一种用于对安装在船舶（1）上的位置测量装置的漂移进行补偿的方法，所述船舶在操作过程中至少发生围绕水平轴（X、Z）的旋转运动和垂直平移运动，所述水平轴以一个平衡位置为中心，所述船舶包括用于对所述船舶围绕轴（X、Y、Z）的旋转进行测量的一个陀螺仪（50）和用于对所述船舶沿着三个方向的加速度进行测量的三轴加速计（20），其中从所述陀螺仪输出的信号经过低通过滤，其中倾斜信号基于所述加速计的测量值来计算并且经过低通过滤，其中控制器（51、52、53）用于对从所述陀螺仪输出的关于陀螺仪漂移的信号进行补偿，所述补偿基于两个低通过滤信号之间的差值。本发明专利技术的特征在于所述倾斜信号的所述低通过滤的截止频率经选择使得它大于所述平移运动的典型振荡频率但小于所述旋转运动的典型振荡频率，且总力矢量基于所述加速计的三个测量值来计算并且表示所述船舶的总加速度，以及所述倾斜信号基于所述总力矢量来计算。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于对包括陀螺仪的位置测量装置中的漂移进行补偿的方法。例如，在卫星天线对可移动物体，例如大船和其他漂浮或飞行船舶，或者陆地上的船舶等进行定位的过程中，已知的是用陀螺仪来指引卫星天线，即使在船舶相对于水平面和铅垂线移动时陀螺仪也一直指向所需卫星。包括陀螺仪的位置测量装置中的存在一个问题是陀螺仪通常会逐渐漂移。已知的是使用低通过滤加速计信号来补偿该陀螺仪漂移。瑞典专利号SE531778、美国专利号US6588117及弘S K (Hong, S K)的文章:“用于无人驾驶飞行器(UAV)的、基于模糊逻辑的闭环捷联航姿系统(Fuzzy logic basedclosed-loop strap down attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV))，，麻吉玛的文章，关于技术和自动化的第五次国际会议(2005年10月)，网址:http://icta05.teithe.gr/index.php，都描述了用于对各种可移动船舶例如小船和飞机等进行该陀螺仪补偿的方法。所有这些方法都基于以下假设:船舶在操作时围绕固定的平衡位置转动或旋转，在该平衡位置船舶处于有效运转位置；从加速计输出的信号可以经过低通过滤，因此所述旋转产生的噪音被消除；以及所得的低通过滤信号因此可以用于对陀螺仪进行漂移补偿。以上所述的瑞典专利没有考虑到例如大船的不同类型的振动具有不同的典型频率，其中这些振动中的一部分的频率可能远远低于其他振动。然而，船舶的某些运动，其周期大于所述低通过滤的截止频率，将不会被低通过滤消除。例如，长周期的运动包括小船经历的海洋升沉、持续的加速度、减速度和转弯。以上美国专利和文章都涉及了这样的问题，即它们不能以令人满意的方式应付船舶的垂直平移运动。本专利技术解决了上述描述的问题。因此，本专利技术涉及一种用于对安装在船舶上的位置测量装置的漂移进行补偿的方法，所述船舶在操作过程中至少发生以船舶在操作时假定的平衡位置为中心的旋转运动和垂直平移运动，所述旋转运动围绕一个或多个轴进行，所述一个或多个轴在所述平衡位置时是水平的，其中船舶进一步包括至少一个用于测量船舶围绕轴的旋转的陀螺仪和一个用于测量船舶沿三个方向的加速度的三轴加速计，所述三个方向一起跨越三维空间，其中从陀螺仪输出的信号经过低通过滤，从而获得低通过滤陀螺仪信号，其中倾斜信号由加速计的测量值组成或由加速计的测量值计算得到，所述倾斜信号表示船舶围绕所述轴的旋转，其经过低通过滤，从而获得低通过滤倾斜信号，其中控制器用于对从陀螺仪输出的关于陀螺仪漂移的信号进行补偿，所述补偿基于两个低通过滤信号之间的差值。本专利技术的特征在于:倾斜信号的低通过滤的截止频率经选择使得它大于垂直平移运动的至少一个典型振荡周期；总力矢量基于加速计(20)的三个测量值来计算，其中总力矢量表示船舶(I)的总加速度；以及倾斜信号基于所述总力矢量来计算。在下文中，将参照本专利技术的示例性实施例和附图对本专利技术进行详细描述，在附图中:附图说明图1所示为涉及有船舶的坐标系；以及图2所示为描述根据本专利技术的方法的方框图。在图1中，所示坐标系涉及船舶I，例如大船。在图1中，Y轴从船舶起垂直指向上，Z轴处于船舶的纵轴上向前的方向，X轴垂直穿过船舶的纵轴。当船舶斜着滚动时，它围绕Z轴在旋转方向Θ上旋转。当船舶在纵向上俯仰时，它围绕X轴在旋转方向Φ上旋转。当船舶改变航向时，它围绕Y轴在旋转方向ψ上旋转。可以意识到，相同的坐标系可以用于其他类型的漂浮或飞行船舶，或者陆地上的船舶，例如，其他类型的小船、飞机、直升机、汽车等等，它们围绕平衡位置运动，在该平衡位置处船舶处于垂直位置。在操作过程中，船舶I发生旋转运动，该旋转运动以垂直平衡位置为中心，其中船舶在图1中示出。旋转运动围绕一个或多个轴进行，这些轴在平衡位置时是水平的，即文中实例中的滚动方向Θ和俯仰方向Φ。此外，在操作过程中，船舶I发生垂直平移运动，即在垂直方向Y上的运动。对于这样的运动，根据本专利技术的方法获得了令人满意的结果，当船舶在方向Ψ、X和Z上运动时，所述方法还可以实施，例如下文中描述)，用于获得令人满意的陀螺仪漂移补偿。图2所示为描述根据本专利技术的方法的方框图。陀螺仪50对船舶I在旋转方向Θ和Φ中至少一个方向上瞬时的相对旋转进行测量，优选的是在所有旋转方向Ψ、Θ和φ上，图2中所示为后一种情况。陀螺仪50优选地对同一个点的实测角进行测量，且优选在一个单元中包括三轴陀螺仪。陀螺仪50固定安装在船舶I上，其中该陀螺仪被布置成位置测量装置的一部分，优选地用于确定船舶I相对于位置已知的某物体，例如卫星的位置。本文中船舶I的位置表示其相对于该位置已知物体的角坐标，并且还可能是地理位置以及相对于该物体海平面以上的海拔。此外，船舶I包括固定安装的三轴加速计20，用于测量船舶I沿着三个方向的加速度。优选的是这些方向是正交的，且优选的是它们平行于轴χ、γ和Z。然而，只要三个方向不在同一平面内，根据本专利技术的方法就`适用，因为这样它们一起跨越三维空间。优选的是加速计20经布置以测量单个点在不同方向上的加速度。合适的陀螺仪的实例为KVH工业公司以商标名KVH DSP-3000出售的陀螺仪。合适的加速计的一项实例为瑞士日内瓦的意法半导体公司在市场上出售的加速计。该加速计用适于当前应用的频率进行采样，优选在5次每秒与50次每秒之间。构成陀螺仪50的输出信号的瞬时测定的角度Ψ、Θ和φ中的每一者在各自的低通过滤步骤51、52、53中进行低通过滤，因此可针对每个角度值获得低通过滤陀螺仪信号。由加速计20瞬时测定的值被发送到计算模块23，该计算模块根据预定的常规函数F，基于加速计20测定的值来计算倾斜角。可以意识到，在加速计20将已经计算的倾斜信号作为输出值进行递送时，类似的方法是适用的，因此从加速计20输出的信号可以分成各部分，这些部分随后可以用于进一步的方法步骤中。在下文中，所描述的加速计在每个轴向上对单独的输出信号进行递送。所述倾斜信号经布置以表示船舶I围绕上述水平滚动轴Θ和俯仰轴φ中至少一者的旋转，并且所述预定的函数F由矩阵变换和几何计算构成，所述矩阵变换和几何计算接收加速计20的输出值作为输入参数。所计算的倾斜信号随后在各个低通过滤步骤24、25中进行低通过滤，从而获得低通过滤倾斜信号。此外，各个控制器54、55、56经布置以对来自陀螺仪50的、关于每个角度值Ψ、Θ和Φ的各个输出信号中的至少一者进行补偿，所述角度值由陀螺仪50测量得到，优选是对所有这些输出信号进行补偿，使得陀螺仪50的漂移被消除且旋转值变得正确可靠。控制器54、55、56可以实施为分立的部件或在同一个控制器中由不同的功能器件组成实现。所述补偿是基于两个低通过滤信号之间的差值，所述低通过滤信号一方面来自陀螺仪50，另一方面来自加速计20。如上所述，船舶I的旋转运动同时由加速计20和陀螺仪50来测量。如在上述瑞典专利号SE531778中更详细描述，陀螺仪适于测量小的相对角变化，但是遇到陀螺仪随时间漂移的问题，这将会使绝对角度的测量不可靠。另一方面，加速计适于在静态条件下测量绝对角度，但在另一方面不太适于测量动态条件下的变化，并且对于会干扰绝对角度变化测量的平移加速度非常敏感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对安装在船舶（1）上的位置测量装置的漂移进行补偿的方法，（50）其中船舶在操作过程中至少发生旋转运动，该运动以船舶（1）在操作过程中假定的平衡位置为中心，其中旋转运动围绕一个或多个轴（X、Z）进行，所述一个或多个轴（X、Z）在所述平衡位置时是水平的，以及垂直平移运动，其中船舶（1）进一步包括用于对所述船舶（1）围绕轴（X、Y、Z）的旋转进行测量的至少一个陀螺仪（50）和用于测量所述船舶（1）沿着三个方向（X、Y、Z）的加速度的三轴加速计（20），所述三个方向（X、Y、Z）一起跨越三维空间，其中从所述陀螺仪（50）输出的信号经过低通过滤，从而获得低通过滤陀螺仪信号，其中倾斜信号由所述加速计（20）的测量值组成或由所述加速计（20）的测量值计算得到，所述倾斜信号表示所述船舶（1）围绕所述轴（X、Y、Z）的旋转，其经过低通过滤，从而获得低通过滤倾斜信号，其中控制器（51、52、53）用于对从所述陀螺仪（50）输出的关于陀螺仪漂移的信号进行补偿，所述补偿基于两个低通过滤信号之间的差值，其特征在于以下项的组合：首先，所述倾斜信号的所述低通过滤的截止频率经选择使得其大于所述垂直平移运动的至少一个典型的振荡频率且同时小于所述旋转运动的典型频率，第二，总力矢量基于所述加速计（20）的所述三个测量值来计算，其中总力矢量表示所述船舶（1）的总加速度，以及第三，所述倾斜信号基于所述总力矢量来计算。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯文阿克·埃里克森，
申请(专利权)人：C二SAT通讯公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。