Brevet FR2471582A1 — publié le 19810619

L'invention concerne un gyroscope de re- cherche du nord comportant, dans un cadre,'un rotor de gy- roscope à l'axe de giration orientable horizontalement, un cadre de poursuite ou corps pendulaire dans lequel le cadre est disposé de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation orientable verticalement, un dispositif de prise d'aplomb pour l'orientation verticale du corps pendulaire rotatif suspendu dans une enveloppe, en particulier au moyen d'un joint à cardan, ainsi qu'un dispositif de poursuite 1o muni d'un capteur de la position angulaire du cadre relative- ment au corps pendulaire et d'un entraînement de réglage final servant à orienter le corps pendulaire relativement à l'enveloppe sous la dépendance du signal du capteur. Par le second fascicule publié de la de- mande de brevet de la R.F.A. NO 1 498 042, on connaît un gy- roscope de cette espèce qui est en principe sous la forme d'un gyromètre à deux degrés de liberté. Le gyroscope connu comporte un cadre pouvant tourner autour d'un axe de rota- tion aussi vertical que possible et muni d'un rotor de gyros- cope dont l'axe de giration est orthogonal à l'axe de rota- tion mentionné et donc situé dans un plan horizontal. Le cadre est disposé de manière à pouvoir tourner au moyen de coussi- nets à gaz dans un corps pendulaire qui est suspendu au moyen d'un joint à cardan à l'intérieur d'une enveloppe de telle sorte que l'axe de rotation peut être orienté verticalement. Le dispositif de prise d'aplomb ainsi constitué comporte en outre, à l'extrémité inférieure du corps pendulaire, un aimant perpendiculaire pouvant être actionné électriquement, dont l'armature s'appuie, une fois la prise d'aplomb effectuée, sur une partie de l'enveloppe qui est en forme de calotte. Le cadre est assujetti à une position zéro relativement à l'enveloppe. Il est prévu en outre un circuit de poursuite comportant un capteur de la position angulaire du cadre, des dispositifs amplificateurs appropriés et un entraînement de réglage final entre enveloppe et corps pendulaire de manière 2-471'582 - à assurer une orientation du corps pendulaire dans le sens d'une diminution du signal du capteur de cadre. Comme on le sait, dans un gyroscope de recherche du nord de cette espèce, la composante-horizontale de la vitesse de rotation de la terre engendre un moment tendant vers le nord et dépendant du sinus de l'angle de dérive entre l'axe de torsion et la direction du nord, ce moment causant une déviation corres- pondante du cadre. Par conséquent, au moyen du circuit de poursuite, on oriente le corps pendulaire jusqu'à ce que la déviation mentionnée du cadre tende vers zéro. La position angulaire du corps pendulaire relativement à l'enveloppe, déterminée au moyen d'un transmetteur d'angle sous forme de transformateur de coordonnées, correspond alors pratiquement à la direction du nord. Toutefois, outre le moment tendant vers le nord, il faut tenir compte du moment d'asservissement ainsi que des moments perturbateurs causés en particulier par des dérives du gyroscope, par le montage du cadre, par les trajets électriques ainsi que par des vibrations agissant de l'extérieur, de sorte que, selon la qualité du gyroscope, il se produit des erreurs dans l'établissement du nord. En outre, il est nécessaire que le temps de recherche du nord soit court, d'autant plus que la recherche du nord doit s'effectuer lorsque l'appareil porteur, par exemple un véhi- cule, est immobile, et qu'en général un arrêt prolongé du véhicule est indésirable pour des raisons tactiques. En outre, par le premier fascicule publié de la demande de brevet de la R. F.A. 2 336 956, on connait un gyroscope de recherche du nord de l'espèce définie dans lequel il s'effectue tout d'abord une poursuite rapide d'une première position o l'axe de giration du gyroscope est grossièrement aligné sur la direction du nord. Ensuite, le circuit de poursuite est coupé et, sous la dépendance du signal du capteur de cadre, un générateur de couple, disposé entre le cadre et le corps pendulaire,est commandé. Dans le circuit d'asservissement ainsi conçu, le courant du générateur z471582 de couple correspond au moment d'asservissement, de sorte que, compte tenu de la torsion du gyroscope, on peut déterminer la vitesse angulaire d'entrée et donc la dérive de nord. On prévoit des filtres appropriés pour li- miter l'influence des mouvements perturbateurs externes auxquels il faut s'attendre. En outre, pour déterminer la position angulaire du corps penduaire relativement à l'enveloppe, il est prévu un transmetteur d'angle, le signal de celui-ci et la dérive de nord donnant la direction du nord. Par la mise en action du circuit d'asservissement mentionné, le facteur de transfert étant fixé, la fréquence propre domi- nante du gyroscope augmente de sorte que l'écart de nord résultant de moments de redressement ou la sensibilité du gyroscope aux mouvements perturbateurs sont diminués. Toutefois, étant donné que d'autre part le moment d'asservis- sement dépend de dérives de gyroscope qui varient, en par- ticulier avec la température ou le temps, de façon imprévi- sible, l'angle de nord de sortie peut contenir des erreurs qui ne sont pas négligeables. C'est pourquoi l'invention a pour but de donner à un gyroscope de recherche du nord, avec des moyens réduits, une structure telle qu'une détermination rapide et fiable de la direction du nord soit assurée. Ce problème est résolu grace au fait que l'entraînement de réglage final est sous la forme d'un moteur pas à pas à grande précision de division qui sert en même temps de transmetteur d'angle pour la position du corps pen- dulaire relativement à l'enveloppe. Le gyroscope de recherche du nord selon l'invention se distingue par une constitution relativement simple et économique, d'autant plus que par suite de l'inté- gration du moteur pas à pas et du transmetteur d'angle, les systèmes coQteux de transmetteur d'angle nécessaires par ailleurs, compte tenu de la précision exigée aujourd'hui, son' supprimés. Il est avantageux de prévoir un moteur pas à pas plat à disque de nutation muni de couronnes dentées présentant 247t582 une grande précision de division. Le montage entre le stator et le rotor du moteur pas à pas constitue en même temps le montage du corps pendulaire, ce qui assure une simplification notable de construction. Pour éviter des erreurs de cardan, le moteur pas à pas ou transmetteur d'angle peut être dispo- sé entre le joint à cardan fixé à l'enveloppe et le corps pen- dulaire. Ainai, si l'on utilise le gyroscope dans un véhi- cule, l'axe extérieur du joint à cardan peut aussi être ali- gné très facilement sur l'axe de roulis du véhicule. Toutefois, on peut aussi prévoir éventuellement un moteur pas à pas de type classique à la suite duquel est prévu en particulier un train à vis sans fin. Dans tous les cas, il est particu- lièrement avantageux que la direction angulaire du corps pen- dulaire, en partant d'une position zéro prescrite, puisse être déterminée de façon simple d'après les signaux de com- mande du moteur pas à pas, c'est-à-dire par comptage des pas. La prise d'aplomb du corps pendulaire,ou le réglage à la verticale de l'axe de rotation du cadre, s'effectue de préférence au moyen d'un électro-aimant disposé à l'extrémité inférieure et dont l'armature s'appuie sur une partie en forme de calotte de l'enveloppe. Bien entendu, à cet effet, on peut aussi prévoir d'autres capteurs d'aplomb ainsi que des organes de réglage final commandés par ceux-ci. Dans un mode d'exécution préférentiel, comportant de façon connue un circuit d'asservissement du cadre, on mesure les moments d'asservissement et les vitesses angulaires d'entrée dans deux positions faisant entre elles un angle prescrit, en particulier de 900, et, d'après ces valeurs, on détermine par approximation la dérive de nord. Ensuite, au moyen du moteur pas à pas, on réajuste le corps pen- dulaire conformément à la dérive de nord et ainsi on l'ali- gne grossièrement sur la direction du nord, puis, par une mesure précise, on détermine la direction du nord. De cette manière très avantageuse, on possède déjà au bout d'un temps court une première valeur approchée à la direction du nord, l'ordre de grandeur de l'approximation étant de 1 , la pré- cision de celle-ci étant encore accrue d'un ordre de gran- deur par la mesure précise qui dure un peu plus longtemps. Pour supprimer les perturbations, il est très avantageux d'exé- cuter chaque fois plusieurs mesures d'angle et de former des moyennes ou d'effectuer un filtrage des grandeurs perturbatri- ces. La commande du processus décrit de recherche du nord, la détermination des angles et le filtrage s'effectuent de préfé- rence au moyen d'une calculatrice ou d'un microprocesseur. Selon un mode d'exécution préférentiel, pour compenser la dé- rive du gyroscope, on fait tourner le gyroscope d'un angle défini, en particulier de 1800, au moyen du moteur pas à pas, après l'une des mesures précises et on opère ensuite une deu- xième mesure précise. Puis, d'après les moments d'asservisse- ment et les vitesses angulaires d'entrée ainsi mesurés, on détermine la direction du nord avec une très grande précision ainsi que la dérive du gyroscope. D'autres avantages apparaî- tront ci-après. On explique plus précisément l'invention ci-après à propos d'un exemple d'exécution représenté par les dessins sur lesquels la figure 1 est une représentation de principe du gyroscope de recherche du nord, partiellement en coupe longitudinale. La figure 2 est un schéma par blocs du gyroscope selon la figure 1. La figure 3 est un schéma de principe général des divers axes du gyroscope de recherche du nord. La figure 4 est un schéma de principe des axes d'un compas gyroscopique et du gyroscope de recherche du nord. La figure 5 est un schéma par blocs du compas gyros- copique et du gyroscope de recherche du nord. La figure 6 est un schéma de principe des axes du gyroscope de recherche du nord lors d'une mesure avec retour- nement de 180 . Le gyroscope de recherche du nord selon la figure 1 comporte, dans une enveloppe 1, un corps pendulaire 4 sus- pendu par l'intermédiaire d'une plaque de base 2 et d'un joint à cardan 3. Entre le joint à cardan 3, qui est repré- senté schématiquement, et le corps pendulaire 4 est disposé un moteur pas à pas 5, plus précisément un moteur à disque de nutation. Le moteur pas à pas comporte un stator 6 fixé au joint à cardan 3 et un rotor 8 disposé de manière à pouvoir tourner par l'intermédiaire d'un roulement à billes i. Ce roulement à billes 7 sert en même temps à monter le corps pendulaire 4 re- lié au rotor 8. Sur le stator 6 sont disposés un certain nombre d'enroulements électriques-9 distribués à la circonférence. Le rotor comporte une couronne dentée 11, qui est reliée au corps pendulaire au moyen d'un plateau oscillant souple axialement et disposé de façon rigide radialement ou au moyen d'une membrane et en face de laquelle est prévue sur le stator une couronne dentée 12. Les couronnes dentées 11, 12 ont un grand nombre de dents et la différence entre les nombres de dents est de-pré- férence d'une unité. Avec un moteur pas à pas de ce genre, on peut choisir un pas relativement grand, en fonction du nombre de dents et du nombre des enroulements 9 et on obtient tout de même une très grande précision de division. Ainsi, on peut faire tourner le corps pendulaire 4 autour de l'axe de rotation 13 sur toute la marge angulaire et le régler avec une grande pré- cision. Le moteur pas à pas 5 sert en même temps de transmetteur d'angle pour la position du corps pendulaire 4 relativement à l'enveloppe 1 à partir d'une position zéro prescrite, les si- gnaux de commande destinés aux enroulements 9 sont simplement comptés. A cet effet est prévu un simple capteur de position zéro, non représenté ici. A l'extrémité inférieure du corps pendulaire 4 est prévu un aimant perpendiculaire 16 pouvant être commandé électriquement, dont l'armature 17 en forme de pied oscillant s'appuie sur une partie en calotte 18 de l'en- veloppe 1. On voit que l'on obtient ainsi un dispositif de pri- se d'aplomb pour le corps pendulaire 4 suspendu à cardan. En effet, si, à la différence de ce qui est représenté sur la figure 1, l'axe de rotation momentané 19 n'est pas vertical, l'armature 17 peut être écartée de la calotte par une commande rythmée de l'aimant perpendiculaire 16, ce qui fait que le corps pendulaire 4 s'oriente exactement à la verticale. Dans cette prise d'aplomb qui dure très peu de temps, environ 5 secondes, il est avantageux de choisir pour l'aimant perpendiculaire 16 une fréquence de commande à peu près quatre fois supérieure À 5. la fréquence P;ropre du pendule. Eventuellement, la prise Ud'.aplomb peut aussi s'effectuer au moyen de capteurs d'aplomb u:t d'organes de rt'cg].age final commandés par ceux-ci, par exem- LIc de servwfotcurs ou de générateurs de couple. A l'intérieur d*: corps pendula.irc.1:s;e trouve le cadre de précession 20 c'nltenant un rot.oi de gyroscope 22 qui peut tourner autour de l'axe de gairation 21. Le cadre 20 est monté de manière à pou- voir tourner autour de l'axe de sortie ou de rotation 13, cuntre le lorpú uendlaire 4 ou le cadre de poursuite, au moyen :L, d'un palier statiqua t gaz comportant des interstices d'air annulaires axiaux et radiaux 24, 25. L'alimentation du palier est assurée par un colresseur 27 indiqué schématiquement, p.rCvu dans la partie inférieure du corps pendulaire 4. Le com- presseur 27 est..outenu dans le corps pendulaire 4 au moyen l d'éléments annulaires amortisseurs de vibrations 28, 29. Un capteur de posit:ion angulaire et un gén6rateur de couple 30, 31 sont en outre ??CVUSo Ainsi, d'une part, on capte la posi- tion angulaire du caLdre 20 et de l'axe de giration 21 relati- -'nLent au corp osci..l.ant 4- et, d'autre part, on peut obte- niJ. un momen; d'ass;ervissemenrt autour de l'axe de rotation 13 pour asservir le cadre 20 à une position zéro prescrite. L'en- Lraneinemnt du r.osr de gyroscope 22 est assuré par un moteur 32, 33, de prdfde:c'e d'un moteur a courant continu sans col- lecteur. Ce moleur c-mo'rte sur chacun des deux côtés longitu- dinaux un enroulen'ent de stator polyphasé 32, relié au cadre , en face duquel. sent placés, sur le rotor de gyroscope 22, des aimants p.rnan;n;s 33 à polarisation alternée dans la di- rection de l'are l: i.iration 21. Le système électronique de commutation néce;:saire 34 est disposé -au-dessus du rotor de 3u gyroscope 22 d.ans l; cadre 20. En outre, entre le corps pendu- laire 4 et le cazdre 20 sont pl'révus des ressorts d'amenée de courant, représentés schéraatiqucment. L'ensemble du système électronique 37 '. cess::ire à la recherche du nord, y compris la calculatrice, lei nicu.oprocesseur et l'alimentation élec- 3r trique, est clin?,.;,..;nms la partie supérieure du gyroscope, sur la plaque de I:ise 2, ou peut être logé dans une enve- 1.oOe séparée.. On e>p1i..a-r: la Cistitution de principe du système électronique du gyroscope à propos du schéma par blocs de la figure 2, les composants déjà décrits plus haut étant désignés par les mêmes références. Il existe une alimentation électrique 40 pour l'aimant perpendiculaire 16, le compresseur 27, le moteur à courant continu 32, le capteur 30 ainsi que pour un système électronique de commande 41 du moteur pas à pas et une calculatrice ou un microprocesseur 42. Le micro- processeur 42 sert non seulement à commander le processus de recherche du nord et à calculer les valeurs angulaires mais encore à filtrer, comme indiqué plus précisément ci-après, les influences perturbatrices qui apparaissent par exemple sous la forme de vibrations s'appliquant à l'enveloppe. Il est clair qu'on peut aussi utiliser éventuellement un système électronique classique de calcul et de commande. Au moteur pas à pas 5 est encore adjoint un simple capteur de position zéro 43, affecté à une position zéro définie du corps pendulaire 4. Le capteur de position zéro est relié à l'entrée de remise à zéro d'un compteur/décompteur 44 aux entrées duquel sont appliqués des signaux venant du système électroni- 2o que de commande 41 et correspondant au nombre de pas et au sens de rotation. Compte ténu de la grandeur de pas du moteur pas à pas, le compte du compteur correspond donc à la posi- tion angulaire du corps pendulaire. Au moyen du circuit d'as- servissement 45, le cadre 20 -est asservi à une position zéro désirée relativement au corps pendulaire 4 ou cadre de pour- suite. A l'état stationnaire, le-courant du générateur de couple 31 est une mesure du moment d'asservissement qui est nécessaire pour compenser le moment tendant vers le nord mais aussi des moments perturbateurs. De préférence, un signal proportionnel au courant mentionné est transmis au micro- processeur en passant par un convertisseur analogique/numérique 46. Une horloge 47, par exemple stabilisée par quartz, donne le rythme destiné au microprocesseur 42 et-aux autres parties du système électronique. Lorsqu'une détermination du nord a déjà eu lieu, il est possible,pour les déterminations suivantes, de se pas- ser de la mesure grossière, une donnée obtenue par une déter- mination précédente et mise en mémoire peut être utilisée comme valeur estimative pour l'orientation grossière du gyroscope. Le schéma de principe de la figure 3 représente une orientation grossière Ng de l'axe de giration du gyroscope. Au moyen d'une valeur correspondant au nord, se trouvant en mé- moire ou enregistrée d9une autre manière, ou encore directe- ment disponible, telle que par exemple l'indication du cap d'un compas gyroscopique, on amène au moteur pas à pas 5 des impulsions électriques qui provoquent un pivotement du corps pendulaire 4 par rapport à l'enveloppe 1, amenant ainsi l'axe de giration 21 du rotor 22, donc la direction du vecteur de torsion, en une position Ng proche de la direction du nord. Grâce à une ou plusieurs mesures précises on détermine ensuite l'angle de dérive du nord pli et la direction exacte N du nord. La figure 4 illustre le principe d'une détermination grossière du nord au moyen du cap fourni à l'aide d'un compas gyroscopique. Dans un premier processus de recherche du nord on a déterminé par une mesure précise la direction N du nord. L'axe de giration du compas gyroscopique occupe une direction faisant un angle quelconque a avec celle du nord et un angle Vavec l'axe longitudinal F 1 du véhicule. Pour simplifier la représentation, on a projeté les axes de giration du compas gyroscopique et du gyroscope de recherche du nord sur un plan horizontal, avec un point d'intersection, même si, dans un mode de réalisation pratique, les deux axes de giration sont éloignés l'un de l'autre. On définit comme valeur de réfé- rence l'angle a entre l'axe de giration KKI et la direction N du nord et on la fait enregistrer par le compas gyroscopique. Le cap instantané t. du véhicule s'obtient par addition des angles a et y. Pendant le déplacement du véhicule, il se produit des changements de la position par rapport au nord de l'axe longitudinal F et de la position du gyroscope de recherche du nord, qui n'est pas en service, tandis que la position de l'axe de giration du compas gyroscopique reste maintenue, a la dérive près, Or, du fait de cette dérive,- l'axe de gira- tion du compas gyroscopique s'écarte peu à peu de sa position, de sorte que l'indication du cap se trouve faussée de l'inté- grale de la dérive, l'angle d'erreur P. Soit par exemple F2 la direction de l'axe longitudinal du véhicule au bout d'un certain temps, l'axe de giration du compas gyroscopique occu- pant alors la position KK2. Grace à une nouvelle détermination du nord au moyen du gyroscope de recherche du nord on obtient une nouvelle valeur de a, soit nouv, qui corrige l'erreur. A cet effet on oriente d'abord l'axe de giration du gyroscope de recherche du nord de manière qu'il fasse avec l'axe de gi- 1o ration du compas gyroscopique l'angle de référence ax, donné par la détermination précédente, et que, par conséquent, il soit orienté correctement, à l'angle d'erreur 3 près. L'axe de giration du gyroscope de recherche du nord est donc grossiè- rement aligné au nord et occupe la position Ng; puis, par une mesure précise on détermine la dérive a et la direction exacte du nord, et l'on enregistre le nouvel angle a. entre nouv. la direction du nord et la position instantanée du compas gyroscopique. La figure 5 est un schéma par blocs de la disposition des gyroscopes et d'une partie des organes périphériques sur un véhicule. Pendant les déplacements de ce dernier, le compas gyroscopique KK et un compteur de distance (non représenté) fournissent et affichent le cap et la position du véhicule. Lorsque le véhicule s'arrête au bout de son parcours, on arrête en même temps le compas gyroscopique. On enregistre dans une mémoire Sp la dernière valeur du cap, c'est-à-dire l'angle d de l'axe longitudinal du véhicule immobile par rapport au nord. Pour la remise en route du véhicule il faut déterminer à nouveau la direction exacte du nord au moyen du gyroscope de recherche du nord. A partir de l'indication de cap S figu- rant dans la mémoire et de la position SAS de l'axe de gira- tion du gyroscope de recherche du nord, une calculatrice four- nit l'angle de pivotement 4 AS nécessaire au corps oscillant, en vue d'orienter l'axe de giration du gyroscope de recherche du nord selon une direction proche de celle du nord. Après cette opération on peut effectuer une mesure précise. Il va 2-471582 de soi que la calculatrice peut servir elle-même de mémoire. Après un certain temps, on peut procéder à une nou- w!lc d'etermination selon le processus illustré par la fi- j '.'l, 3. kô; Apr,>'s u:i processus de mesure avec une orientation cgozsiere ou avec uuz3 détermination grossière de la dérive par Le. ?p.ort %u nord, et après une ou plusieurs mesures précises, il se -r.ut qu'unc prdcizion encore plus grande soit nécessaire; on peut alors cfSectuer directement une mesure précise sans le;.-cr3ter le gyroscope de recherche du nord, c'est-à-dire que, Zr'ce a un organe ce commande approprié on envoie un nouvel ordre de mise en:marche au cours de la première mesure, La ficur3. 6 illustre graphiquement ce processus, u cours duquel!.a valeur A o e de l'axe de giration, obtenue par une mesure prudise antérieure, est utilisée directement co,.mme valeur estimative de la valeur Ng. Pour la nouvelle mesure précise,on fait tourner 1.' a:. ie giration!' un angle /A:, de manière à diminuer la -..rive r&3idduel.c de,axe de giration par rapport au nord, Jtnc&ô à cdiminuer les erreurs sur les angles. JEn outrc on peut dliminer certaines erreurs dues :.(;iO CI:-o x- faij.;. n:t;-,lourner l'axe de giration d'un angle J.; Eh -A fia, /jnó d. n. i.a valeur de l'angle par rapport au nord déterminée --ar une mesure précise antérieure, et en effectuant une nou1vell. mesure précise dans la position re- pr.sentée par iN7 On dôcri; mraintenant le déroulement d'un proces- sus de recherch. d, no,>d ainsi que les étapes de commande et de cal.cul. 3 e..,.... cette occasion. Tout d'abord, 0 le gyroscope est mis en action par un ordre extérieur de re- c'ihe-che du nord. 'Pur ila prise d'aplomb du corps pendulaire "-r 'aimant perpndicuulaire 16 est excité par des signaux -2471582 d'une fréquence quadruple de la fréquence propre: au bout de quelques secondes, l'axe de sortie ou de rotation 13 est par- faitement vertical. Cela étant, la vitesse de rotation du ro- tor de gyroscope 22 augmente jusqu'à la vitesse nominale et, en même temps, le moteur pas à pas 5 est mis en rotation ra- pide de façon que, lorsque la position zéro est dépassée, le compteur 44.soit remis à zéro et-que, par la suite, le compte du compteur corresponde à la vitesse angulaire du corps pendu- laire Il est avantageux de fermer déjà le circuit d'asservis- sement pendant l'augmentation de vitesse. Aussitôt que le ro- tor de gyroscope 22 a atteint sa vitesse de rotation nominale, il s'effectue, dans la première position qu'occupe précisément le gyroscope,une première mesure grossière du moment d'asser- vissement M1 et, compte tenu de la torsion H du gyroscope, d'après la relation M1 =J 1H, une mesure de la vitesse angu- laire d'entrée WJ 1 Le moment d'asservissement M exercé par le générateur de coupe est proportionnel au courant i qui, à nouveau, donne lieu, à la sortie du convertisseur analogi- que/numérique, à une valeur numérique proportionnelle N. La grandeur N est donc proportionnelle à la vitesse angulaire d'entrée h. Le paramètre K = N est l'amplification glo- bale du gyroscope. Il est approximativement constant; toute- fois, des variations minimes, résultant par exemple d'une va- riation de température ou d'un vieillissement des composants, peuvent être détectées automatiquement par un processus d'éta- lonnage décrit plus loin et il peut en être tenu compte. Pour W) on a la relation: 1' (1) 0 1= H sin o + D + 01 dans laquelle: c H =' cos q est la composante horizontale de la rotation terrestre à une latitude C l'angle d'azimut arbitraire relative- ment au nord géographique D la dérive du gyroscope 2471 582 3 4 1 l'erreur de mesure due à des grandeurs per- turbatrices internes et externes. Ensuite, au moyen du moteur pas à pas 5, on fait tourner le gyroscope d'un angle défini, en particulier de 900, et on effectue une deuxième mesure grossière. (2) 2 =. sin (uo + 900) + D + & X Ior:-. des mesures grossières, les valeurs me- surées transmises au microprocesseur 42 par l'intermédiaire cdu convertisseur analogique/numérique 46 sont appelées régu- lièrement sur un laps de temps de quelques secondes chaque fois et en partant des valeurs mesurées individuelles de W 1 ou C2 k obtenues de cette manière, une moyenne est chaque fois formée. Si les valeurs mesurées individuelles comportent un bruit important, en particulier à cause de mouvements pertur- bateurs extérieurs, il est à conseiller d'allonger les temps de mesure. Si le moteur pas à pas peut tourner sur une marge angulaire-supérieure à 360 , on peut effectuer la deuxième mesure grossière après une rotation positive ou 0 négative mais il faut tenir compte du signe. Si la marge angulaire est exactement de 360 , il est avantageux d'effec- tuer les deux mesures grossières de façon telle que la deu- xième mesure grossière se situe au moins approximativement au milieu de la marge de rotation. Ensuite, en négligeant les erreurs de me- sure 1 &J et 4 L (3) a =arc tg 2 - D 247158-2 On introduit ici, pour la dérive du gyros- cope, une valeur estimative D qui est zéro lors de la première recherche du nord effectuée et qui, lors de nouvelles recher- ches du nord, est améliorée itérativement comme on l'expli- quera davantage ci-après. Si à ce moment il faut arrater la recherche du nord, on dispose au moins d'une première valeur * estimative grossière -a de l'angle d'azimut. Ensuite, sous la commande du microprocesseur 42, par l'intermédiaire du système électronique de commande 41, le moteur pas à pas 5 et le corps pendulaire 4 tournent d'un angle aO + 90 de sorte que l'axe de giration 21 est grossièrement orienté vers le nord. Dans un mode d'exécu- tion avantageux, la rotation s'effectue chaque fois par le plus court trajet, vers le nord ou encore vers le sud, selon que l'une ou l'autre position est plus proche. Il faut sou- ligner ici que l'orientation grossière du gyroscope peut éventuellement aussi s'effectuer d'une autre façon, par-exem- ple au moyen d'une autre référence de direction du nord. Une fois l'orientation grossière réalisée, il s'effectue une première mesure précise de la vitesse angu- laire et on a la-relation: (4) G3 =aH * A a + D 3 On a désigné par a la dérive de nord qui subsiste en vertu de l'imprécision du calcul de a et en vertu de la grandeur de pas finie du moteur pas à pas, compte tenu du fait, que pour de petits angles, le sinus correspond à la valeur de l'angle et on désigne par &C 3 l'erreur de mesure. En vue d'une suppression optimale des perturbations, au moyen du microprocesseur, on appelle à nouveau des valeurs mesurées individuelles sur un laps de temps plus long et on en fait la moyenne, plus précisément sur un laps de temps d'environ 1 minute. Les valeurs indi- viduelles sont avantageusement filtrées par des filtres passe-bas du microprocesseur 42, la constante de temps aug- mente de façon continue. En outre, il est très avantageux de ne pas tenir compte de valeum mesurées individuelles qui présentent, avec la moyenne des valeurs précédentes, une différence dépa.3sant une limite de tolérance qui peut être choisie à l'avance, la limite de tolérance diminuant de pré- férence au cours du laps de temps de mesure. En outre, il est à conseiller de déterminer la limite de tolérance pour chaque valeur mesurée individuelle ou encore pour un groupe de valeurs mesurées individuelles d'après la largeur de disper- sion des mesures individuelles précédentes et/ou de raccour- cir ou l'allonger le laps de temps de mesure en fonction de la largeur de dispersion. On débarrasseainsi les valeurs mesurées in- dividuelles des fractions perturbatrices à plus haute fré- quence et en outre on inhibe les valeurs mesurées indivi- duelles qui sont très éloignées de la moyenne, ce qui fait qu'en particulier les perturbations qui se produisent une seule fois sont inhibées efficacement. Mais d'autre part, si nécessaire, on peut déjà interromptre la recherche du nord pendant la première mesure précise et, d'après la vitesse angulaire moyenne (J 3 obtenue jusqu'à ce moment, détermi- ner la direction du nord, bien qu'avec une moindre précision. D'après la moyenne (J3 de la vitesse angu- laire C 3, ainsi déterminée, on détermine au moyen du micro- processeur la dérive mécanique de nord restante A a * XD3 D (5) A a = H D'après la dérive de nord A a c et le signal du moteur pas à pas 5, on détermine, conformément à la posi- tion angulaire a%, la direction du nord. Il se produit ici une erreur " D -D- t (6) 4 a3= 3A= D J&II 2:4 71582 En vertu du filtrage expliqué plus haut et de.laformation d'une moyenne pendant la première mesure pré- cise, l'erreur de mesure 6 t) 3 est relativement petite. -Toutefois, étant donné que la dérive réelle D du gyroscope s'écarte généralement de la valeur estimative D par suite de variations de température, d'un vieillissement etc., selon un mode d'exécution préférentiel on inhibe largement la frac-- tion systématique d'erreur AD D - D par un étalonnage effectué ensuite. A cet effet, au moyen du moteur pas à pas 5, on fait tourner le gyroscope aussi exactement que possible de 1800. Puis, dans cette position, on effectue une deuxième mesure précise de la vitesse angulaire Wj4 et, à nouveau, on opère la formation de la moyenne et le filtrage des valeurs mesurées individuelles, comme expliqué plus haut. (7) CJ =.a +D+ (M4 Ensuite, d'après les vitesses angulaires des deux mesures précises, ainsi déterminées, on détermine la dérive de-nord A a, en partant de cette hypothèse que les erreurs de mesure g U)3 et S-0(4 sont notablement plus peti- tes que la fraction d'erreur A D de sorte que l'on peut appliquer la relation: W 3 4 (8) A a =- 2 COQ H Puis, on détermine la direction du nord ou l'angle de nord a, d'après la dérive de nord A a et la position angulaire du corps pendulaire, avec une très grande précision. Autrement dit:' d'après les valeurs fournies par les deux mesures pré- cises, on calcule la fraction d'erreur qui est constante dans le temps et résulte du moment perturbateur et on la compense par calcul. En outre, d'après les relations (4) et (7), c'est-à-dire d'après les valeurs mesurées filtrées j 3 et (_J 4, on détermine, au moins approximativement, la dérive 2471'58.2 D du gyroscope d'après la relation > 3 +( 4 (9) D 2 On mémorise dans le microprocesseur 42 la moyenne ainsi obte- nue, en tant que nouvelle valeur estimative D de la dérive du gyroscope. Lors de la recherche du nord qui suit, on exé- cute, avec cette valeur estimative, la détermination de la position du nord selon la première mesure précise, conformé- ment à la relation (5). Ainsi, en particulier dans le cas o l'on ne dis- pose pas de temps pour une deuxième mesure précise, on déter- mine déjà très précisément la dérive de-nord après la première mesure précise, conformément à la relation (5). Dans les relations (5) et (8) données plus haut, on a besoin de la composante horizontale de la rotation terrestre (9bis) cHQ.cos q Pour de petites dérives de nord il suffit, on le sait, de faire les calculs avec une moyenne valable pour le domaine d'utilisation considéré, précise à quelques % près, et qui doit être introduite de l'extérieur dans la calculatri- ce ou le microprocesseur. Toutefois, selon un mode d'exécu- tion préférentiel, on calcule approximativement la composante horizontale Q H d'après les valeurs mesurées 2 des deux mesures grossières. Q HV (Li1 -D) + (J2 D Ici, avantageusement, on tient compte, pour la dérive D du gyroscope, de la valeur obtenue d'après la rela- tion (9). En outre, en partant de la composante horizontale Z471582 Q H de la rotation terrestre calculée de cette façon, on détermine une valeur approchée de la latitude, selon la relation: (11) = arc cos Q H / Etant donné que lors des mesures décrites ci-dessus on ne dispose pas directement des vitesses angulaires Ci mais seulement des valeurs numériques résultantes N en tant que grandeurs de sortie, il faut que l'amplification globale K de l'appareil soit connue. A cet effet, de temps en temps, à la suite de la mesure grossière et avant la mesure précise, on fait tourner l'axe de giration à deux positions déviées rela- tivement au nord, de préférence de + 90 . On obtient ainsi les valeurs mesurées: - (12) N = On peut en tirer par approximation l'amplifica- tion, d'après la relation 2S? (13) K = N5 - N6 puisque sin a a + 90 ) cos ct açl, et sin ( t a - 90 )= - cos tc a, -1 La recherche du nord par le gyroscope s'effectue par les étapes indiquées cidessus: au moyen du moteur pas à pas 5, on règle avec une grande précision à la position chaque fois nécessaire le corps pendulaire4 et donc aussi l'axe de giration asservi 21 du gyroscope. Ici, le microprocesseur 42 sert de préférence aussi bien à commander les différentes éta- pes qu'à commander le moteur pas à pas 5 et aussi à calculer les valeurs angulaires indiquées ainsi qu'à filtrer les valeurs mesurées individuelles obtenues pendant les mesures grossières et précises du moment d'asservissement et de la vitesse angulaire. e 2-471582 -20 REVENDICATIONS 1.- Gyroscope de recherche du nord comportant, dans un cadre, un rotor de gyroscope à l'axe de giration orientable horizontalement, un cadre de poursuite ou corps pen- dulaire dans lequel le cadre est disposé de manière à pou- voir tourner autour d'un axe de rotation orientable verti- calement, un dispositif de prise d'aplomb pour l'orientation verticale du corps pendulaire rotatif suspendu dans une en- - veloppe, en particulier au moyen d'un joint à cardan, ainsi 1o qu'un dispositif de poursuite muni d'un capteur de la posi- tion angulaire du cadre relativement au corps pendulaire et d'un entraînement de réglage final servant à orienter le corps pendulaire relativement à l'enveloppe sous la dépendance- du signal du capteur, gyroscope caractérisé en ce que l'en- trainement de réglage final-est sous la formé d'un moteur pas à pas (5) à grande précision de division qui sert en même temps de transmetteur d'angle pour la position du corps pendu- laire (4) relativement à l'enveloppe. 2.- Gyroscope selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le joint à cardan (3) est solidaire de l'enve- loppe (1) et le moteur pas à pas (5) est disposé entre le joint à cardan (3) et le corps pendulaire (4). 3.- Gyroscope selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moteur pas à pas (5) est un moteur à disque de nutation, aplati dans la direction de l'axe de rotation, dont le stator (6) est relié au joint à cardan (3) et au rotor (8) duquel est fixé le corps pendulaire, un palier (7) destiné au rotor (8) formant en même temps le palier du corps pendulaire (4). 4.- Gyroscope selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur pas à pas (5) présente sur le stator (6) et le rotor (8) des couronnes dentées (12, 11) coopérant entre elles, la différence de leurs nombres de dents relativement grands étant d'au moins une dent, et la couronne dentée (11) est disposée dans le rotor (8) de façon souple en direction de l'axe de rotation (13) et de façon rigide en direction circonférentielle. 5.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de prise d'aplomb comporte un électro-aimant (16) pouvant être commandé électriquement, disposé à l'extrémité inférieure du corps oscillant (4) et dont l'armature (17) s'appuie sur une partie en forme de calotte (18) de l'enveloppe (1). 6.- Gyroscope de recherche du nord, en particulier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gyroscope ou le corps pendulaire (4) peut être réglé à des positions définies, au moyen du moteur pas à pas (5), la position angu- laire étant détectée; pour asservir le cadre (20) à une posi- tion zéro prescrite est prévu un circuit d'asservissement (45) comportant un capteur de cadre (30) et un générateur de couple (31) agissant autour de l'axe de sortie ou de rotation (13) et dont le courant est une mesure de la vitesse angulaire d'entrée ( i), et, d'après la ou les valeurs mesurées de la vitesse angulaire, on détermine la direction du nord. 7.- Gyroscope selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comporte une unité de calcul ou un micro- processeur (42) auquel sont amenées des valeurs mesurées cor- respondant à la vitesse angulaire ou au courant du générateur de coupe (31) ainsi qu'à la position angulaire du corpspendu- laire (4), la direction du nord étant déterminée d'après ces valeurs mesurées. 8.- Gyroscope selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le pas réalisable pour le corps pen- dulaire (4) au moyen du moteur pas à pas (5) est relative- ment grand tandis que la précision de division ou la préci- sion de réglage reproductible est de l'ordre de grandeur de la précision de mesure désirée du gyroscope. 9.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- caticnsl à 8,caractérisé en ce qu'il comporte un système électronique (41) de commande du moteur pas à pas (5) et un capteur de position zéro (43), la position angulaire étant déterminée à partir des signaux du système électrique de com- mande (41) et du capteur de position zéro (43). 2471 582 10.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisé en ce qu'on mesure les vitesses angulaires de l'axe de giration (21), décalées entre elles, en particu- lier de 90 , le réglage s'effectuant au moyen du moteur pas à pas (5); d'après les valeurs mesurées des deux mesures grossières, on détermine une première valeur estimative (a cope ou le corps pendulaire (4) au moyen du moteur pas à pas (5) conformément à la valeur estimative (a) de manière à effectuer approximativement un alignement grossier de l'axe de giration (21) sur le nord. 11.- Gyroscope selon la revendication 10, caractéri- sé en ce qu'on effectue les deux mesures grossières en deux positions situées exactement à 90 l'une de l'autre et on détermine la valeur estimative ("a) d'après l'arctg des va- leurs mesurées ((o> 2) introduites avec le signe correct, d'après la relation D a = arc tg ci 2 D en utilisant pour la dérive (D) du gyroscope une valeur préalablement connue et/ou pouvant être calculée d'après d'autres mesures. 12.- Gyroscope selon l'une des revendication 10 et 11, caractérisé en ce que le moteur pas à pas (5) peut tour- ner d'une marge angulaire finie égale ou supérieure à 3600 et on effectue la deuxième mesure grossière au moins appro- ximativement dans la région du milieu de la marge angulaire. 13.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 10 à 12, caractérisé en ce qu'on exécute chaque mesure grossière en un laps de temps de quelques secondes, pouvant être choisi à l'avance, en appelant chaque fois régulièrement un certain nombre de valeurs mesurées individuelles, et d'après celles-ci, par filtrage et/ou formation d'une moyenne, on détermine les valeurs mesurées ( & 1'iJ 2) 14.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 13, caractérisé en ce que d'après les vitesses angulaires 2L) on détermine une valeur approchée de la composante horizontale Q H de la rotation terrestre, selon la relation H = \/ ( 1 -D) + (O2 2 D* 2 15.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 13, caractérisé en ce qu'après l'orientation gros- sière on maintient l'axe de giration (21) dans cette position au moyen du circuit d'asservissement, en une première mesure précise on mesure la vitesse angulaire (W3) et on tire de celle-ci 'la dérive de nord a a, d'après la relation 4) D AdH en utilisant pour la dérive (D) du gyroscope une valeur préalablement connue et/ou pouvant être calculée d'après d'autres mesures et en introduisant la composante horizontale 16.- Gyroscope selon la revendication 15, caracté- risé en ce qu'on exécute la mesure précise en un laps de temps plus long pouvant être choisi à l'avance, en appelant régulièrement un certain nombre de valeurs mesurées indivi- duelles, et, de celles-ci par filtrage et/ou formation moyenne, on tire la valeur mesurée (W 3). 17.- Gyroscope selon la revendication 16, caracté- risé en ce qu'on filtre les valeurs mesurées individuelles au moyen d'un filtre passe-bas. 18.- Gyroscope selon la revendication 16, carac- térisé en ce que la constante de temps du filtre passe-bas augmente de façon continue ou discontinue. 19.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 16 à 18, caractérisé en ce qu'on ne tient pas compte des valeurs mesurées individuelles dont la différence avec la moyenne filtréea des valeurs précédentes dépasse une li- mite de tolérance pouvant être choisie à l'avance. 20.- Gyroscope selon la revendication 19, caracté- risé en ce qu'on diminue la limite de tolérance pendant le laps de temps de mesure. 21.- Gyroscope selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce qu'on détermine la limite de tolérance pour chacune des valeurs mesurées individuelles ou pour chaque grou- pe de valeurs mesurées individuelles, après la largeur de dis- persion des valeurs mesurées individuelles précédentes, et/ ou on fait varier le laps de temps de mesure en fonction de la largeur de dispersion. 22.- Gyroscope selon la revendication 15, caracté- risé en ce qu'après avoir exécuté la première mesure précise on fait tourner l'axe de giration (21) ou le corps pendulaire (4) d'un angle défini, en particulier de 1800, au moyen du moteur pas à pas (5), puis, en une deuxième mesure précise, on mesure la vitesse angulaire (0 4), d'après les valeurs mesurées des deux mesures précises on détermine la fraction des moments perturbateurs qui est pratiquement constante dans le temps et on mémorise celle-ci. 23.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendica- tions 16 à 22, caractérisé en ce que, lors de la deuxième mesure précise également, on exécute un filtrage et/ou une formation de moyenne correspondant à la première mesure précise. 24.- Gyroscope selon l'une des revendications 22 et 23, caractérisé en ce que, à partir des vitesses angulaires (a) 3, GW4) on détermine la dérive de nord A a selon la relation (J3 4J4 en tenant compte de la composante horizontale ( Q) de la rotation terrestre. 25.- Gyroscope selon l'une des revendications 22 et 23, caractérisé en ce que, à partir des vitesses angu- laires ( (&, 31( (4), on détermine au moins approximativement la dérive D du gyroscope, selon la relation: 2471582 - D = _ _ _ et, lors d'une recherche du nord effectuée ensuite, on tient compte de la dérive mémorisée D, aussi bien dans la mesure grossière que dans la mesure précise, en tant que valeur estimative a priori D * 26.- Gyroscope selon l'une quelconque des reven- dications 7 à 25, caractérisé en ce qu'au moyen du micro- processeur on effectue la commande du processus de recherche du nord et/ou la commande du moteur pas à pas (5) et/ou les calculs indiqués et/ou le filtrage des valeurs mesurées individuelles. 27.- Gyroscope selon l'une quelconque des revendi- cations 7 à 26, caractérisé en ce qu'après le calcul de 1s l'angle de nord a0, on fait tourner successivement l'axe de giration (21) à une ou plusieurs directions, en particulier décalées de +900 et/ou de -900 par rapport au nord, et on détermine la variation t N de la valeur de sortie N fournie par le convertisseur analogique/numérique (46). 28.- Gyroscope selon la revendication 27, caracté- risé en ce que, à partir de la grandeur mesurée A N et de la variation A W de la composante de la rotation terrestre qui agit sur le gyroscope, on détermine l'amplification globale K du gyroscope, qui indique la corrélation N entre une vitesse angulaire () agissant de l'extérieur et la valeur numérique N tirée, après conversion analogique/ numérique, du courant résultant i du générateur de couple (31), en appliquant la relation K = - A N 29.- Gyroscope selon l'une des revendications 27 et 28, caractérisé en ce que la rotation relativement à la mesu- re grossière s'effectue successivement, exactement aux posi- tions OE5 = 90 - ao et c6 = x5 + 1800, on mesure les grandeurs de sortie N5 et N6 correspondant à ces positions et on calcu- le le paramètre K d'après la relation 2 H -K =- N5 -N6 - 5 6 30.- Gyroscope selon la revendication 15, carac- térisé en ce que lors d'une détermination ultérieure de la direction du nord, l'orientation grossière (Ng) de l'axe de giration (21) du gyroscope de recherche du nord pour la me- sure précise suivante se fait au moyen de la direction du nord obtenue par une détermination précédente. 31.- Gyroscope selon la revendication 30, caracté- risé en ce que, pour l'orientation grossière de l'axe de giration on utilise un compas gyroscopique en liaison avec le gyroscope de recherche du nord, compas gyroscopique dont l'orientation (as) par rapport au nord a été obtenue par une détermination précédente de la direction du nord. 32.- Gyroscope selon la revendication 31, caracté- risé en ce que son orientation grossière au nord a lieu seu- lement pendant une certaine période après une détermination précédente. 33.- Gyroscope selon la revendication 30, auquel est transmise l'orientation d'un compas gyroscopique par rap- port au nord au moyen de détermination de la direction du nord, caractérisé en ce que, lors de l'arrêt du compas gy- roscopique on met en mémoire l'angle entre l'axe longitu- dinal (FL) du véhicule par rapport au nord (N), et en ce que, lors d'une détermination ultérieure, on utilise la va- leur mémorisée ( l'orientation grossière (Ng) de l'axe de giration. 34.- Gyroscope selon l'une quelconque des reven- dications 30 à 33, caractérisé en ce que, grâce à un élé- ment de commande, on peut choisir entre une détermination normale avec mesure grossière et mesure précise, et une orientation grossière sur la base de la direction du nord obtenue lors de la dernière détermination. 35.- Gyroscope selon la revendication 30, carac- térisé en ce que, lors d'une nouvelle mesure effectuée à la suite d'une mesure précise, sans arrêter le gyroscope, la direction du nord déterminée par la dernière mesure pré- cise sert pour l'orientation grossière de l'axe de giration. 36.- Gyroscope selon la revendication 33, carac- térisé en ce que la mesure ultérieure a lieu après rota- tion du corps oscillant (4) d'un angle %G = -A t, t t étant la dérive par rapport au nord obtenue lors de la dernière mesure précise. 37.- Gyroscope selon la revendication 33, caracté- risé en ce que la mesure ultérieure a lieu après une rotation du corps oscillant (4) d'un angle aG = 180 - î