用于从惯性传感器读出数据的方法技术

一种用于从传感器(200)读出数据的方法包括：通过传感器(200)确定测量数据的时间序列，测量数据的时间序列由测量数据在写入时间点的逐步变化生成，该写入时间点由写入频率f

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从惯性传感器读出数据的方法
本专利技术涉及一种用于从传感器，特别是从惯性传感器中读出数据的方法，以及适用于执行该方法的传感器。
技术介绍
在惯性传感器(InertialMeasurementUnits惯性测量单元，IMU)中，例如在转速传感器或加速度传感器中，部分增量通过频率为fa的内部数据路径周期累加。也就是说，测量数据序列是这样生成的，即以内部数据路径周期的周期时长1/fa的间隔产生或记录测量数据的变化。这种变化在数据的写入时间点逐步或递增地发生，该写入时间点通过写入频率或数据路径周期fa预先指定。例如，在转速传感器中，属于相应数据路径周期的部分角增量被连续累加，而在加速度计中，属于相应数据路径周期的部分速度增量被累加。随着读出频率为fs的每个查询周期，累加器的当前状态被读取，然后为下一个积分区间重置为0。所读取的累加器状态代表相应查询周期中的总增量或读出的测量数据。此类传感器(例如惯性导航系统)的使用者期望的是，所读出的测量数据，即各个查询周期中的总增量，准确地对应于该查询周期内所产生的测量数据的变化的积分。然而，能够读出的数据是通过整数个数据路径周期的累加形成的，数据路径周期不等于查询周期。因此，在某个读出时间点读出的数据通常不能完全代表到此刻为止实际发生的运动。此外，如果整数个数据路径周期与查询周期正好对应，则必须确保两个周期的精确同步，否则最小的频率偏差也会导致累加次数的差拍效应。在DE102013020954中描述了上述问题的一种可能的解决方案，其应可作为本申请的组成部分以供参考。然而，该专利假定传感器方面已知查询周期的读出频率fs(主模式)。例如IMU就是这种情况，其本身为其传感器生成查询周期。然而一般而言，查询周期的频率fs不为传感器所知，而是由外部系统从外部指定(从模式)。在这种情况下，在DE102013020954中描述的方法就无法使用。
技术实现思路
即使对于在从模式下运行的传感器，本专利技术也为其提供解决这一问题的方法，使得在某个读出时间点读出的数据符合到该时间点为止实际发生的运动。这一问题通过独立权利要求的说明对象得以解决。用于从惯性传感器读出数据的方法，例如可以包括：通过传感器确定测量数据的时间序列，其中，该测量数据的时间序列由测量数据在写入时间点的逐步变化生成，该写入时间点由写入频率fa确定，并且其时间间隔为写入频率的周期时长1/fa；在读出时间点从传感器读出输出数据，该读出时间点由读出频率fs确定，并且其时间间隔为读出频率的周期时长1/fs，其中，读出频率fs小于写入频率fa，并且读出频率的周期时长1/fs通常不是写入频率的周期时长1/fa的倍数；通过传感器的低通滤波器，从位于两个相邻的读出时间点之间的写入时间点的数量的时间序列确定写入频率fa与读出频率fs的比率N。其中，在传感器中，要在读出时间点读出的输出数据通过基于写入频率fa和读出频率fs的比率N对在相应的读出时间点之前生成的测量数据的时间序列的元素进行外推而生成。因此，该方法的出发点是数据以写入频率生成，但以与该写入频率不同的、较低的读出频率读出的情况。生成数据的传感器，特别是惯性传感器，例如转速传感器或加速度传感器，只已知写入频率，而未知读出频率。该读出频率由访问传感器的外部设备给出。但是，传感器能够计算两个读出周期之间的数据路径周期(在此处和下文中，在时间点a和b“之间”这一表述应包括时间点b，但不包括时间点a)。对于周期长度为l/fs的每个读出区间，传感器可以确定写入时间点的数量。从这些“写入时间点数量”的序列，就可以通过低通滤波器推导出写入频率fa和读出频率fs的比率N，因为写入时间点数量围绕该比率的值N振荡。已知写入频率fa和比率N就相当于已知两个频率fa和fs。因此，尽管未知读出频率fs，传感器仍能够导出所有必要信息，从而将到读出时间点之前的最后一个写入时间点为止存在的测量数据外推到读出时间点。这使得，即使在从模式下，在读出时间点读出的数据也能够符合到该时间点为止实际发生的运动。附图说明下面将参考附图通过示例的方式描述本专利技术。但本专利技术不受限于该示例性描述，而仅由专利权利要求的说明对象限定。在附图中：图1示出了图解积分误差标准和微分误差标准的示意图；图2示出了用于数据生成和数据输出的方法的流程示意图；图3示出了借助于低通滤波器估计写入频率和读出频率之比的模拟；图4示出了用于调节写入频率和读出频率之比的控制回路的示意图；图5示出了以写入频率和读出频率之比作为输入的典型的非线性特征曲线；以及，图6示出了具有传感器的系统的示意图。具体实施方式为了进行说明并更好地理解本专利技术，首先应该再次探讨在DE102013020954中描述的情况，即，写入频率fa和读出频率fs对于惯性传感器来说都是已知的。接着再讨论本专利技术，其中传感器本身不预先指定读出频率，因此对其未知。首先，应当借助一个简单的例子再次说明问题，当惯性传感器(或等效工作的其他传感器，如温度传感器或压力传感器)的数据以不同频率写入和读出时，该问题就会出现。在该例子中，假设在每个数据路径周期中，测量数据都会发生恒定的、逐步的变化。数据通路周期或写入频率应为fa＝3.4kHz，查询周期或读出频率应为fs＝800Hz。因此，查询周期包括N＝fa/fs＝4.25个数据通路周期。由于只能在整数个数据路径周期上进行累加，因此在读出时间点记录了三次在4个数据路径周期内累加的数据变化以及一次在5个周期内累加的数据变化。该模式周期性地重复，如图1所示。一般来说，比率N＝fa/fs也可以写成一个自然数n和一个完全简化的分数之和：N＝fa/fs＝n+p/q，其中n、p、q是自然数并且p<q。则在两个读出时间点之间的写入时间点从n到(n+1)个的转变随着q个读出周期的周期循环发生。其中发生了(q-p)次n个写入时间点和p次(n+1)个写入时间点。该转变的数量在此处具有最大值。由于写入频率和读出频率不同而出现的误差可以分为积分误差和微分误差。所谓的积分误差标准用于评估，在各个读出时间点之前在写入时间点中累加的部分增量或测量数据变化在相应的读出时间点输出的总增量或输出数据中的记录情况。这一在导航系统中特别重要的标准在上述方法中得以满足，因为每个部分增量都会在某个时间被考虑在总增量中。相反，所谓的微分误差标准评估总增量与查询周期内的积分相对应的程度，即，在读出时间点输出的测量数据能够在何种程度上反映在相应的读出时间点实际存在的运动。由于通过整数次的累加近似计算查询周期，该标准仅能非充分地满足。累加次数的经常性的转变在上级系统中解释为额外的测量值噪声。理想情况下，随时间包含在总增量或读出数据中的信息应该得到调整，使得在读出时间点输出的数据既提高了微分误差标准又满足积分标准。若写入频率fa和读出频率fs都已知，可以通过对在各个读出时间点之前已经随数据路径周期累加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从传感器(200)读出数据的方法，所述方法包括：/n通过传感器(200)确定测量数据的时间序列，其中，所述测量数据的时间序列由所述测量数据在写入时间点的逐步变化生成，所述写入时间点由写入频率f

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190110 DE 102019100507.81.一种用于从传感器(200)读出数据的方法，所述方法包括：
通过传感器(200)确定测量数据的时间序列，其中，所述测量数据的时间序列由所述测量数据在写入时间点的逐步变化生成，所述写入时间点由写入频率fa确定，并且其时间间隔为所述写入频率的周期时长1/fa；
在读出时间点从所述传感器(200)读出输出数据，所述读出时间点由读出频率fs确定，并且其时间间隔为所述读出频率的周期时长1/fs，其中，所述读出频率fs小于所述写入频率fa；
通过所述传感器(200)的低通滤波器(220)从位于两个相邻的读出时间点之间的写入时间点的数量的时间序列确定所述写入频率fa与所述读出频率fs的比率N；其中，
在所述传感器(200)中，要在读出时间点读出的输出数据通过基于所述写入频率fa和所述读出频率fs的所述比率N对在相应的读出时间点之前生成的测量数据的时间序列的元素进行外推而生成。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述读出频率的周期时长1/fs不是所述写入频率的周期时长1/fa的倍数。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
所述比率N通过对位于两个相邻的读出时间点之间的写入时间点的数量取平均值确定。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
所述比率N由具有可变时间常数的滤波器算法确定；并且，
所述时间常数在确定所述比率N的过程中，随着时间的推移而变大。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
在开始确定所述比率N之后的时间步长k中的所述比率N由下式给出：
N(k)＝(1-2-q(k))·N(k-1)+2-q(k)·n(k)，
其中n(k)是在所述时间步长k中发生的写入时间点的数量，q(k)是自然数且N(0)＝n(0)；
每个所述时间步长k的长度为所述读出频率的周期时长1/fs；并且，
q(k)随着k的增加而增加。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，
所述输出数据根据以下公式生成：
情况I：



其中适用，
初始条件：
n0(0)＝n1(0)＝N；
t1r(0)＝v1(0)＝vr(0)＝0；
状态转换：
n1(k+1)＝n0(k)；
v1(k+1)＝v0(k)；
对于N＞fa·t1r(k)+n0(k):
vr(k+1)＝v0(k)/n0(k)·(N-fa·t1r(k)-n0(k))；并且
t1r(k+1)＝0；
对于N≤fa·t1r(k)+n0(k):
vr(k+1)＝0；并且
t1r(k+1)＝1/fa·(n0(k)+fa·t1r(k)-N)
情况II：
对于N＞fa·(t2r(k)+t1r(k)):



其中适用：
初始条件：
n0(0)＝n1(0)＝n2(0)＝fa·t1r(0)＝N；
t2r(0)＝v1(0)＝v2(0)＝0；
状态转换：
n1(k+1)＝n0(k)；
n2(k+1)＝n1(k)；
v1(k+1)＝v0(k)；
v2(k+1)＝v1(k)；
t1r(k+1)＝1/fa(n0(k)-N+fa·(t2r(k)+t1r(k)))；
t2r(k+1)＝0；
对于N≤fa·(t2r(k)+t1r(k)):



其中适用：
初始条件：
n0(0)＝n1(0)＝n2(0)＝fa·t1r＝N；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·鲁夫，
申请(专利权)人：诺思罗普·格鲁曼·利特夫有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE