die die Messungen von Einrichtungsmagnetometer 11 verfälscht werden, zu korrigieren. Das erfolgt mit Autokompensations- und Überkompensationsverfahren, die im weiteren erklärt werden.
Die auftretenden magnetischen Störungen sind im wesentlichen:
- Störungen durch Harteisenteile: Auswirkungen der remanenten Magnetisierungen der ferromagnetischen Stoffe und deren durch Gleichströme entstandene Felder. Sie werden mit einem Vektor modelliert.
- Störungen durch Weicheisenteile: Auswirkungen der Verformungen der magnetischen Feldlinien durch die inhomogene magnetische Permeabilität von Fahrzeug 1. Sie werden mit einer Matrix K &supmin;¹ modelliert.
Folgender Ausdruck ergibt sich:
= K &supmin;¹ x 2c + .
Dabei bezeichnen 2 und 2c jeweils den Vektor des magnetischen Feldes, der von Einrichtungsmagnetometer 11 gemessen wurde, und den daraus abgeleiteten korrigierten magnetischen Vektor.
Wenn davon ausgegangen wird, daß der Vektor 2c gegenüber Fahrzeug 1 entsprechend den drei Winkeln, mit denen seine Richtung definiert wird, beweglich ist, hat das Ende von 2c theoretisch als lokalen geometrischen Ort eine auf den Anfangspunkt von 2c gerichtete Kugel. Durch die oben beschriebenen Störungen wird diese Kugel in ein Ellipsoid verwandelt und dessen Mittelpunkt bezogen auf die Kugel verschoben.
Durch Autokompensations- und Überkompensationskorrekturen, die im allgemeinen bei Flügen in Kurvenkonfiguration und bei verschiedenen Trimm- und Rollwinkeln des Fahrzeugs erfolgen, wird jeder Punkt des Ellipsoids auf die theoretische Kugel bezogen, d.h. der Vorgang
2c = K ( 2 - )
verwirklicht.
Dazu wird bei Autokompensations- und Überkompensationsflügen eine Datenbank eingerichtet, durch die die Meßkomponenten von 2 und die Informationen Φ und θ von Einrichtung 2 und des Einrichtungsmagnetometers 11 einander zugeordnet werden. Damit stehen ausreichende Beziehungen zwischen diesen Messungen zur Verfügung, um die Form des Ellipsoids, das durch das Ende von Vektor 2 definiert wird, bestimmen zu können, so daß daraus der Mittelpunkt und damit dessen Verschiebung gegenüber seiner theoretischen Lage und damit Vektor bestimmt werden können. Anschließend wird das Ellipsoid rechnerisch in eine Kugel verwandelt, deren Radius die gesuchte Amplitude des korrigierten Magnetfeldes 2c aufweist. Das wird mit der Matrix K ausgedrückt, mit der die Komponenten des korrigierten Magnetfeldvektors 2c aus dem gemessenen Magnetfeldvektor 2 erhalten werden können. Die Genauigkeit der Berechnungen ist natürlich desto besser, je größer die Anzahl der Messungen ist.
Es ist zu bemerken, daß mit der obigen Korrektur auch der Abstimmungsfehler von Einrichtungsmagnetometer 11 korrigiert wird, da die oben genannten Störungen eine Wirkung haben, die von der des Abstimmungsfehlers nicht unterschieden werden kann.
Damit kann das Verfahren durch eine zweite Reihe mit folgenden Stufen vervollständigt werden:
- Fahrzeug 1 wird in eine nicht geradlinige Bewegung gebracht.
- Zu verschiedenen Zeitpunkten wird eine Vielzahl von Werten der Komponenten des Magnetfeldes 2, das vom Einrichtungsmagnetometer 11 entsprechend dem vierten Bezugssystem R4 erfaßt wird, bei unterschiedlichen Ausrichtungen von Fahrzeug 1 gemessen und in Speicher 7 gespeichert.
- Mit Rechner 6 wird aus der Vielzahl der Werte der Komponenten des von Einrichtungsmagnetometer 11 erfaßten Magnetfeldes 2, die in der vorangegangenen Stufe gemessen wurde, ein Korrekturoperator OC errechnet, der die Korrekturen definiert, die auf die Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2 anzuwenden sind, die in allen vorangegangenen Stufen durch Einrichtungsmagnetometer 11 gemessen wurden, um die magnetischen Störungen durch Hart- und Weicheisenteile und den Ausrichtungsfehler zwischen dem dritten Bezugssystem R3 von Einrichtung 2 und dem vierten Bezugssystem R4 von Einrichtungsmagnetometer 11 zu korrigieren.
- Durch Anwendung des Korrekturoperators OC werden die Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2, die in allen vorangegangenen Stufen durch Einrichtungsmagnetometer 11 gemessen wurden, in korrigierte Komponenten der Magnetfeldvektoren 2c umgewandelt, durch die bei den nachfolgenden Berechnungen die Komponenten der entsprechenden Magnetfeldvektoren 2 ersetzt werden.
- Mit Rechner 6 werden aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus-Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus-Meßdaten, die den Messungen am Boden entsprechen und bei denen die Komponenten des Magnetfeldvektors 2, die das von Einrichtungsmagnetometer 11 erfaßte Magnetfeld darstellen, durch die Komponenten des korrigierten Magnetfeldvektors 2c ersetzt sind, die Fehlerwinkel α, β, Γ berechnet, die einen zweiten Rotationsoperator R2(α,β,Γ) zwischen dem zweiten Bezugssystem R2 von Fahrzeug 1 und dem dritten Bezugssystem R3 von Einrichtung 2 bestimmen, wobei die Winkel α, β, Γ Auflösungen des Gleichungssystems
sind.
- Der zweite Rotationsoperator R2(α,β,Γ) wird gespeichert und Rechner 6 aufgegeben, der ihn auf die Winkel Φ2, θ2, X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtung 2 signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten ergeben, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer 11 signifikant sind.
Mit Ausnahme einer Umsetzung von Einrichtung 2 brauchen diese Operationen nur ein Mal durchgeführt zu werden. Bei einer Veränderung der magnetischen Umgebung (Aufnahme oder Abwurfmetallischer Körper) bleiben die Fehlerwinkel α,β,Γ unverändert. Zur Neuberechnung der entsprechenden Korrekturen muß das Autokompensations- und Überkompensationsverfahren jedoch erneuert werden.
Nach der Berechnung des Rotationsoperators R2(α,β,Γ)) wird dieser der gesamten Navigationsanlage aufgegeben, so daß die vom System abgegebenen Messungen um die Mengen α,β,Γ korrigiert werden. Das Resultat des Verfahrens besteht folglich darin, daß nach Erhalt des ersten oder zweiten Rotationsoperators R1(α,β,Γ) oder R2(α,β,Γ) die Messungen der Winkel Φ, θ, X im zweiten Bezugssystem R2 von Fahrzeug 1 quasi-gleich oder gleich den Messungen im dritten Bezugssystem R3 von Einrichtung 2 werden.
Figur 3 veranschaulicht die Verallgemeinerung dieses Abstimmungsverfahrens bei einer Vielzahl von M (M - ganze positive Zahl) abzustimmenden Einrichtungen 2, die jeweils einen eigenen ersten und zweiten Rotationsoperator R1(αi,βi,Φi) und R2(αi,βi,Γi) sowie einen eigenen Korrekturoperator OCi (mit i = 1 bis N) haben. In diesem Fall können die oben beschriebenen Operationen gleichzeitig durchgeführt und die Vielzahl von ersten und zweiten Rotationsoperatoren R1(αi, βi, Γi), R2(αi, βi, Γi) und Korrekturoperatoren OCi gleichzeitig aus den Messungen berechnet werden, die mit den verschiedenen Einrichtungen 2 und Einrichtungsmagnetometern 11 und mit einem einzigen Arbeitsmittel 8 und einem einzigen Arbeitsmagnetometer 10 durchgeführt wurden.
Es können mehrere Einrichtungsmagnetometer 11 verwendet werden oder aber ein einziges, so daß dann die Abstimmungsunsicherheit zwischen denselben verschwindet.
Außerdem können bestimmte Einrichtungen 2 zur Erhöhung der Flexibilität bei der Abstimmung Dialogschnittstellen haben.
Insbesondere können Ausgänge der leistungsfähigsten Einrichtung 2, z.B. Ausgänge für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung von Fahrzeug 1, zur Verbesserung der Homogenität der Messungen der anderen Einrichtungen 2 und zum Nachweis der Rotationen derselben gegenüber Bezugsarbeitsmittel 8 oder aber gegenüber der leistungsfähigsten vorabgestimmten Einrichtung 2, die anstelle von Bezugsarbeitsmittel 8 eingesetzt wird, verwendet werden.
Das Verfahren kann außerdem durch folgende, am Boden auszuführende Stufen verbessert werden:
- Mit Einrichtung 2, Einrichtungsmagnetometer 11, Arbeitsmittel 8 und Arbeitsmagnetometer 10 werden Daten für zusätzliche Ausrichtungen von Fahrzeug 1 am Boden gemessen, mit denen die entsprechenden Daten für die Anfangsausrichtung ergänzt werden.
- Die Daten für Ausrichtungen von Fahrzeug 1 am Boden und für Ausrichtungen von Fahrzeug 1 während des Fluges werden an Rechner 6 gegeben, wobei die letzten Daten, wie oben dargelegt, eine Korrektur der Messungen des Magnetfeldes ermöglichen.
- Mit Rechner 6 wird ein dritter Rotationsoperator R3(α,β,Γ) berechnet, der anstelle des zweiten Rotationsoperators R2(α,β,Γ) zur Korrektur der Abstimmungsfehler der Einrichtung(en) 2 genutzt wird.
Damit können weiter Meßergebnisse integriert werden, durch die der Einfluß des Fehlers jeder Messung reduziert werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Abstimmung einer Einrichtung (2) gegenüber einem Fahrzeug (1), wobei die Einrichtung (2) fest an Bord des Fahrzeugs (1) installiert ist, das gegenüber einem ersten absoluten Bezugssystem (RM) eine durch ein zweites mit dem Fahrzeug (1) verbundenes Bezugssystem (R2) definierte Ausrichtung aufweist, die Einrichtung (2) dem Schwerefeld der Erde, das durch einen auf seinen Gradienten ausgerichteten Schwerevektor dargestellt wird, sowie dem Magnetfeld der Erde unterliegt, das durch einen auf seinen Gradienten ausgerichteten Vektor dargestellt wird, und die Ausrichtung der Einrichtung (2) gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein drittes Bezugssystem (R3) definiert wird, die Einrichtung (2) eine Vorrichtung (3,4) zur Messung der Komponenten des Schwerevektors umfaßt, die an der Einrichtung (2) befestigt ist,

und das Fahrzeug (1) umfaßt:

- einen Rechner (6)

- einen dem Rechner (6) zugeordneten Speicher (7)

- ein Einrichtungsmagnetometer (11), das am Fahrzeug (1) befestigt ist und dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein viertes Bezugssystem (R4) bestimmt wird; und

- eine erste Verbindung (5), durch die die Einrichtung (2) und das Einrichtungsmagnetometer (11) mit dem Rechner (6) und dem Speicher (7) verbunden werden,

dadurch gekennzeichnet, daß es die erste Reihe folgender Stufen umfaßt:

- an Bord des Fahrzeugs (1) werden fest ein gegenüber demselben abgestimmtes Arbeitsmittel (8), das mit der Einrichtung (2) verglichen werden kann, sowie ein gegenüber dem Arbeitsmittel (8) abgestimmtes Arbeitsmagnetometer (10) angebracht, wobei das Arbeitsmittel (8) und das Arbeitsmagnetometer (10) mit dem Rechner (6) und dem Speicher (7) durch eine zweite Leitung (9) verbunden sind;

- das Fahrzeug (1) wird in eine erste bodenfeste Lage gebracht, die einer ersten Positionierung (R21) des zweiten Bezugssystems (R2) gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) entspricht;

- mit dem Arbeitsmittel (8) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1, der das vom Arbeitsmittel (8) im zweiten Bezugssystem (R2) erfaßte Schwerefeld der Erde darstellt, gemessen und in Schwere-Bezugsdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel (8) signifikant sind;

- mit dem Arbeitsmagnetometer (10) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1, der das von diesem Arbeitsmagnetometer (10) im zweiten Bezugssystem (R2) erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, gemessen und in Magnetismus-Bezugsdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Arbeitsmagnetometer (10) signifikant sind;

- an Speicher (7) werden zur Speicherung über die zweite Verbindung (9) zwischen Arbeitsmittel (8) und Speicher (7) die Schwere- Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel (8) signifikant sind, sowie die Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmagnetometer (10) signifikant sind, gegeben;

- mit Einrichtung (2) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von Einrichtung (2) im dritten Bezugssystem (R3) erfaßte Schwerefeld der. Erde darstellt, gemessen und in Schwere- Meßdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Einrichtung (2) signifikant sind;

- mit dem Einrichtungsmagnetometer (11) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von diesem Einrichtungsmagnetometer (11) im vierten Bezugssystem (R4) erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, gemessen und in Magnetismus-Meßdaten umgewandelt, die für die Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind;

- an Speicher (7) werden zur Speicherung über die erste Verbindung (5) die Schwere-Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtung (2) signifikant sind, sowie die Magnetismus-Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind, gegeben;

- mit Rechner (6) wird aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus-Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus-Meßdaten ein erster Rotationsoperator R1(α,β,Γ) errechnet, mit dem zumindest der größere Teil der Abstimmungswinkelfehler zwischen dem zweiten Bezugssystem (R2) von Fahrzeug (1) und dem dritten Bezugssystem (R3) von Einrichtung (2) nach den Beziehungen:

α = Φ1 - Φ2

β = θ1 - θ2

Γ = X1 - X2 = 0

korrigiert wird, wobei Φ1, θ1 und X1 der Rollwinkel, der Trimmwinkei bzw. der Kurswinkel von Fahrzeug (1), die von Rechner (6) aus den Schwere-Bezugsdaten und den Magnetismus-Bezugsdaten ermittelt wurden,

und Φ2, θ2 und X2 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel von Einrichtung (2) sind, die von Rechner (6) aus den Schwere-Meßdaten und den Magnetismus-Meßdaten ermittelt wurden;

- der erste Rotationsoperator R1(α,β,Γ) wird gespeichert und an Rechner (6) gegeben, der diesen auf Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtung (2) signififkant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind, ergeben.

2. Verfahren zur Abstimmung einer Einrichtung (2) gegenüber einem Fahrzeug (1), wobei die Einrichtung (2) fest an Bord des Fahrzeugs (1) installiert ist, das gegenüber einem ersten absoluten Bezugssystem (RM) eine Ausrichtung aufweist, die durch ein zweites mit Fahrzeug (1) verbundenes Bezugssystem (R2) bestimmt wird, wobei die Einrichtung (2) dem Schwerefeld der Erde, das durch einen nach seinem Gradienten ausgerichteten Schwerevektor dargestellt wird, sowie dem Magnetfeld der Erde unterliegt, das durch einen nach seinem Gradienten ausgerichteten Vektor dargestellt wird, und die Ausrichtung von Einrichtung (2) gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein drittes Bezugssystem (R3) bestimmt wird und Einrichtung (2) eine an Einrichtung (2) befestigte Vorrichtung (3,4) zur Messung der Komponenten von Schwerevektor hat,

und das Fahrzeug (1) umfaßt:

- einen Rechner (6);

- einen dem Rechner (6) zugeordneten Speicher (7);

- ein an Fahrzeug (1) befestigtes Einrichtungsmagnetometer (11), dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein viertes Bezugssystem (R4) bestimmt wird; und

- eine erste Verbindung (5), durch die Einrichtung (2) und Einrichtungsmagnetometer (11) mit Rechner (6) und Speicher (7) verbunden werden,

dadurch gekennzeichnet, daß es die zweite Reihe folgender Stufen umfaßt:

- an Bord von Fahrzeug (1) werden fest ein gegenüber demselben abgestimmtes Arbeitsmittel (8), das mit Einrichtung (2) verglichen werden kann, sowie ein gegenüber Arbeitsmittel (8) abgestimmtes Arbeitsmagnetometer (10) angeordnet, wobei Arbeitsmittel (8) und Arbeitsmagnetometer (10) mit Rechner (6) und Speicher (7) durch eine zweite Verbindung (9) verbunden sind;

- mit dem Arbeitsmittel (8) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 1, der das von Arbeitsmittel (8) im zweiten Bezugssystem (R2) erfaßte Schwerefeld der Erde darstellt, gemessen und in Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel (8) signifikant sind, umgewandelt;

- an Speicher (7) werden zur Speicherung über die zweite Verbindung (9) zwischen Arbeitsmittel (8) und Speicher (7) die Schwere-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmittel (8) signifikant sind, sowie die Magnetismus-Bezugsdaten, die für die Meßwerte von Arbeitsmagnetometer (10) signifikant sind, gegeben;

- mit Einrichtung (2) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von Einrichtung (2) im dritten Bezugssystem (R3) erfaßte Schwerefeld der Erde darstellt, gemessen und in Schwere- Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtung (2) signifikant sind, umgewandelt;

- mit dem Einrichtungsmagnetometer (11) werden die Werte der Komponenten eines Vektors 2, der das von diesem Einrichtungsmagnetometer (11) im vierten Bezugssystem (R4) erfaßte Magnetfeld der Erde darstellt, gemessen und in Magnetismus-Meßdaten, die für die Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind, umgewandelt;

- mit Rechner (6) wird aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus-Bezugsdaten, den Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus-Meßdaten ein erster Rotationsoperator R1(α,β,Γ) errechnet, mit dem zumindest der größere Teil der Abstimmungswinkelfehler zwischen dem zweiten Bezugssystem (R2) von Fahrzeug (1) und dem dritten Bezugssystem (R3) von Einrichtung (2) nach der Beziehung:

korrigiert wird;

- der erste Rotationsoperator R1(α,β,Γ) wird gespeichert und an Rechner (6) gegeben, der diesen auf Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtung (2) signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind, ergeben;

- es werden einerseits die Winkel Φ1, θ1 und X1 und andererseits die Winkel Φ2, θ2 und X2 gespeichert, wobei Φ1, θ1 und X1 der Rollwinkel, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel von Fahrzeug (1), die von Rechner (6) aus den Schwere-Bezugsdaten und den Magnetismus-Bezugsdaten ermittelt wurden, und Φ2, θ2 und X2 der Rollwinkei, der Trimmwinkel bzw. der Kurswinkel von Einrichtung (2) sind, die von Rechner (6) aus den Schwere-Meßdaten und den Magnetismus- Meßdaten ermittelt wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten oder zweiten Stufenreihe eine dritte Stufenreihe mit nachstehenden Stufen folgt:

- Fahrzeug (1) wird in eine nicht geradlinige Bewegung gebracht;

- zu unterschiedlichen Zeitpunkten wird eine Vielzahl von Werten der Komponenten des von Einrichtungsmagnetometer (11) entsprechend dem vierten Bezugssystem (R4) erfaßten Magnetfeldes 2 bei unterschiedlichen Ausrichtungen von Fahrzeug (1) gemessen und in Speicher (7) gespeichert;

- mit Rechner (6) wird aus der in der vorangegangenen Stufe gemessenen Wertevielzahl für die Komponenten des von Einrichtungsmagnetometer (11) erfaßten Magnetfeldes 2 ein Korrekturoperator (OC) errechnet, mit dem die Korrekturen für die Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2, die in allen vorangegangenen Stufen mit Einrichtungsmagnetometer (11) gemessen wurden, definiert und die magnetischen Störungen durch Hart- und Weicheisenteile sowie der Ausrichtungsfehler zwischen dem dritten Bezugssystem (R3) von Einrichtung (2) und dem vierten Bezugssystem (R4) von Einrichtungsmagnetometer (11) berichtigt werden;

- durch Anwendung des Korrekturoperators (OC) werden die in allen vorangegangenen Stufen mit dem Einrichtungsmagnetometer (11) gemessenen Komponenten der verschiedenen Magnetfeldvektoren 2 in korrigierte Komponenten von Magnetfeldvektoren 2c umgewandelt, durch die bei den nachfolgenden Berechnungen die Komponenten der entsprechenden Magnetfeldvektoren 2 ersetzt werden;

- mit Rechner (6) werden aus den Schwere-Bezugsdaten, den Magnetismus-Bezugsdaten, den, Schwere-Meßdaten sowie den Magnetismus- Meßdaten für die Bodenmessungen, bei denen die Komponenten des Magnetfeldvektors 2, der das von Einrichtungsmagnetometer (11) erfaßte Magnetfeld darstellt, durch die Komponenten des korrigierten Magnetvektors 2c ersetzt wurden, die Fehlerwinkel α, β, Γ errechnet, durch die ein zweiter Rotationsoperator R2(α,β,Γ) zwischen dem zweiten Bezugssystem (R2) von Fahrzeug (1) und dem dritten Bezugssystem (R3) von Einrichtung (2) definiert wird, wobei die Winkel α, β, Γ die Lösungen des Gleichungssystems:

darstellen;

- dieser zweite Rotationsoperator R2(α,β,Γ) wird gespeichert und an Rechner (6) gegeben, der ihn auf Winkel Φ2, θ2 und X2 anwendet, die nachfolgend aus nachfolgenden Messungen bestimmt werden, die nachfolgende Schwere-Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtung (2) signifikant sind, sowie nachfolgende Magnetismus- Meßdaten, die für nachfolgende Meßwerte von Einrichtungsmagnetometer (11) signifikant sind, ergeben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwere-Bezugsdaten und die Magnetismus-Bezugsdaten bzw. die Schwere-Meßdaten und die Magnetismus-Meßdaten der Bodenmessungen für die Winkel Φ1, θ1, X1 bzw. Φ2, θ2, X2 repräsentativ sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, angewandt auf eine Vielzahl von M (M - positive ganze Zahl) gegenüber Fahrzeug (1) abzustimmenden Einrichtungen (2), wobei jede eigene erste und zweite Rotationsoperatoren R1(αi,βi,Γi) und R2(αi,βi,Γi) sowie einen eigenen Korrekturoperator (Oci) (mit i = 1 bis M) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von ersten und zweiten Rotationsoperatoren R1(αi,βi,Γi), R2(αi,βi,Γi) und Korrekturoperatoren (Oci) gleichzeitig aus Messungen bestimmt wird, die mit den verschiedenen Einrichtungen (2) und Einrichtungsmagnetometern (11) und mit einem Arbeitsmittel (8) und einem Arbeitsmagnetometer (10) durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei Speicher (7) um einen einzigen handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei Rechner (6) um einen einzigen handelt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß:

- durch Bodenmessung mit Einrichtung (2), Einrichtungsmagnetometer (11), Arbeitsmittel (8) und Arbeitsmagnetometer (10) Daten für zusätzliche Bodenausrichtungen des Fahrzeugs (1) ermittelt werden, durch die die entsprechenden Daten für die anfängliche Bodenausrichtung ergänzt werden;

- an Rechner (6) die Daten für alle Ausrichtungen von Fahrzeug (1) am Boden und in der Luft übertragen werden;

- mit Rechner (6) ein dritter Rotationsoperator R3(α,β,Γ) errechnet wird, der anstelle des zweiten Rotationsoperators R2(α,β,Γ) dazu dient, die Abstimmfehler der Einrichtung(en) (2) zu korrigieren.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel (8) aus dem leistungsfähigsten Gerät in der Art von Einrichtung (2) besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Daten für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung von Fahrzeug (1) aus Arbeitsmittel (8) oder aus mindestens einer Einrichtung (2) genutzt werden.

11. System zur Abstimmung einer Einrichtung (2) gegenüber einem Fahrzeug (1), wobei die Einrichtung (2) fest an Bord von Fahrzeug (1) installiert ist, das gegenüber einem ersten absoluten Bezugssystem (RM) eine durch ein mit Fahrzeug (1) verbundenes zweites Bezugssystem (R2) definierte Ausrichtung aufweist, wobei Einrichtung (2) dem Schwerefeid der Erde, das durch einen nach seinem Gradienten ausgerichtet,en Schwerevektor dargestellt wird, sowie dem Magnetfeld der Erde ausgesetzt ist, das durch einen nach seinem Gradienten ausgerichteten Vektor dargestellt wird, und die Ausrichtung von Einrichtung (2) gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein drittes Bezugssystem (R3) definiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtung (2) eine Vorrichtung (3,4) zur Me,ssung der Komponenten des Schwerevektors hat, die an Einrichtung (2) befestigt ist; und dadurch, daß das Fahrzeug (1) umfaßt:

- ein Einrichtungsmagnetometer (11), das an Fahrzeug (1) befestigt ist und dessen Ausrichtung gegenüber dem ersten absoluten Bezugssystem (RM) durch ein viertes Bezugssystem (R4) bestimmt wird;

- einen Rechner (6);

- einen dem Rechner (6) zugeordneten Speicher (7) und

- eine erste Verbindung (5), durch die Einrichtung (2) und Einrichtungsmagnetometer (11) mit Rechner (6) und Speicher (7) verbunden werden.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Arbeitsmittel (8) oder mindestens eine Einrichtung (2) außerdem Daten für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung von Fahrzeug (1) abgeben.