目标的方位测量制造技术

本发明专利技术提供一种目标方位测量系统，用于改善装有该系统的目标的方位的第一估算值准确度，该系统包括：用于测量目标的第一加速度的加速度计；提供目标的位置或速度的估算单元；以及处理装置，用于将第一加速度和估算单元的输出进行比较，以形成校正信号，并且还用于将校正信号应用到目标的方位的第一估算值，以产生目标的方位的第二估算值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及目标的方位测量，具体地涉及用加速度计测量目标方位的方法和系 统。
技术介绍
可将三维加速度计装附于各种目标上，并可按三维方式测量目标的加速度。作为 这些测量的一部分，加速度计测量由重力引起的作用在目标上的力。通过利用测量由重力引起的作用在目标上的力，加速度计能够用作倾斜传感器来 测量目标相对于地球的角方位。然而，由于加速度计不能区分由重力引起的力和由于非重力的“惯性力”引起的加 速度，所以，在大多数情况下，能够确定所测得的加速度与重力的不符，但是仅从这些测量 结果不能确定目标的方位。此外，通常不可能通过对加速度计的测量结果求积分来估算(estimate)目标的 位置。这有如下三条理由首先，由于重力和“惯性力”所引起的总加速度的各个部分都是 未知的；第二，“惯性力”作用的方向相对于重力作用的方向是未知的；以及第三，必须两次 积分加速度测量结果才能得到位置测量结果，而由于测量结果的漂移(drift)，这实际上是 不可能精确地实现的。众所周知，利用三维加速度计测量目标倾斜与两维或三维磁强计测量地球磁场的 组合，能测量或确定目标的方位。图1示出这种系统的方框图。系统2包括加速度计4和磁强计6，它们提供加速度 测量，并得出装有加速度计4和磁强计6的目标的相应方向(heading)。该系统2还包括用于存储目标方位的先前估算值(estimate) Q的寄存器或存储器 8。该方位Q可按数学方式表示为四元数、欧拉角或者任何其它合适的方位表达。第一单元10对于在基于地球的参考系中由重力(矢量G)对目标引起的加速度提 供预期测量结果。该预期测量结果提供给第一变换单元11，第一变换单元11根据目标方位 的先前估算值Q计算来自加速度计4的预期测量结果。换言之，第一变换单元11将在基于 地球的参考系中与重力相关的矢量G转换到相对于目标固定的参考系中。同样，第二单元12对于在基于地球的参考系中的磁场(矢量M)提供预期测量结 果。该预期测量结果提供给第二变换单元13，第二变换单元13根据目标方位的先前估算 值Q计算来自磁强计6的预期测量结果。第二变换单元13也是将矢量M转换到相对于目 标固定的参考系中。加法器14确定分别来自加速度计4和磁强计6的实际测量结果与它们的来自第 一变换单元11和第二变换单元13的预期值之间的差值。所得到的误差信号提供给乘法器 15。在单元18中，通过对估算信号关于方位估算值Q求微分(differentiating)，计算 估算的加速度计4和磁强计6的信号对方位估算值的灵敏度矩阵。在逆变块20中对灵敏4度矩阵求逆(例如，通过伪逆变)。将逆变块20的输出提供给乘法器15。乘法器15将逆变块20的输出和来自加法 器14的误差信号组合，产生校正值AQ。在更新器22中，将校正值A Q与方位的先前估算值Q组合，产生方位的新估算值 Q，存储在寄存器或存储器8中。当把方位估算值Q表示为四元数时，更新器22是称为四元数乘法器的乘法器。当 使用旋转矩阵表示方位估算值Q时，更新器是称为矩阵乘法器的乘法器。然后该过程以迭代循环方式重复。如上所述，加速度计4给出的各测量结果随目标方位的变化(即从目标和加速度 计的观点沿不同方向的重力引力)而变化，同时也随作用于目标的其它非重力的结果而变 化。加速度计4不能区分这些重力和“惯性力”。因此，为了在解决因目标运动引起的高频 加速度力的同时跟踪目标的快速旋转，将三维陀螺仪加入到系统2中。图2示出带陀螺仪的系统。这里的方位重构算法基本上与图1的相同，其差别是 现在还用来自陀螺仪24的测量结果更新方位估算值Q。特别是为了角速度测量结果与角方 位Q的正确积分，在第二更新器28中与更新器22的输出组合之前，在第二乘法器26中，用 采样周期dt乘陀螺仪24的测量结果。在将校正值A Q提供给第一更新器22之前，还通过第三乘法器30用因子K (其中 K << 1)加权校正值AQ。然而，使用陀螺仪的缺点是，它们相当昂贵、体积大，而且功耗大。因此，在使用加速度传感器和磁强计来测量目标方位的系统中，当加速度是由除 作用在目标上的重力以外的力所引起时，这种估算的目标方位将是不准确的。比如，考虑一桶水围绕水平轴回转。假定桶以足够快的速度回转，当桶在回转的顶 部被倒置时水不会落下，因为作用在水上的重力和惯性力的合力将向上，而当桶在回转的 底部时，作用在水上的重力和惯性力的合力将向下。如果把加速度传感器放置在桶中，由于方位重构算法期望所测加速度对应于重力 (重力总是作用向下)而不考虑因桶回转所引起的加速度力(在所有现有技术的系统，如图 1和2所示系统中都是如此)，所以当桶在回转的顶部时，估算的方位Q是相当不准确的。如上所述，为了避免这种问题，在该系统中可以包含陀螺仪。然而，陀螺仪具有漂 移，这意味着陀螺仪测量结果的低频分量(DC)可能是不可靠的。因此，在包含陀螺仪的系 统中，在利用图2所示加速度计和磁强计的组合的同时，要增加低频反馈回路，以便补偿陀 螺仪测量结果的漂移。如果作用在目标上的加速度力是瞬时的(例如，桶仅回转几秒钟)，这些现有技术 系统适用。然而，陀螺仪的漂移和加速度计的失败补偿意味着如果目标加速度持续超过几 秒钟，则方位估算可能是完全错误的。因此，需要改善用加速度计测量或估算目标方位的方法和系统。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种目标方位测量系统，用于改善装有该系统的目标的方位的 第一估算值准确度，该系统包括用于测量目标的第一加速度的加速度计；提供目标的位置或速度的估算单元；以及处理装置，用于将目标的第一加速度和目标的位置或速度进行 比较，以形成校正信号，并用于将校正信号应用到目标的方位的第一估算值，以产生目标的 方位的第二估算值。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于改善目标方位的第一估算值准确度的方 法，该方法包括测量目标的第一加速度；提供目标的位置或速度；将目标的第一加速度和 目标的位置或速度进行比较，以形成校正信号；以及将校正信号应用于目标方位的第一估 算值，以产生目标方位的第二估算值。附图说明现在仅仅通过实例参考下面的附图描述本专利技术，其中图1示出使用加速度计和磁强计的测量结果来估算目标方位的现有技术系统；图2示出使用加速度计、磁强计和陀螺仪的测量结果来估算目标方位的现有技术 系统；图3示出本专利技术第一实施例用于测量目标方位的系统；图4示出本专利技术第二实施例用于测量目标方位的系统；以及图5示出本专利技术第一实施例用于测量目标方位的另一系统。具体实施例方式本专利技术通过对于目标的运动补偿由加速度计所做的测量来改善如图1所示的系 统。按照这样的方式，就能够识别因重力和非重力所引起的由加速度计所做测量结果的各 个部分。现在参照附图3描述本专利技术的第一实施例。目标方位测量系统32包括加速度计 34和磁强计36，加速度计34和磁强计36对于装有它们的目标的各处地球磁场，提供加速 度的测量结果和方向(heading)。下文中将加速度计34对目标的加速度测量结果称作“第 一”加速度。系统32还包括用于存储目标方位的先前估算值Q的寄存器或存储器38。该方位 Q可按数学方式表示为四元数、欧拉角或其它合适的方位表达。在该实施例中，第一计算单元40在基于地球(或至少基于非目标)的参考系中为 由于重力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目标方位测量系统（３２；７２；１０２），用于改善装有该系统的目标的方位的第一估算值准确度，该系统包括：用于测量目标的第一加速度的加速度计（３４）；提供目标的位置或速度的估算单元（４１；８１）；以及处理装置（５８，６０，６４，６８），用于将第一加速度和估算单元的输出进行比较，以形成校正信号，以及用于将校正信号应用到目标的方位的第一估算值，以产生目标的方位的第二估算值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-11-13 07120538.9一种目标方位测量系统(32；72；102)，用于改善装有该系统的目标的方位的第一估算值准确度，该系统包括用于测量目标的第一加速度的加速度计(34)；提供目标的位置或速度的估算单元(41；81)；以及处理装置(58，60，64，68)，用于将第一加速度和估算单元的输出进行比较，以形成校正信号，以及用于将校正信号应用到目标的方位的第一估算值，以产生目标的方位的第二估算值。2.如权利要求1所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(41)包括用于测量目标位 置的位置或速度传感器(42)。3.如权利要求2所述的目标方位测量系统，其中，位置或速度传感器(42)包括如下之 一全球定位系统接收器，激光跟踪系统，视觉跟踪系统，进行电容性测量或电感性测量的 传感器。4.如权利要求1所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(81)包括用于目标的体模 型(82)。5.如权利要求4所述的目标方位测量系统，其中，体模型(82)包含用于目标的一个或 多个运动方程。6.如权利要求4或5所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(81)适于用体模型 (82)使用目标的方位的第一估算值来估算目标的位置或速度。7.如前面权利要求中任一项所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(41；81)提供 目标的位置，并且所述估算单元进一步还包括微分块(44，46 ；88，90)，微分块(44，46 ；88， 90)关于时间对位置两次微分，以产生目标的第二加速度。8.如权利要求1至6的任一项所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(41；81)提 供目标的速度，并且所述估算单元进一步还包括微分块，微分块关于时间对位置微分一次， 以产生目标的第二加速度。9.如权利要求1至6的任一项所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(41；81)提 供目标的位置，并且所述系统进一步还包括积分块，积分块关于时间对目标的第一加速度 两次积分，以产生目标位置的估算值。10.如权利要求1至6的任一项所述的目标方位测量系统，其中，估算单元(41；81)提 供目标的速度，并且所述系统进一步还包括积分块，积分块关于时间对目标的第一加速度 积分一次，以产生目...

【专利技术属性】
技术研发人员：VMG范阿克特，N拉姆伯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]