用于辅助惯性导航系统的系统和方法技术方案

用于辅助惯性导航系统（ＩＮＳ）的系统和方法包括输出与器械相关联的ＩＮＳ位置信息并根据该器械的位置信息与器械的所需位置的比较来调节该器械。ＩＮＳ使用由卡尔曼滤波器根据来自诸如扇形激光器、自动全站仪（ＡＴＳ）、ＧＮＳＳ接收机、或地面无线电定位系统等一个或多个定位（或测量）设备的位置信息生成的误差估计被定期地重新初始化以校正由ＩＮＳ的固有特性引起的位置信息的漂移。

System and method for assisting an inertial navigation system

For aided inertial navigation system (INS) system and method includes the output devices and the INS position information associated with the device and to adjust the position according to the comparison of the location information of the instrument and equipment of the. INS is used by the Calman filter from the fan laser, such as automatic total station (ATS), one or more of the GNSS receiver, or terrestrial radio positioning system (or measurement) error generation equipment location information to estimate the position information is periodically re initialized to correct the inherent characteristics of INS caused by the drift.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及用于为惯性导航系统提供位置信息的系统和方法。
技术介绍
诸如推土机、轮式装载机等运土机械及其它运土设备可根据预定计划改变工 地的地貌。预定计划可指定工地的某些尺寸和规格，而运土机械则可以相应地改变 这些地貌。预定计划可能需要通过运土机械来完成这些工作，例如为工地覆盖上特 定材料、从工地挖掘材料、或将工地的土地切成精细的预定轮廓。这些机械可以有 执行这些操作的器械(例如，推土铲)。运土机械可包含帮助操作员执行工地任务的设备。其中一种这样的设备是有 关被配置成间歇地接收机械相对于地面的水平位置(或方位)和垂直位置(或仰角) 的定位设备的。使用该接收到的信息，机械可用自动控制器(例如，自动器械控制 系统)将器械调节到所需高度。例如，该自动执行控制器可根据检测到的该机械的 仰角(例如，垂直位置)与铲具的目标高度(例如，取决于预定计划的所需垂直位 置)之间的差异向上或向下移动推土机上的铲具。如果预定计划指定例如地面的仰 角应为某一水平，则l产具可向下移动以使地面降到该水平或向上移动以用材料将地 面覆盖高至该水平。目前，可使用若干不同技术来检测诸如铲具的高度(或垂直位置)等位置信息。其中一种这样的技术涉及接收来自诸如全球定位系统(GPS)、全球轨道导航 卫星系统(GLONASS)或总之来自任意全球导航卫星系统(GNSS)等卫星定位 系统的位置信息。卫星定位系统包括卫星群并需要位于运土机械上的卫星定位接收 机。卫星定位接收机可以0.1至100Hz、实际操作中以10Hz或20Hz的速率接收来 自卫星定位系统的位置信息。另一定位设备是机器人全站仪或自动全站仪(ATS) 。 ATS包括远程确定器 械的位置并将信号发送到该机械上所设的接收机以调节器械位置的设备。ATS的这种设备使用伺服电机来跟踪机械并使用角度编码器来测量相对于地面(x和y坐标)的水平面以及相对于地面的仰角轴(z轴)中的角度。该设备还包括向机械上所设的棱镜或反射表面发送可见激光束或红外光的电子测距仪。光然后被反射回该设备，进而由该设备计算机械与其之间的距离。使用已知的ATS的 位置、测得的角度和测得的距离，可确定机械的位置信息。 一般而言，ATC在绕 工地移动时锁定至该目标并根据需要不断地更新被用来调节该器械的机械的位置 信息。目前该设备可以高达6Hz的速率更新。另一定位设备是旋转激光器，它以例如600 RPM的速率旋转激光束以在工地 的表面上方形成光学基准平面。该光学基准平面可以被定向为垂直、水平或在相对 于工地表面的一或两个方向上呈已知斜度。通常设在运土机械上的光电检测器设备 以例如每100 ms—次的速率接收由激光器发射的光，响应于此生成定位信号。一 个处理器然后根据该定位信号控制器械的高度。另一定位设备是扇形激光器，它以例如例如3000 RPM的速率旋转一个或多个 扇形激光束以使得接收机确定垂直角或工地表面上方仰角差异。通常设在运土机械 上的光电检测器设备以例如20 ms —次的速率接收由激光器发射的光并响应于此 生成定位信号。处理器然后根据该定位信号控制器械的高度。美国申请No. U.S. 2004/0125365 A1中对扇形激光器的一个示例进行了说明，这将在下文作更具体的 讨论。另一类型的定位设备是惯性导航系统(INS)，它以例如每秒大于100次的速 率确定运土机械的位置和姿态(attitude)信息。INS可使用包括一组测量6个自由 度——3个线性自由度(诸如空间中的x、 y、禾nz轴)和诸如俯仰(pitch)、偏移 (yaw)和翻滚(roll) 3个旋转自由度的传感器的惯性测量单元(IMU)。线性自 由度指定位置，而旋转自由度指定姿态。IMU通常包括用于确定位置的3个线性加速计和用于确定姿态的3个速率陀 螺仪。根据对位置和姿态的测量，诸如模拟电路或微控制器等计算单元可确定该运 土机械的位置和姿态信息。在数学上，位置信息可通过对由加速计得到的一系列加 速度值积分两次来迅速地确定，而姿态信息可通过对从速率陀螺仪输出的一系列速 率测量值积分一次来确定。每个加速计和速率陀螺仪读取通常包括在积分过程中被累加的相对小量的噪 声。因此所计算出的位置和姿态信息并不精确，但可以在给定的误差度之内获知。 然而，INS确定器械的位置并根据位置和姿态信息更新该机械当前的位置和姿态。 因此，虽然可以在可接收的误差余量内得到姿态和位置信息，但是这种信息中的误差或者被称为"漂移"会随时间累积为一个不可接受的量。然而在工地上，要求长 时间地准确机械位置信息。因此，通常并不单独使用INS系统来确定运土机械的位置。通常，在执行运土功能时，运土机械可使用GPS、 ATS、扇形激光器、或平 面激光定位设备中的一种。例如，可在运土机械上设置GPS定位设备来确定该机 械的位置和仰角信息。虽然可以准确地获得位置信息，然而仰角信息却很不准确。 相应地，如在上述Ohtomo等人的美国专利公报No. U.S. 2004/0125365 Al中所公 开的，GPS和激光系统被加以组合以提供准确的仰角和位置信息。特别地，Ohtomo等人公开了一种包括扇形激光器和接收从该旋转激光器设备 发射的激光束的光电检测传感器的位置测量系统。该光电检测传感器可被设于运土 机械上，并响应于来自旋转激光器设备的光可确定该机械的仰角信息。因此，在 Ohtomo等人的专利文献中，旋转激光器系统提供了比GPS系统更准确的仰角信息。 运土机械还可包括用于接收确定位置或水平位置的数据的GPS接收机。另外，位 置或水平信息是根据接收到的GPS数据得到的。然而，在Ohtomo等人的专利文献中所公开的经组合的GPS和扇形激光器系 统生成位置和仰角信息的频率比自动实时控制诸如铲具等切割器械所需的频率低。 相应地，需要一种能够以更大频率并在GPS信号或激光信号中两者之一或两者都 被阻塞期间生成准确位置和仰角信息的位置监视系统。所公开的系统针对克服现有技术中的一个或多个缺点。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种用于自动调节器械的系统。该系统包括: 惯性导航系统，被配置成输出与该器械相关联的第一位置信息；以及处理器，被配 置成将该第一位置信息与所需的处置位置相比较并响应于此生成比较信号。还设置 了被配置成根据该比较信号调节该器械的阀控制器。该系统还包括被耦合至惯性导 航系统并被配置成向惯性导航系统输出第二位置信息的测量设备。惯性导航系统根 据该测量设备而被定期地重新设置以基于根据第一位置信息和第二位置信息生成 的误差估计调整第一位置信息。根据另一方面，提供了一种用于自动调节用于运土机械的器械的方法。该方 法包括从惯性导航系统接收第一信号。来自惯性导航系统的信号表示第一位置信 息。该方法还包括根据该第一信号计算位置并将该位置与所需位置相比较。该方法 还包括发送表示该比较结果的第二信号并根据该第二信号调节器械。另外，该方法 包括根据误差估计将惯性导航系统的第一位置信息设置为从定位设备输出的第二 位置信息。附图说明图1示出了可包括所公开的系统的各方面的运土机械。 图2示出了一个示例性自动器械控制系统图3是示出了根据一个示例性实施例的用于辅助惯性导航系统的方法的流程图。具体实施例方式图1示出了运土机械10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动调节器械的系统，包括：　　　　惯性导航系统，配置用以输出与所述器械相关联的第一位置信息；　　　　处理器，配置用以将所述第一位置信息与希望位置相比较，并响应于此生成比较信号；以及　　　　阀控制器，配置用以根据所述比较信号调节所述器械；　　　　测量设备，耦合至所述惯性导航系统，配置用以向所述惯性导航系统输出第二位置信息；　　　　其中，所述惯性导航系统从所述测量设备定期地重新设置，用以基于根据所述第一位置信息和所述第二位置信息生成的误差估计修改所述第一位置信息。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：ME尼科尔斯，AJ古达塔，R匹库托斯基，
申请(专利权)人：卡特彼勒群伯控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]