BR102018003279A2

BR102018003279A2 - unidade de medição inercial, e, método

Info

Publication number: BR102018003279A2
Application number: BR102018003279A
Authority: BR
Inventors: Ell Todd
Original assignee: Rosemount Aerospace Inc
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2019-09-10

Abstract

uma unidade de medição inercial (imu) inclui um conjunto de sensores inerciais que inclui uma pluralidade de acelerômetros e uma pluralidade de girômetro, uma compensação de sensor inercial e módulo de correção, e um módulo estimador de kalman. a compensação de sensor inercial e módulo de correção são configurados para aplicar uma série de valores de compensação de erros para aceleração sensoreada e taxa rotacional para produzir uma aceleração compensada e uma taxa rotacional compensada da imu. o módulo estimador de kalman é configurado para determinar uma série de valores de correção de erros com base em uma diferença entre uma mudança em aceleração integrada da imu e uma mudança em velocidade real da imu. a compensação do sensor inercial e módulo de correção são configurados adicionalmente para aplicar a série de valores de correção de erros a cada uma da aceleração compensada e taxa rotacional compensada para emitir uma aceleração de correção de erro e uma taxa rotacional de correção de erro.

Description

[001] Esta divulgação refere-se, de forma geral, a unidades de medição inercial e, mais particularmente, a unidades de medição inercial que utilizam parâmetros de dados aéreos para produzir valores de saída compensados por erros.

[002] Muitos sistemas de orientação de veículos complexos, como os sistemas de navegação inercial de aeronaves, utilizam uma unidade de medição inercial (IMU - inertial measurement unit) que detecta e transmite as atuais forças de aceleração experimentadas pela IMU, bem como mudanças na posição rotativa (por exemplo, rolagem, passo e guinada). Essas IMUs geralmente sentem a aceleração atual em três dimensões através de uma tríade de acelerômetros, cada um orientado ao longo de um dos três eixos mutuamente ortogonais. Da mesma forma, as mudanças na posição rotacional são normalmente detectadas através de uma tríade de giroscópios, cada um orientado ao longo de um dos três eixos mutuamente ortogonais.

[003] As saídas de IMU (por exemplo, um vetor de aceleração de três eixos, bem como um vetor de três eixos que representam mudanças na velocidade de rotação) são muitas vezes integradas ao longo do tempo por um sistema de navegação inercial para chegar a uma posição e orientação do veículo em relação a uma posição inicial conhecida e orientação através, por exemplo, de técnicas de cálculo de mortes. No entanto, tais técnicas de integração podem acumular erros do sensor ao longo do tempo. Alguns erros de sensores, como aqueles devido à temperatura, podem ser considerados de natureza determinística e, portanto, compensados nas técnicas de integração através de fatores de correção pré-definidos. Outros erros, como polarização ativação para ativação e os erros de fatores de escala, podem ser imprevisíveis ou de natureza estocástica, evitando assim o uso desses fatores de correção pré-definidos para operações de compensação de erros efetivas. O uso de um

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 7/67 / 47 giroscópio de fibra óptica (FOG) ou giroscópio de laser de anel (RLG) pode proporcionar maior precisão e consistência de medições do que, por exemplo, sensores de sistema micro-eletro-mecânico, mas com custo adicional significativo. Consequentemente, a precisão da medição é tipicamente sacrificada em benefício de custos reduzidos ao utilizar sensores MEMS para medir forças de aceleração e mudanças na posição rotacional em IMUs. SUMÁRIO [004] Em um exemplo, uma unidade de medição inercial inclui um conjunto de sensor inercial, um módulo de compensação e correção de sensor inercial e um módulo estimador de Kalman. O conjunto do sensor inercial inclui uma pluralidade de acelerômetros e uma pluralidade de giroscópios de velocidade. Cada um da pluralidade de acelerômetros está configurado para detectar a aceleração de IMU ao longo de um de vários eixos. Cada um da pluralidade de giroscópios de velocidade está configurado para detectar a taxa de rotação de IMU ao longo de um da pluralidade de eixos. O módulo de compensação e correção do sensor inercial é configurado para aplicar um conjunto de valores de compensação de erro à aceleração detectada pela pluralidade de acelerômetros e à taxa de rotação detectada pela pluralidade de giroscópios de velocidade para produzir uma aceleração compensada e uma taxa de rotação compensada da IMU. O módulo estimador de Kalman está configurado para determinar uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo com base na aceleração compensada e na taxa de rotação compensada da IMU, determinar um conjunto de valores de correção de erro com base na diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU e fornecer o conjunto de valores de correção de erros para o módulo de compensação e correção do sensor inercial. O módulo de compensação e correção do sensor inercial é ainda configurado para aplicar o conjunto de valores de correção de erro a cada aceleração compensada e à taxa de rotação compensada para

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 8/67 / 47 produzir uma aceleração corrigida de erro e uma taxa de rotação corrigida por erro e emitir a aceleração com corrigida de erros e taxa de rotação corrigida de erros.

[005] Em outro exemplo, um método inclui detecção de aceleração de uma unidade de medição inercial (IMU) ao longo de uma pluralidade de eixos através de uma pluralidade de acelerômetros da IMU e a taxa de rotação de detecção da IMU ao longo da pluralidade de eixos através de uma pluralidade de giroscópios de velocidade da IMU. O método inclui ainda aplicar um conjunto de valores de compensação de erro para cada uma das acelerações detectadas e para a taxa de rotação detectada para produzir uma aceleração compensada e uma taxa de rotação compensada da IMU, determinando uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo baseado na aceleração compensada e na taxa de rotação compensada da IMU, e determinar um conjunto de valores de correção de erro com base em uma diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU. O método inclui ainda aplicar o conjunto de valores de correção de erro para cada uma das acelerações compensadas e para a taxa de rotação compensada para produzir uma aceleração corrigida de erro e uma taxa de rotação corrigida de erro, e emitir aceleração corrigida de erro e a taxa de rotação corrigida de erro. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [006] FIG. 1 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra um exemplo de unidade de medição inercial (IMU) que utiliza entradas de dados de ar para produzir saídas de aceleração e saídas angulares corrigidas por erro. [007] FIG. 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo de compensação e correção do sensor inercial da FIG. 1 para produzir saídas de aceleração e taxas angulares corrigida de erros.

[008] FIG. 3 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo de determinação de atitude da FIG. 1 para determinar

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 9/67 / 47 uma atitude de veículo usando as saídas de aceleração e taxas angulares compensadas e corridas para erros do módulo de compensação e correção do sensor inercial.

[009] FIG. 4 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo estimador de Kalman da FIG. 1 para produzir valores de correção de erro de fator de escala e de polarização que são utilizados pela IMU para produzir saídas de aceleração e taxa angular corrigidas por erro.

[0010] FIG. 5 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra os detalhes do módulo estimador de Kalman da FIG. 1 para produzir um quaternizo de atitude inicial representando uma atitude inicial da IMU. DESCRIÇÃO DETALHADA [0011] Conforme descrito neste documento, uma unidade de medição inercial (IMU) utiliza valores de parâmetros de dados aéreos, como velocidade real e ângulo de ataque, para produzir valores de saída de taxa angular e de aceleração corrigidos de erro. A IMU determina os parâmetros de atitude do veículo com base em informações de aceleração detectada e posição de rotação recebidas de acelerômetros e giroscópios da IMU. Os valores de parâmetros de dados aéreos recebidos e/ou calculados pela IMU são utilizados para estimar polarização e/ou erros de fator de escala nas saídas do acelerômetro e giroscópio. O IMU remove os erros estimados da taxa angular detectada e dos parâmetros de aceleração para produzir valores de saída corrigidos para erros, aumentando assim a precisão das saídas de IMU.

[0012] FIG. 1 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra a unidade de medição inercial (IMU) 10 que utiliza entradas de dados aéreos para produzir acelerações de eixo de corpo corrigidas para erro 12 e taxas angulares de eixo corporal 14. Como ilustrado na FIG. 1, a IMU 10 inclui o conjunto de sensor inercial 16, o módulo de compensação e de correção de sensor inercial 18, o módulo de determinação de atitude 20 e o módulo estimador de Kalman 22. O conjunto de sensor de inércia 16 inclui

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 10/67 / 47 acelerômetros 24A, 24B e 24C, conversor analógico-digital 26, sensores de temperatura 28A, 28B e 28C, conversor analógico-digital 30, giroscópios de taxa 32A, 32B e 32C, conversor analógico-digital 34. Conforme ilustrado adicionalmente, a IMU 10 recebe a velocidade real 36 e o ângulo de ataque 38 como entradas e produz as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações 14 do eixo corporal como saídas. Em outros exemplos, em vez de receber a velocidade real 36 e o ângulo de ataque 38 como entradas, a IMU 10 pode receber medições de sensores, como medidas de pressão estática, medições de pressão total, medições totais de temperatura ou outras medidas de sensores que podem ser usadas pela IMU 10 para obter velocidade real 36 e ângulo de ataque 38. As velocidades angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 a saída da IMU 10 podem ser utilizadas por, por exemplo, um sistema de navegação inercial de uma aeronave ou outro corpo móvel ao qual a IMU 10 é montada.

[0013] Os aceleradores 24A, 24B e 24C do conjunto de sensor de inércia 16 formam uma tríade de acelerômetros de 3 eixos, cada um montado (por exemplo, em uma placa de circuito) e alinhado às forças de aceleração de detecção ao longo de um dos três eixos mutuamente ortogonais. Os giroscópios de taxa 32A, 32B e 32C são montados de forma semelhante (por exemplo, na mesma placa de circuito) e alinhados para detectar uma taxa de rotação ao longo de um dos três eixos mutuamente ortogonais (por exemplo, taxa de rolagem, taxa de passo e taxa de guinada). Os sensores de temperatura 28A, 28B e 28C são montados (por exemplo, na mesma placa de circuito), próximos dos aceleradores 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C para detectar a temperatura de um ambiente operacional dentro do conjunto de sensor inercial 16. Por exemplo, o sensor de temperatura 28A pode ser montado próximo ao acelerômetro 24A e giroscópio de velocidade 32A para detectar uma temperatura de um ambiente operacional dentro do conjunto de sensor inercial 16 próximo ao acelerômetro 24A e do giroscópio de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 11/67 / 47 velocidade 32A. O sensor de temperatura 28B pode ser montado próximo ao acelerômetro 24B e giroscópio de velocidade 32B para detectar uma temperatura de um ambiente operacional dentro do conjunto de sensor inercial 16 próximo ao acelerômetro 24B e do giroscópio de velocidade 32B. O sensor de temperatura 28C pode ser montado próximo ao acelerômetro 24C e giroscópio de velocidade 32C para detectar uma temperatura de um ambiente operacional dentro do conjunto de sensor inercial 16 próximo ao acelerômetro 24C e do giroscópio de velocidade 32C. Qualquer um ou mais dos acelerômetros 24A-24B, sensores de temperatura 28A-28C e giroscópios de frequência 32A-32C podem ser implementados como sistemas micro-eletromecânicos (MEMS).

[0014] Conforme ilustrado, o conjunto de sensor inercial 16 inclui ainda conversores analógico-digital (A-para-D) 26, 30 e 34. Cada um dos conversores A-para-D 26, 30 e 34 inclui circuitos de lógica discretos e/ou integrados para converter uma entrada de sinal analógico, como uma voltagem, para uma representação numérica digital proporcional a uma magnitude da entrada de sinal analógico. Em operação, o conversor A-para-D 26 converte uma saída de tensão de cada um dos acelerômetros 24A-24C para uma representação numérica digital proporcional a uma magnitude da saída de tensão do respectivo um dos acelerômetros 24A-24C. O conversor A-paraD 30 converte uma saída de tensão de cada um dos sensores de temperatura 28A-28C para uma representação numérica digital proporcional a uma magnitude da saída de tensão do respectivo sensor de temperatura 28A-28C. O conversor A-para-D 34 converte uma saída de tensão de cada um dos giroscópios de velocidade 32A-32C para uma representação numérica digital proporcional a uma magnitude da saída de tensão dos respectivos giroscópios 32A-32C.

[0015] Cada um dos módulos de compensação e correção do sensor de inércia 18, módulo de determinação de atitude 20 e módulo estimador de

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Kalman 22 pode ser implementado em hardware, software ou combinações de hardware e software. Por exemplo, a IMU 10 pode incluir um ou mais processadores e memória legível por computador codificada com instruções que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que a IMU 10 funcione de acordo com as técnicas descritas neste documento. Exemplos de um ou mais processadores incluem qualquer um ou mais de um microprocessador, um controlador, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA) ou outro equivalente circuito lógico integrado ou discreto. A memória legível por computador da IMU 10 pode ser configurada para armazenar informações dentro da IMU 10 durante a operação. A memória legível por computador pode ser descrita, em alguns exemplos, como mídia de armazenamento legível por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir uma mídia não transitória. O termo não transitório pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado em uma onda transportadora ou um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, na RAM ou cache). A memória legível por computador da IMU 10 pode incluir memórias voláteis e não voláteis. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias dinâmicas de acesso aleatório (DRAM), memórias de acesso aleatório estático (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Exemplos de memórias não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, discos flexíveis, memórias flash ou formas de memórias eletricamente programáveis (EPROM) ou memórias eletronicamente apagáveis e programáveis (EEPROM).

[0016] Como ilustrado na FIG. 1, as saídas do conversor A-para-D 26, do conversor A-para-D 30 e do conversor A-para-D 34 são fornecidas como

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 13/67 / 47 entradas para o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18, que também recebe correções de erro de polarização e fator de escala de Kalman do módulo estimador de Kalman 22. O módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 emite as velocidades angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 (isto é, valores de saída corrigidos de erro), por exemplo, um barramento de dados ou outra conexão comunicativa para uso por um sistema de navegação inercial ou outro sistema consumidor. As velocidades angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 também são fornecidas ao módulo de determinação de atitude 20 e ao módulo de estimador de Kalman 22 como entradas. O módulo de determinação de atitude 20 recebe ainda valores de correção de erro de inclinação 5q e quatérnio de atitude inicial qCinit do módulo estimador de Kalman 22 e fornece saídas de informação de atitude para o módulo 22 do estimador de Kalman na forma de quatérnio de atitude q^C. O módulo estimador de Kalman 22 recebe ainda a velocidade real 36 e o ângulo de ataque 38 de, por exemplo, um sistema de dados aéreos da aeronave e fornece correções de erro de fator de escala de Kalman e de erro de polarização para o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 para utilização na modificação de entradas recebidas dos acelerômetros 24A -24C e giroscópios de taxa 32A-32C para produzir as distâncias angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14, corrigidas por erro, conforme descrito abaixo.

[0017] Em operação, acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa

32A-32C detectam forças de aceleração e taxas de rotação ao longo dos três eixos mutuamente ortogonais. Os sensores de temperatura 28A-28C detectam a temperatura de um ambiente operacional dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de velocidade 32A-32C, por exemplo em uma ou mais placas de circuito dentro de um invólucro de IMU 10 que engloba componentes da IMU

10. As saídas de cada um dos acelerômetros 24A-24C, sensores de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 14/67 / 47 temperatura 28A-28C e giroscópios de velocidade 32A-32C são fornecidas ao módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 através dos conversores A-para-D 26, 30 e 34, ilustrados na FIG. 1 como Va, Vt, e V_ro. Ou seja, VA representa um vetor tridimensional, cada elemento do vetor correspondente à saída de um dos acelerômetros 24A, 24B e 24C. Da mesma forma, Vt representa um vetor tridimensional, cada elemento correspondente à saída de um dos sensores de temperatura 28A, 28B e 28C. V_ro também representa um vetor tridimensional, cada elemento do vetor correspondente à saída de um dos giroscópios de taxa 32A, 32B e 32C.

[0018] O módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 aplica fatores de compensação e correção para ajustar cada uma das entradas Va, Vt, e V_ro para produzir taxas angulares do eixo corporal 12 e acelerações do eixo corporal 14. As taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 12 representam, cada uma, saídas de três eixos de valores de saída corrigidos para erro e compensado para erros correspondentes às entradas ajustadas Va, Vt, e V_ro. Conforme descrito a seguir, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 aplica fatores de compensação e correção às entradas Va, Vt, e V_ro para ajustar as entradas Va, Vt, e V_ro para compensar os erros do fator de escala do sensor correspondentes a um erro na inclinação da saída do sensor em um intervalo de temperatura, erros de polarização correspondentes a um deslocamento não-zero na saída do sensor no intervalo de temperatura, erros de não linearidade correspondentes a nãolinearidade da saída do sensor ao longo do intervalo de temperatura e erros de não ortogonalidade correspondentes aos deslocamentos na ortogonalidade mútua das instalações do sensor ao longo dos três eixos dentro do conjunto do sensor inercial 16. Tais erros de fator de escala dependentes da temperatura, erros de polarização dependentes da temperatura, erros de não-linearidade e erros de não-ortogonalidade podem ser considerados de natureza determinística. Como tal, os fatores de compensação e correção aplicados

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 15/67 / 47 pelo módulo de correção e compensação do sensor inercial 18 para compensar as entradas de sensor Va, Vt, e V_ro pois os erros determinísticos podem ser predeterminados durante, por exemplo, uma fase de teste em um laboratório ou instalação de fabricação e armazenados em memória legível por computador da IMU 10 para uso pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 durante a operação.

[0019] Consequentemente, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 aplica fatores de compensação e correção para ajustar as entradas do sensor Va, Vt e V_ro para compensar erros determinísticos, como erros dependentes da temperatura e posição de instalação do sensor e erros de alinhamento. Além disso, como ilustrado na FIG. 1, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 recebe o fator de escala de Kalman e os valores de correção de erro de polarização do módulo 22 do estimador de Kalman e aplica também o fator de escala de Kalman e valores de correção de erro de polarização às entradas de sensor Va, Vt e V_ro para corrigir erros de sensores não determinísticos, conforme descrito a seguir.

[0020] O módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 emite as entradas do sensor com compensação de erros e erros corrigidos Va, Vt e V_ro (isto é, compensado e corrigido através da aplicação dos valores de compensação de erro do fator de escala dependentes de temperatura, dos valores de correção de erro do fator de escala de Kalman, dos valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura, dos valores de correção de erro de polarização de Kalman, dos valores de compensação de erro de não linearidade e os valores de compensação de erro de nãoortogonalidade) como taxas angulares do eixo corporal 12 e acelerações do eixo corporal 14. Como tal, as velocidades angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 representam valores de saída corrigidos para erros e compensados para erro dos giroscópios de velocidade 32A-32C e acelerômetros 24A-24C, respectivamente, após compensação para erros

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 16/67 / 47 determinísticos (por exemplo, erros de fatores de escala dependentes da temperatura, erros de polarização dependentes da temperatura, erros de nãolinearidade do sensor e erros não ortogonais) e correção para fator de escala não-determinística e erros de polarização que podem surgir durante o funcionamento da IMU 10 (por exemplo, polarização de ativar para ativar e erros de fator de escala, polarizações relacionadas à vibração e erros de fatores de escala, ou outros erros não determinísticos).

[0021] Como ilustrado na FIG. 1, o módulo 22 do estimador de

Kalman recebe como entradas taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 do módulo 18 de compensação e correção do sensor inercial, bem como a velocidade real 36 e o ângulo de ataque 38, por exemplo, um sistema de dados aéreos da aeronave. Além disso, o módulo estimador de Kalman 22 recebe informação de atitude correspondente à rolagem e ao passo da aeronave na forma de quatérnio de atitude q^C do módulo de determinação de atitude 20.

[0022] Conforme descrito adicionalmente abaixo, o módulo de determinação de atitude 20 utiliza as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 para determinar um quatérnio de atitude q^Ccorrespondente a uma transformação de coordenadas entre o nível local e rolagem e passo do eixo corporal, por exemplo, uma aeronave dentro da qual a IMU 10 está instalada. O quatérnio de atitude determinada q^C é fornecido ao módulo estimador de Kalman 22.

[0023] O módulo 22 do estimador de Kalman utiliza quatérnio de atitude q^C determinado pelo módulo de determinação de atitude 20, bem como as velocidades angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 para determinar uma mudança em uma aceleração integrada do eixo corpo ao longo de uma duração de tempo relativamente curta (por exemplo, 0,5 segundos, 1,0 segundo ou outro tempo durações), como se descreve mais adiante. O módulo 22 do estimador de Kalman compara a mudança

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 17/67 / 47 determinada na aceleração do eixo corporal integrada ao longo da duração do tempo para uma diferença na velocidade real verdadeira recebida 36 ao longo do mesmo tempo para determinar um valor de diferença de velocidade aerodinâmica. O módulo do estimador de Kalman 22 fornece o valor da diferença de velocidade como entrada para um filtro Kalman estendido implementado pelo módulo estimador de Kalman 22 para determinar erros estimados de fator de escala e erros de polarização para cada um dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C. Os erros de fator de escala estimados e os erros de polarização para cada um dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C são fornecidos ao módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 como valores de correção de erro do fator de escala de Kalman e valores de correção de erro de polarização de Kalman associados a cada um dos acelerômetros 24A -24C e giroscópios de taxa 32A-32C.

[0024] O módulo de compensação de sensor de inércia 18 aplica os valores de correção de erro do fator de escala de Kalman e os valores de correção de erro de polarização, o valor da escala e os valores de compensação de erro de polarização, os valores de compensação de erro de não-linearidade e os valores de compensação de erro de não-ortogonalidade para cada das entradas recebidas dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C para produzir valores de saída corrigidos por erro, as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14. Consequentemente, a IMU 10, implementando técnicas desta divulgação, determina iterativamente os valores do fator de escala de Kalman e de correção de erros polarização que são aplicados (por exemplo, subtraídos, adicionados ou aplicados de outra forma) a valores detectados dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A -32C para corrigir erros de fatores de escala não determinísticos e erros de polarização de natureza imprevisível. A compensação por erros determinísticos (por exemplo, através

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 18/67 / 47 do fator de escala dependente da temperatura e valores de compensação de erro de polarização, valores de compensação de erro de não linearidade e valores de compensação de erro de não-ortogonalidade), bem como os erros não determinísticos (por exemplo, via o fator de escala de Kalman e os valores de correção de erro de polarização) aumenta a precisão das taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 que representam as saídas da IMU 10 para os sistemas de consumo. Como tal, as técnicas descritas neste documento podem permitir um funcionamento mais exato e preciso dos sistemas de consumo, como a navegação inercial ou outros sistemas de consumo.

[0025] FIG. 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 da FIG. 1 para produzir taxas angulares de eixo corporal com compensação de erros 12 e acelerações do eixo corporal 14. Como ilustrado na FIG. 2, o módulo de compensação e de correção do sensor inercial 18 inclui o filtro passa-baixos de temperatura 40, o filtro passa-baixas do acelerômetro 42, o filtro passabaixas de giroscópio de taxa 44, o módulo de temperatura 46, o módulo de média de temperatura 48, o módulo de fator de escala térmica do acelerômetro e de polarização 50, o fator de escala térmica do giroscópio de taxa e o módulo de polarização 52, o módulo de agrupamento de aceleração 54, o módulo de aceleração corporal 56, o módulo de aceleração corporal de saída 58, o módulo de agrupamento de taxa angular 60, o módulo de taxas angulares corporais 62 e o módulo de taxas angulares corporais de saída 64. Conforme ilustrado adicionalmente, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 recebe Vt, Va, e V_ro como entradas do conjunto de sensor de inércia 16 (figura 1). Além disso, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 recebe o fator de escala do acelerômetro de Kalman e os valores de correção do erro de polarização EKA e fator de escala de giroscópio de taxa de Kalman e valores de correção de erro de polarização EKG do

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 19/67 / 47 módulo estimador de Kalman 22. O módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 emite as acelerações do eixo corporal 14 e as velocidades angulares do eixo corporal 12, por exemplo, um ou mais barramentos de dados de comunicação para serem utilizados por um sistema de consumo, como um sistema de navegação inercial da aeronave, um sistema de aumento de estabilidade ou outro sistema de consumo. Além disso, o módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 fornece acelerações compensadas e corrigidas do eixo corporal Acomp-B como entrada para o módulo do estimador de Kalman 22, bem como as taxas angulares do eixo corporal compensadas e corrigidas Ocomp-B como entrada tanto para o módulo estimador de Kalman 22 como para o módulo de determinação de atitude 20. O módulo estimador de Kalman 22 fornece valores de correção de erro de inclinação 5q como entrada para o módulo de determinação de atitude 20.

[0026] Cada filtro passa-baixas de temperatura 40, filtro passa-baixas de acelerômetro 42 e filtro passa-baixas de giroscópio de taxa 44 são filtros de passa-baixas (por exemplo, filtros passa-baixas Butterworth ou outros tipos de filtros passa-baixo) implementados em hardware e/ou software e configurado para passar sinais com frequências inferiores a uma frequência de corte e atenuar sinais com frequências superiores à frequência de corte. Cada um dos filtros passa-baixas de temperatura 40, o filtro passa-baixas do acelerômetro 42 e filtro passa-baixas do giroscópio de taxa 44 podem ser configurados com uma mesma ou diferente frequência de corte.

[0027] A saída do filtro passa-baixas de temperatura 40 é proporcionada ao módulo de temperatura 46, que por sua vez fornece temperaturas T (n) como saídas para cada fator de escala térmica do acelerômetro e módulo de polarização 50 e fator de escala térmico de giroscópio de velocidade e módulo de polarização 52. Módulo de fator de escala térmica acelerômetro e polarização 50 emite fatores de escala de acelerômetro dependentes da temperatura e valores de compensação de erro

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 20/67 / 47 de polarização Asf-b ao módulo de agrupamento de aceleração 54. O módulo de fator de escala térmica do giroscópio de taxa e de polarização 52 emite os valores de compensação de erros do fator de escala de giroscópio de taxa e de polarização Gsf-b ao módulo de agrupamento de taxa angular 60. As operações combinadas do módulo de temperatura 46, o módulo de média de temperatura 48, o módulo de fator de escala térmica do acelerômetro e de polarização 50 e o módulo do fator de escala térmico do giroscópio de taxa e polarização 52 formam operações de compensação de temperatura que fornecem valores de compensação de temperatura e valores de compensação de erro de polarização para aplicação em (por exemplo, subtração de) valores de entrada detectados pelos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C (figura 1).

[0028] O módulo de agrupamento de aceleração 54 recebe os valores do fator de escala de compensação de temperatura e valores de compensação de erro de polarização Asf-b do módulo do fator de escala térmica do acelerômetro e de polarização 50 e aplica os valores de compensação de erro do fator de escala do acelerômetro dependente da temperatura e os valores de compensação do erro de polarização do acelerômetro dependentes da temperatura, bem como os valores de compensação de erro de não linearidade do acelerômetro e os valores de compensação de erro de não-ortogonalidade do acelerômetro (por exemplo, armazenados em memória legível por computador de IMU 10) para produzir valores de acelerômetro compensados Acomp-s no eixo do sensor que são fornecidos ao módulo de aceleração corporal 56. O módulo de aceleração corporal 56 recebe as acelerações compensadas do eixo do sensor Acomp-s do módulo de agrupamento de aceleração 54 e do fator de escala do acelerômetro de Kalman e valores de correção de erro de polarização EKA do módulo estimador de Kalman 22. O módulo de acelerações corporal 56 converte as acelerações compensadas do eixo do sensor A_comp-S para o eixo do corpo da aeronave (ou outro veículo) e

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 21/67 / 47 aplica o fator de escala do acelerômetro de Kalman e os valores de correção de erro de polarização Eka para produzir valores de acelerômetro compensados e corrigidos Acomp-B no eixo corporal que são fornecidos como entrada para o módulo de aceleração corporal de saída 58 como para o módulo do estimador de Kalman 22. O módulo de aceleração corporal de saída 58 limita a largura de banda das acelerações de eixo corporal compensadas e corrigidas recebidas Acomp-B para produzir acelerações do eixo corporal 14. As operações combinadas do módulo de aceleração 54, módulo de aceleração corporal 56 e módulo de aceleração corporal de saída 58 formam operações de compensação de acelerômetro que aplicam valores de compensação de erros determinísticos (por exemplo, valores de compensação de erro do fator de escala do acelerômetro dependente da temperatura, valores de compensação de erro de polarização do acelerômetro dependente da temperatura, valores de compensação de erro de não-linearidade do acelerômetro e valores de compensação de erro de não-ortogonalidade do acelerômetro) e valores de correção não determinísticos (por exemplo, valores de correção de erro do fator de escala do acelerômetro de Kalman e valores de correção de erro de polarização do acelerômetro de Kalman) para produzir acelerações do eixo corporal 14 (ou seja, acelerações ao longo de cada um dos três eixos dos acelerômetros 24A-24C) que são compensações de erros e corrigidas por erros tanto para os erros determinísticos como não determinísticos.

[0029] Conforme ilustrado adicionalmente na FIG. 2, o módulo de agrupamento de taxa angular 60 recebe os fatores de escala de compensação de temperatura e valores de compensação de erro de polarização GSF-B do fator de escala térmica e do módulo de polarização do giroscópio de taxa 52 e aplica os valores de compensação do erro do fator de escala do giroscópio de taxa dependente da temperatura e os valores de compensação do erro de polarização do giroscópio de taxa dependentes da temperatura, bem como os

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 22/67 / 47 valores de compensação do erro de não linearidade do giroscópio de taxa e os valores de compensação de erro de não-ortogonalidade do giroscópio de taxa (por exemplo, armazenados na memória legível por computador da IMU 10) para produzir valores de taxa angular compensada Ocomp-S no eixo do sensor que são fornecidos ao módulo de taxas angulares corporais 62. O módulo de taxas angulares do corpo 62 recebe os valores da taxa angular do eixo do sensor compensados Ocomp-S do módulo de agrupamento de taxa angular 60 e do fator de escala de giroscópio de taxa de Kalman e valores de correção de erro de polarização EKG do módulo estimador de Kalman 22. O módulo de taxas angulares corporais 62 converte as taxas angulares do eixo de sensor compensadas Ocomp-S para o eixo corporal da aeronave (ou outro veículo) e aplica o fator de escala do giroscópio da taxa de Kalman e os valores de correção de erro de polarização EKG para produzir valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B no eixo corporal que são fornecidos como entrada para o módulo de taxas angulares corporais de saída 64, módulo de estimador de Kalman 22 e módulo de determinação de atitude 20. O módulo de taxas angulares corporais de saída 64 limita a de largura de banda das taxas angulares do eixo corporais compensadas e corrigidas recebidas Ocomp-B para produzir taxas angulares do eixo de corpo 12. As operações combinadas do módulo de agrupamento de taxa angular 60, módulo de taxas angulares corporais 62 e módulo de taxas angulares corporais de saída 64 formam operações de compensação do giroscópio de taxa que aplicam valores de compensação de erro determinístico (por exemplo, valores de compensação de erro de fator de escala do giroscópio de taxa dependente de temperatura, valores de compensação de erro de polarização do giroscópio de taxa dependente da temperatura, valores da compensação de erro de nãolinearidade do giroscópio de taxa e valores de compensação de erro nãoortogonalidade do giroscópio de taxa) e valores de correção de erros não determinísticos (por exemplo, valores de correção de erro de fator de escala

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 23/67 / 47 do giroscópio de taxa de Kalman e valores de correção de erro de polarização do giroscópio de taxa de Kalman) para produzir taxas angulares de eixo corporal 12 (ou seja, taxas angulares em cada um dos três eixos dos giroscópios de taxa 32A - 32 C) que são a compensação de erro e corrigidos para erro para compensar e corrigir para ambos os erros determinísticos e não determinístico.

[0030] Em operação, o módulo de temperatura 46 recebe entradas filtradas por passa baixas Vt do filtro passa-baixas 40 que representa um vetor tridimensional, cada elemento correspondente a uma representação digital filtrada de uma saída de tensão de um dos sensores de temperatura 28A, 28B e 28C. O módulo de temperatura 46 converte a representação de tensão associada a cada um dos sensores de temperatura 28A-28C a um valor de temperatura separado usando um ajuste de curva polinomial tendo coeficientes selecionados durante, por exemplo, uma fase de teste para ajustar uma saída dos respectivos sensores de temperatura 28A-28C para uma entrada de temperatura de referência. O módulo de temperatura 46 fornece temperaturas T (n) (isto é, três valores de temperatura, cada um correspondente a um dos sensores de temperatura 28A-28C) ao módulo de média de temperatura 48. O módulo de média de temperatura produz uma saída de temperatura média para cada uma das temperaturas de entrada recebidas T (n), como, por exemplo, usando uma média móvel (por exemplo, mais de 8 amostras, 10 amostras ou outro número de amostras) ou outra técnica de tendência central. O módulo de média de temperatura 48 proporciona a temperatura média associada a cada um dos sensores de temperatura 28A-28C a cada módulo de fator de escala térmica e polarização do acelerômetro 50 e módulo de fator de escala térmica e polarização do giroscópio de taxa 52.

[0031] O fator de escala térmica do acelerômetro e o módulo de polarização 50 determinam um valor de compensação do erro do fator de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 24/67 / 47 escala do acelerômetro dependente da temperatura e um valor de compensação do erro de polarização do acelerômetro dependente da temperatura correspondente a cada um dos acelerômetros 24A-24C. Por exemplo, o fator de escala térmica do acelerômetro e o módulo de polarização 50 podem aplicar o valor médio da temperatura de entrada para um dos sensores de temperatura 28A-28C que está associado ao (por exemplo, montado próximo) acelerômetro 24A como entrada para um ajuste da curva polinomial de erros de fator de escala do acelerômetro dependente da temperatura correspondentes ao acelerômetro 24A tendo coeficientes determinados durante, por exemplo, uma fase de teste (por exemplo, em laboratório ou fase de fabricação). O fator de escala térmica e o módulo de polarização 50 do acelerômetro podem igualmente aplicar valores médios de temperatura de entrada para cada um dos sensores de temperatura 28B e 28C que estão associados aos acelerômetros 24B e 24C como entrada para ajustes separados da curva polinomial dos erros do fator de escala do acelerômetro dependentes da temperatura correspondentes a cada um dos acelerômetros 24B e 24C tendo coeficientes determinados durante a fase de teste e/ou fabricação. O fator de escala térmica e o módulo de polarização 50 do acelerômetro aplicam o valor médio de entrada de temperatura para cada um dos sensores de temperatura 28A-28C como entrada para os ajustes da curva polinomial de erros de polarização dependentes da temperatura correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C (cada uma das curvas polinomiais coeficientes determinadas durante a fase de teste e/ou fabricação) para determinar valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C.

[0032] O fator de escala térmica do giroscópio de taxa e o módulo de polarização 52 determinam um valor de compensação de erro do fator de escala de giroscópio de taxa dependente da temperatura e um valor de compensação de erro de polarização de giroscópio de taxa dependente da

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 25/67 / 47 temperatura correspondente a cada giroscópio de taxa 32A-32C. Por exemplo, o fator de escala térmica do giroscópio de taxa e o módulo de polarização 52 podem aplicar o valor médio da temperatura de entrada para um dos sensores de temperatura 28A-28C que está associado ao (por exemplo, montado próximo) giroscópio de taxa 32A como entrada para um ajuste da curva polinomial de erros de fator de escala do giroscópio de taxa dependente da temperatura correspondentes ao giroscópio de taxa 32A tendo coeficientes determinados durante, por exemplo, uma fase de teste (por exemplo, em laboratório ou fase de fabricação). O fator de escala térmica e o módulo de polarização 52 do giroscópio de taxa podem igualmente aplicar valores médios de temperatura de entrada para cada um dos sensores de temperatura 28B e 28C que estão associados aos giroscópios de taxa 32B e 32C como entrada para ajustes separados da curva polinomial dos erros do fator de escala do giroscópio de taxa dependente de temperatura correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32B e 32C tendo coeficientes determinados durante a fase de teste e/ou fabricação. O fator de escala térmica e o módulo de polarização 52 do giroscópio de taxa aplicam o valor médio de entrada de temperatura para cada um dos sensores de temperatura 28A-28C como entrada para os ajustes da curva polinomial de erros de polarização dependentes da temperatura correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C (cada uma das curvas polinomiais coeficientes determinadas durante a fase de teste e/ou fabricação) para determinar valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C.

[0033] O módulo de agrupamento de aceleração 54 recebe os valores de compensação de erro do fator de escala do acelerômetro dependente de temperatura e os valores de compensação do erro de polarização do acelerômetro dependente de temperatura do módulo de fator de escala térmica e polarização do acelerômetro 50. Além disso, o módulo de agrupamento de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 26/67 / 47 aceleração 54 recebe entradas filtradas para frequências baixa Va do filtro passa-baixas 42 que representa um vetor tridimensional, cada elemento correspondente a uma representação digital filtrada de uma saída de tensão de um dos acelerômetros 24A, 24B e 24C. O módulo de agrupamento de aceleração 54 converte a representação de tensão de cada entrada filtrada Va para um valor de aceleração (por exemplo, em metros/segundo/segundo). Além disso, o módulo de agrupamento de aceleração 54 aplica os valores de compensação de erro do fator de escala do acelerômetro dependentes da temperatura recebidos correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C às entradas Vu, tal como multiplicando cada uma das entradas Va pelo valor de compensação de erro do fator de escala do acelerômetro dependente da temperatura correspondente. O módulo de agrupamento de aceleração 54 aplica os valores de compensação de erro de polarização do acelerômetro dependentes da temperatura recebidos correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C às entradas Va através de técnicas de agregação (por exemplo, somando, subtraindo ou outras técnicas de agregação). Além disso, o módulo de agrupamento de aceleração 54 aplica (por exemplo, multiplica) os valores de compensação de erro de não linearidade e os valores de compensação de erro de não ortogonalidade correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C (por exemplo, determinados durante uma fase de teste e/ou fabricação e armazenados em memória legível por computador da IMU 10) às respectivas entradas Va para produzir acelerações compensadas do eixo do sensor Acomp-S. Acelerações do eixo do sensor Acomp-S portanto, representam os valores de aceleração associados a cada um dos acelerômetros 24A-24C no eixo do sensor que foram compensados para erros determinísticos correspondentes ao fator de escala dependente da temperatura e erros de polarização, erros de não-linearidade do sensor e erros não ortogonais associados a um desalinhamento (ou seja, não mutuamente ortogonal) de instalação de acelerômetros 24A-24C.

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 27/67 / 47 [0034] O módulo de aceleração corporal 56 recebe as acelerações compensadas do eixo do sensor Acomp-S e converte as acelerações da estrutura de coordenadas do sensor para uma aeronave (ou outro veículo ao qual o IMU 10 é montado) coordenada com uma matriz de rotação, tal como uma matriz de cosseno de direção com ângulos de direção configurados para transformar a estrutura de coordenadas do sensor para a estrutura de eixo corporal da aeronave. Além disso, o módulo de aceleração corporal 56 recebe o coeficiente de escala do acelerômetro de Kalman e valores de correção de erro de polarização EKA do módulo estimador de Kalman 22. Como se descreve mais adiante, valores de correção de erro de fatores de escala e polarização do acelerômetro de Kalman EKA incluem valores de correção de erro do fator de escala e valores de correção de erro de polarização produzidos por um filtro Kalman estendido implementado pelo módulo estimador de Kalman 22, cada um dos valores de correção de erro do fator de escala e valores de correção de erro de polarização correspondem a um dos acelerômetros 24A-24C. O módulo de aceleração corporal 56 aplica valores de correção de erro do fator de escala e polarização do acelerômetro de Kalman EKA para os valores compensados de aceleração Acomp-S para produzir valores de aceleração compensados e corrigidos Acomp-B no eixo corporal correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C. O eixo do corpo pode ser definido por três eixos mutuamente ortogonais, um dos três eixos direcionados pelo nariz da aeronave, um segundo dos três eixos direcionados através de um fundo da aeronave em direção à Terra quando a aeronave está no chão, e um terço dos três eixos direcionado ortogonalmente para o primeiro eixo e para o segundo eixo e, geralmente, através de uma asa da aeronave. Valores de aceleração compensados e corrigidos Acomp-B portanto, representam as acelerações do eixo corporal (por exemplo, o eixo do corpo do avião) correspondentes a cada um dos acelerômetros 24A-24C que são compensados por erros determinísticos (por exemplo, fator de escala dependente da temperatura e

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 28/67 / 47 erros de polarização, erros de não-linearidade do sensor e erros não ortogonais) e corrigido por erros não determinísticos através do fator de escala de Kalman e valores de correção de erro de polarização Eka.

[0035] O módulo de aceleração corporal 56 fornece valores de aceleração compensados e corrigidos Acomp-B para o módulo de aceleração corporal de saída 58 e o módulo estimador Kalman 22. Módulo de aceleração corporal de saída 58 limita a largura de banda da saída de valores de aceleração compensados e corrigidos Acomp-B via, por exemplo, uma resposta de impulso infinito (IIR) ou outro filtro de limitação de largura de banda para uma largura de banda definida de um sistema de consumo, como um sistema de navegação inercial de aeronave. Os valores de aceleração limitados por largura de banda são fornecidos pelo módulo de aceleração do corpo de saída 58 como acelerações do eixo do corpo 14.

[0036] Conforme ilustrado adicionalmente na FIG. 2, fator de escala de giroscópio de taxa dependente da temperatura e valores de compensação de erro e valores de compensação de erro de polarização de giroscópio de taxa dependente da temperatura determinados pelo fator de escala térmica de giroscópio de velocidade e módulo de polarização 52 são fornecidos ao módulo de agrupamento de taxa angular 60 como entrada. Além disso, o módulo de agrupamento de taxa angular 60 recebe entradas filtradas para frequências baixa V_ro do filtro passa-baixas 44 que representa um vetor tridimensional, cada elemento correspondente a uma representação digital filtrada de uma saída de tensão de um dos giroscópios de taxa 32A, 32B e 32C. O módulo de agrupamento de taxa angular 60 converte a representação de tensão de cada entrada filtrada V_ro para um valor de taxa angular (por exemplo, em metros /segundo). Além disso, o módulo de agrupamento de taxa angular 60 aplica os valores de compensação de erro do fator de escala do giroscópio de taxa dependentes da temperatura recebidos correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C às entradas V_ro, tal como

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 29/67 / 47 multiplicando cada uma das entradas V_ro pelo valor de compensação de erro do fator de escala do giroscópio de taxa dependente da temperatura correspondente. O módulo de agrupamento de taxa angular 60 aplica os valores de compensação de erro de polarização do giroscópio de taxa dependentes da temperatura recebidos correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C às entradas V_ro através de técnicas de agregação (por exemplo, somando, subtraindo ou outras técnicas de agregação). Além disso, o módulo de agrupamento de taxa angular 50 aplica (por exemplo, multiplica) os valores de compensação de erro de não linearidade e os valores de compensação de erro de não ortogonalidade correspondentes a cada um dos giroscópio de taxa 32A-32C (por exemplo, determinados durante uma fase de teste e/ou fabricação e armazenados em memória legível por computador da IMU 10) às respectivas entradas V_ro para produzir acelerações compensadas do eixo do sensor Ocomp-S. Taxas angulares do eixo do sensor Ocomp-S portanto, representam os valores de taxas angulares associados a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C no eixo do sensor que foram compensados para erros determinísticos correspondentes ao fator de escala dependente da temperatura e erros de polarização, erros de não-linearidade do sensor e erros não ortogonais associados a um desalinhamento (ou seja, não mutuamente ortogonal) de instalação de giroscópios de taxa 32A-32C.

[0037] O módulo de taxas angulares corporal 62 recebe as taxas angulares compensadas do eixo do sensor Ocomp-S e converte as acelerações da estrutura de coordenadas do sensor para uma aeronave (ou outro veículo ao qual o IMU 10 é montado) coordenada com uma matriz de rotação, tal como uma matriz de cosseno de direção com ângulos de direção configurados para transformar a estrutura de coordenadas do sensor para a estrutura de eixo corporal da aeronave. Além disso, o módulo de taxas angulares do corpo 60 recebe os valores de correção do erro do fator de escala do giroscópio da taxa e polarização de Kalman E_KG do módulo estimador de Kalman 22. Como se

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 30/67 / 47 descreve mais adiante, valores de correção de erro de fatores de escala e polarização do giroscópio da taxa de Kalman Ek-g incluem valores de correção de erro do fator de escala e valores de correção de erro de polarização produzidos por um filtro Kalman estendido implementado pelo módulo estimador de Kalman 22, cada um dos valores de correção de erro do fator de escala e valores de correção de erro de polarização correspondem a um dos giroscópio da taxa 32A-32C. O módulo de taxas angulares corporais 62 aplica o fator de escala do giroscópio da taxa de Kalman e os valores de correção do erro de polarização EKG para os valores da taxa angular compensada Ocomp-S para produzir valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B no eixo corporal correspondente a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C. Como descrito acima, o eixo corporal pode ser definido por três eixos mutuamente ortogonais, um dos três eixos direcionados pelo nariz da aeronave, um segundo dos três eixos direcionados através de um fundo da aeronave em direção à Terra quando a aeronave está no chão, e um terço dos três eixos direcionado ortogonalmente para o primeiro eixo e para o segundo eixo e, geralmente, através de uma asa da aeronave. Valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B portanto, representam as taxas angulares do eixo corporal (por exemplo, o eixo do corpo do avião) correspondentes a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C que são compensados por erros determinísticos (por exemplo, fator de escala dependente da temperatura e erros de polarização, erros de não-linearidade do sensor e erros não ortogonais) bem como corrigido para erros não determinísticos através do fator de escala de Kalman e valores de correção de erro de polarização EK-G.

[0038] O módulo de taxas angulares corporal 62 fornece valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B para cada módulo de taxas angulares corporais de saída 64, módulo de determinação de atitude 20 e módulo estimador de Kalman 22. Módulo de taxas angulares corporal de saída 64 limita a largura de banda da saída de valores de taxa angular

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 31/67 / 47 compensados e corrigidos Ocomp-B via, por exemplo, uma resposta de impulso infinito (IIR) ou outro filtro de limitação de largura de banda para uma largura de banda definida de um sistema de consumo, como um sistema de navegação inercial de aeronave. Os valores da taxa angular limitada em largura de banda são fornecidos pelo módulo de taxas angulares corporais de saída 64 como taxas angulares do eixo corporal 12.

[0039] Desta forma, as técnicas de implementação de IMU 10 descritas neste documento liberam as rotações angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 que são compensadas para corrigir erros determinísticos e corrigidas para erros não determinísticos. As técnicas desta divulgação, portanto, aumentam a precisão das saídas da IMU 10 e permitem que a IMU 10 modifique de modo adaptável essas saídas (ou seja, as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14) para explicar erros imprevisíveis que podem surgir durante a operação da IMU 10 que se manifesta como polarização do sensor e erros do fator de escala.

[0040] FIG. 3 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo de determinação de atitude 20 da FIG. 1. Como ilustrado na FIG. 3, o módulo de determinação de atitude 20 inclui o módulo de ângulos delta de velocidade corporal 66 e o módulo quatérnio de atitude de propagação 68. O módulo de determinação de atitude 20 recebe valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B como entradas do módulo de compensação e correção do sensor inercial 18. Módulo de determinação de atitude 20 emite quatérnio de atitude q^C para o módulo estimador de Kalman 22.

[0041] Como ilustrado na FIG. 3, o módulo de ângulos delta corporais recebe valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B (isto é, taxas angulares compensadas e corrigidas correspondentes às saídas de cada um dos giroscópios de velocidade 32A-32C da Figura 1) a partir do módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 (Fig. 1 e 2) e fornece

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 32/67 / 47 mudanças de deslocamento angular ψ_ω correspondendo a cada um dos giroscópios de taxa 32A-32C como entrada para módulo de quatérnio de atitude propagado 68. O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 recebe mudanças de deslocamento angular ψ_ω como entrada do módulo de ângulos delta corporal 66, bem como o quatérnio de atitude inicial q^Cinit e valores de correção de erro de inclinação 5q do módulo 22 do estimador de Kalman. O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 fornece quatérnio de atitude q^Ccomo entrada para o módulo estimador de Kalman 22.

[0042] Em operação, o módulo de ângulos delta de taxa corporal 66 recebe valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B correspondente às saídas compensadas e corrigidas de cada giroscópio de taxa 32A-32C. O módulo de ângulos delta corporal 66 integra todos os valores de taxa angular compensados e corrigidos Ocomp-B durante um intervalo de tempo relativamente curto, como 0,001 segundos (ou seja, correspondente a uma taxa de amostragem de 1kHz) para produzir mudanças de deslocamento angular ψ_ω correspondente a uma mudança de deslocamento angular detectada por cada um dos giroscópios de velocidade 32A-32C durante o intervalo de tempo.

[0043] O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 recebe mudanças de deslocamento angular ψ_ω do módulo de ângulos de delta corporal 66 e propaga as mudanças de deslocamento angular ao longo do intervalo de tempo (por exemplo, 0,001 segundos) em forma de quatérnio para produzir quatérnio de atitude q^C. O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 recebe o quatérnio de atitude inicial q^Cinit do módulo estimador de Kalman 22 que representa uma atitude inicial da IMU 10, como é descrito adicionalmente abaixo. O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 propaga as mudanças de deslocamento angular recebidas ψ_ω ao longo do intervalo de tempo em relação ao quatérnio de atitude inicial q^Cinit recebido do módulo 22 do estimador de Kalman (por exemplo, durante uma primeira

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 33/67 / 47 execução das operações de propagação da atitude). O módulo de quatérnio de atitude propagado 68 aplica valores de correção de erro de inclinação 5q para o quatérnio de atitude propagada (por exemplo, através da multiplicação de quatérnio) para produzir o quatérnio de atitude corrigido para erro q^C.

[0044] Como tal, as técnicas de implementação da IMU 10 desta divulgação determinam a informação de atitude do veículo representadas pelo quatérnio de atitude q^C que é utilizado pelo módulo estimador de Kalman 22 para estimar o fator de escala do sensor e os erros de polarização que são fornecidos como feedback para ajustar e corrigir os valores de saída detectados dos acelerômetros 24A-24C e dos giroscópios 32A-32C.

[0045] FIG. 4 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra mais detalhes do módulo estimador de Kalman 22 para produzir valores de correção de erro do fator de escala do acelerômetro de Kalman e valores de correção de erro de polarização EKA, valores de correção de erro de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa de Kalman EKG e valores de correção de erro de inclinação 5q. Como ilustrado na FIG. 4, o módulo de estimador Kalman 22 inclui o módulo de controle de ângulo de ataque (AOA) 70, módulo de verificação de velocidade real (TAS) 72, o módulo de velocidade de referência 74, o filtro passa-baixas 76, o filtro passa-baixas 78, módulo quatérnio para direção-cosseno 80, filtro passa-baixas 82, módulo do valor quadrático médio do acelerômetro 84, módulo RMS de giroscópio de taxa 86, módulo de velocidade de referência integrado 88, o módulo de aceleração Coriolis integrado 90, o módulo de direção-cosseno 92 integrado, o módulo de aceleração corporal integrado 94, módulo de fator de aumento de velocidade 96, módulo de fator de aumento de acelerômetro 98, módulo de fator de aumento do giroscópio de taxa 100, módulo de matriz de medição 102, módulo de vetor de medição 104, módulo de matriz de transição de estado 106, módulo de matriz de ruído de covariância de processo 108, módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110, módulo de filtro

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 34/67 / 47 de Kalman 112, módulo de correção de inclinação 114, o módulo de fator de escala e polarização do acelerômetro 116, o módulo de fator de escala e polarização de giroscópio de taxa 118. Conforme ilustrado adicionalmente, o módulo estimador de Kalman 22 recebe a velocidade real 36 e o ângulo de ataque 38 como entrada de, por exemplo, um sistema de dados aéreos da aeronave, quatérnio de atitude q^C como entrada do módulo de determinação de atitude 20, e acelerações compensadas e corrigidas do eixo corporal Acomp-B e taxas angulares de eixo corporal compensadas e corrigidas Ocomp-B como entrada do módulo de correção e compensação do sensor inercial 18. O módulo estimador de Kalman 22 emite valores de correção de erro de inclinação 5q, que são recebidos como entrada pelo módulo de determinação de atitude 20. Além disso, o módulo estimador de Kalman 22 emite os valores de correção de erro de fator de escala e polarização do acelerômetro EK-A, bem como os valores de correção de erro de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa EK-G. Os valores de correção de erro de fator de escala e polarização de acelerômetro EK-A e valores de correção de erro de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa EK-G são recebidos como entrada pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18.

[0046] O módulo de verificação AOA 70 recebe o ângulo de ataque como entrada e emite o ângulo de ataque α para o módulo de velocidade de referência 74. O módulo de verificação TAS 72 recebe a velocidade real 36 como entrada e fornece a velocidade do ar Va como saída para o módulo de velocidade de referência 74 e o filtro passa-baixas 78, que passa a velocidade de referência filtrada como entrada para o módulo do fator de aumento de velocidade 96. Acelerações compensadas e corrigidas do eixo corporal Acomp-B são recebidas como entrada pelo módulo RMS de acelerômetro 84 e integram o módulo de aceleração corporal 94. Taxas angulares do eixo corporal compensadas e corrigidas Ocomp-B são recebidas como entrada pelo filtro passa-baixas 82 e integram o módulo de aceleração Coriolis 90. Quatérnio de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 35/67 / 47 atitude q^C é recebido como entrada pelo módulo quatérnio para direçãocosseno 80.

[0047] O módulo de velocidade de referência 74 produz o vetor de velocidade de referência do eixo corporal Vref, que é recebido como entrada por cada módulo de velocidade de referência de integração 88, filtro passabaixas 76 e integra o módulo de aceleração Coriolis 90. O filtro passa-baixas 76 fornece uma saída filtrada do vetor de velocidade de referência do eixo corporal V_ref ao módulo de vetor de medição 104. O módulo de velocidade de referência integrado 88 emite vetor de velocidade de referência do eixo corporal integrado -V_rcl ao módulo de matriz de medição 102. O módulo de aceleração Coriolis integrado 90 emite aceleração Coriolis integrada ΣΑ₍· ao módulo de vetor de medição 104. O módulo quatérnio para direção-cosseno emite a matriz C de direção-cosseno para o módulo direção-cosseno integrado 92, que fornece matriz integrada de direção-cosseno ZC como saída para cada módulo de matriz de medição 102, módulo de vetor de medição 104 e módulo de matriz de transição de estado 106. O módulo de aceleração corporal integrado 94 emite acelerações do eixo corporal compensadas e corrigidas integradas ZAcomp-B ao módulo de vetor de medição 104. O módulo RMS do acelerômetro 84 recebe acelerações compensadas e corrigidas do eixo corporal Acomp-B do módulo de correção e compensação do sensor inercial 18 e emite valor quadrático médio das acelerações Arms para módulo de fator de aumento de acelerômetro 98. O módulo RMS do giroscópio de taxa 86 recebe taxas angulares de eixo corporal compensadas e corrigidas filtradas Ocomp-B do filtro passa-baixas 82 e produz o valor quadrático médio das taxas angulares orms para avaliar o módulo do fator de aumento do giroscópio 100. O módulo do fator de aumento de velocidade emite o fator de aumento de velocidade Kv ao módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110. O módulo do fator de aumento do acelerador 98 emite o fator de aumento de aceleração Ka, que é recebido como entrada por cada módulo de matriz de ruído de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 36/67 / 47 covariância de processo 108 e módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110. O módulo do fator de aumento do giroscópio de taxa 100 emite o fator de aumento da taxa angular K_ro para cada um dos módulos de matriz de ruído de covariância de processo 108 e módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110.

[0048] O módulo de matriz de medição 102 emite a matriz de medição H para o módulo de filtro de Kalman 112. O módulo de vetor de medição 104 fornece vetor de medição y como entrada para o módulo de filtro de Kalman 112. O módulo de matriz de transição de estado 106 produz a matriz de transição de estado φ, que é recebida como entrada pelo módulo de filtro de Kalman 112. O módulo de matriz de ruído de covariância de processo 108 emite a matriz de ruído de covariância de processo de saídas e o módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110 produz a matriz de ruído de covariância de medição de saída R. Cada uma das matrizes de ruído de covariância de processo Q e matriz de ruído de covariância de medição R é recebida como entrada pelo módulo de filtro de Kalman 112.

[0049] O módulo de filtro de Kalman 112 transmite o vetor de estado

X de Kalman, que é recebido como entrada por cada um do módulo de correção de inclinação 114, polarização de acelerômetro e módulo de fator de escala 116, e módulo de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa 118. O módulo de correção de inclinação 114 emite os valores de correção de erro de inclinação 5q para o módulo de determinação de atitude 20. O módulo de inclinação e compasso de escala do acelerador 116 fornece o fator de escala do acelerômetro de Kalman e os valores de correção de erro de polarização EKA como entrada para o módulo de compensação e correção do sensor inercial 118. O módulo de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa 118 emite os valores de correção de erros de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa de Kalman EKG, que é recebido como entrada pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18.

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 37/67 / 47 [0050] Em operação, o módulo AOA de verificação 70 recebe o ângulo de ataque 38, por exemplo, um sistema de dados aéreos da aeronave ou outra fonte. O módulo AOA de verificação 70 determina se o ângulo de ataque recebido 38 é válido, por exemplo, ao determinar se o ângulo de ataque 38 está dentro de uma faixa predefinida de ângulos de ataque válidos e/ou acessando informações de validade incluídas com o ângulo de ataque 38 (por exemplo, campo(s) de estado, bit(s) ou outra informação que indica um estado de validade do ângulo de ataque 38). O módulo AOA de verificação 70 emite o ângulo de ataque α como igual ao valor (por exemplo, valor escalar) do ângulo de ataque 38 em resposta para determinar que o ângulo de ataque 38 é válido. O módulo AOA de verificação 70 emite α como igual a um valor de zero em resposta para determinar que o ângulo de ataque 38 é inválido. Da mesma forma, o módulo TAS de verificação 72 recebe a velocidade real 36 e determina um estado de validade da velocidade real 36 ao determinar se a velocidade real 36 está dentro de um intervalo predefinido de velocidades verdadeiras válidas e/ou acessando informações de validade incluídas com velocidade real 36. O módulo TAS de verificação 72 emite velocidade V como igual ao valor (por exemplo, valor escalar) da velocidade real 36 em resposta à determinação de que a velocidade real 36 é válida. O módulo TAS de verificação 72 emite velocidade aérea Va como igual a um valor de zero em resposta para determinar que a velocidade real 36 é inválida.

[0051] Cada um dos filtros passa-baixas 76, 78 e 82 podem ser filtros

Butterworth, filtros de resposta de impulso infinitos ou outros tipos de filtros passa-baixas implementados em hardware e/ou software e configurados para transmitir sinais com frequências inferiores a uma frequência de corte e atenuar sinais com frequências superiores à frequência de corte. Cada um dos filtros passa-baixas 76, 78 e 82 pode ser configurado com uma mesma ou diferente frequência de corte, e pode ser implementado usando os mesmos ou diferentes tipos de filtros passa-baixas. O filtro passa-baixas 78 recebe a

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 38/67 / 47 velocidade do ar Va e fornece uma saída filtrada da velocidade do ar Va para o módulo de fator de aumento de velocidade 96.

[0052] O módulo de velocidade de referência 74 utiliza o ângulo de ataque α e a velocidade Va para produzir o vetor de velocidade de referência do eixo corporal Vref. Ou seja, o módulo de velocidade de referência 74 usa o ângulo de ataque α para converter a velocidade de ar escalar Va recebida em uma representação vetorial da velocidade da estrutura do corpo ao atribuir a velocidade do ar aos componentes de velocidade do eixo corporal direto e vertical usando o ângulo de ataque α. O filtro passa-baixas 76 recebe o vetor de velocidade de referência do eixo do corpo Vref e fornece uma saída filtrada passa-baixas do vetor de velocidade de referência do eixo do corpo Vref como entrada para o módulo de vetor de medição 104. O módulo quatérnio para direção-cosseno 80 aplica uma matriz de transformação ao quatérnio de atitude q^C representando a informação de atitude de IMU 10 (por exemplo, passo, rolagem e guinada) para produzir a matriz C de cosseno de direção representando a informação de atitude em forma de direção-cosseno.

[0053] Cada um dos módulos de velocidade de referência integrados

88, módulo de aceleração Coriolis integrado 90, módulo de direção-cosseno integrado 92 e módulo de aceleração corporal integrado 94, integram suas respectivas entradas ao longo de uma mesma duração, como 0,5 segundos, 1,0 segundos ou outras durações de tempo. Ou seja, o módulo de velocidade de referência integrado 88 integra o vetor de velocidade de referência do eixo corporal Vref ao longo da duração do tempo, utilizando, por exemplo, integração trapezoidal ou outras operações de integração numérica para produzir o vetor de velocidade de referência do eixo corporal integrado EV_ref que é fornecido ao módulo de matriz de medição 102. O módulo de aceleração de Coriolis integrado 90 determina uma força instantânea de aceleração de Coriolis experimentada pelos acelerômetros 24A-24C (Figura

1) como produto cruzado das taxas angulares do eixo corporal compensadas e

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 39/67 / 47 corrigidas Ocomp-B e vetor de velocidade de referência do eixo corporal Vref. O módulo de aceleração Coriolis integrado 90 integra a aceleração instantânea de Coriolis ao longo da duração do tempo (ou seja, o mesmo tempo utilizado pelo módulo de velocidade de referência integrado 88) para produzir aceleração integrada de Coriolis EAc. O módulo direção-cosseno integrado 92 integra a matriz cito-direcional C ao longo da mesma duração do tempo para produzir a matriz direção-cosseno EC. O módulo de aceleração do corpo integrado 94 integra acelerações compensadas e corrigidas do eixo do corpo Acomp-B ao longo da mesma duração para produzir acelerações integradas compensadas e corrigidas do eixo corporal Σ Acomp-B.

[0054] O módulo RMS do acelerômetro 84 recebe acelerações compensadas e corrigidas do eixo corporal Acomp-B e produz acelerações, o valor quadrático médio ARMS ao computar um valor quadrático médio das acelerações de eixo corporal compensada e corrigida da aceleração recebida Acomp-B ou usando outras técnicas de tendência central. O módulo RMS de giroscópios de taxa 86 recebe taxas angulares de eixo corporal compensadas e corrigidas filtradas por passa-baixas Ocomp-B do filtro passa-baixas 82 e produz taxas angulares, o valor quadrático médio orms calculando um valor quadrático médio das taxas angulares do eixo corporal compensadas e corrigidas recebidas Ocomp-B ou usando outras técnicas de tendência central.

[0055] O módulo de fator de aumento de velocidade 96 recebe a velocidade de filtração passa-baixas Va do filtro passa-baixas 78 e produz o fator de aumento de velocidade KV que é proporcional a uma taxa de alteração da velocidade de filtragem passa-baixas Va em relação ao tempo. Isto é, à medida que a taxa de tempo de mudança da velocidade de filtração passa

X baixa Va aumenta, o fator de aumento de velocidade KV aumenta. À medida que a taxa de tempo de mudança da velocidade filtrada passa- baixas Va diminui, o fator de aumento de velocidade KV diminui. Da mesma forma, o módulo do fator de aumento do acelerômetro 98 produz o fator de aumento de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 40/67 / 47 aceleração Ka isso é proporcional a uma taxa de tempo de mudança de acelerações, o valor quadrático médio Arms. O módulo de fator de aumento do giroscópio de taxa 100 produz o fator de aumento da taxa angular Κ_ω que é proporcional a uma taxa de tempo de mudança das taxas angulares, o valor quadrático médio orms.

[0056] O módulo de matriz de medição 102, o módulo de matriz de medição 104, o módulo de matriz de transição de estado 106, o módulo de matriz de ruído de covariância de processo 108 e o módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110 produzem a matriz de medição H, vetor de medição y, matriz de transição de estado φ, matriz de ruído de covariância de processo Q e a matriz de ruído de covariância de medição R, respectivamente, que são utilizadas durante a execução de um filtro de Kalman estendido implementado pelo módulo de filtro de Kalman 112 para produzir o vetor de estado de Kalman X que inclui valores de correção de erro de inclinação 5q, fatores de escala de acelerômetro de Kalman e valores de correção de erro de polarização Eka e valores de correção de erro de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa EKG. O módulo de matriz de medição 102 utiliza a velocidade de referência integrada ZVref e matriz de direção-cosseno integrada ZC para produzir a matriz de medição H. O módulo de vetor de medição 104 utiliza o vetor de velocidade de referência do eixo corporal reduzido de passagem baixa V_ref, aceleração integrada de Coriolis ZAc, matriz integrada de direção-cosseno ZC, e acelerações integradas e corrigidas do eixo corporal ZAcomp-B para gerar vetor de medição y. O vetor de medição y representa uma diferença entre uma mudança no vetor de velocidade de referência do eixo corporal Vref ao longo de um período de tempo e uma alteração nas acelerações de eixo corporal compensadas e corrigidas integradas ZAcomp-B durante a mesma duração com efeitos da aceleração integrada de Coriolis ZAc e a gravidade removida (por exemplo, adicionada, subtraída ou removida). Por exemplo, o módulo de vetor de medição 104 pode adicionar a aceleração

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 41/67 / 47 integrada de Coriolis ΣΑ₍· para a diferença entre a mudança no vetor de velocidade de referência do eixo corporal V_ref e acelerações compensadas e corrigidas integradas do eixo corporal EAcomp-B, e pode subtrair um valor correspondente à aceleração devida à gravidade (por exemplo, 9,8 metros/segundo/segundo) da soma resultante.

[0057] O módulo de matriz de transição de estado 106 utiliza a matriz de direção-cosseno integrada ZC para preencher a matriz de transição de estado φ utilizada pelo módulo de filtro de Kalman 112 para propagar o estado de Kalman para a frente no tempo. O módulo de matriz de ruído de covariância de processo 108 utiliza o fator de aumento de aceleração KA e fator de aumento de taxa angular K_ro para produzir a matriz de covariância de ruído do processo Q que representa uma estimativa de incerteza correspondente ao ruído do processo introduzido por incertezas computacionais ou outro ruído do processo. O módulo de matriz de ruído de covariância de medição utiliza o fator de aumento de velocidade KV, fator de aumento de aceleração Ka e fator de aumento de taxa angular K_ro para produzir a matriz de ruído de covariância de medição R que representa uma estimativa de incerteza correspondente ao ruído do sensor dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de taxa 32A-32C (Figura 1). Como cada fator de aumento de velocidade KV, fator de aumento de aceleração KA e fator de aumento de taxa angular K_ro são proporcionais a uma taxa de variação de suas respectivas entradas (ou seja, a velocidade de ar filtrada por passa-baixas Va, o valor quadrático médio de acelerações Arms e valor quadrático médio das taxas angulares orms), o módulo de matriz de ruído de covariância de processo 108 e o módulo de matriz de ruído de covariância de medição 110 aumentam efetivamente o efeito da matriz de ruído de covariância de processo Q e da matriz de ruído de covariância de medição R durante a execução do filtro de Kalman estendido implementado pelo módulo de filtro de Kalman 112 durante estados operacionais correspondentes a dinâmicas

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 42/67 / 47 movimento da IMU 10.

[0058] O módulo de filtro Kalman 112 implementa um filtro Kalman estendido que utiliza a matriz de medição H, vetor de medição y, matriz de transição de estado φ, matriz de covariância de processo Q e matriz de covariância de medição R para produzir o vetor de estado de Kalman X. O vetor de estado de Kalman X pode ser, por exemplo, um vetor de 16 elementos que inclui (em qualquer ordem): dois valores de correção de erro de inclinação, um correspondente ao passo e o outro correspondente à rolagem; três valores de correção de erro de polarização do acelerômetro, correspondendo cada um a um dos acelerômetros 24A-24C; três valores de correção de erro do fator de escala do acelerômetro, cada um correspondente a um dos acelerômetros 24A-24C; três valores de correção de erro de polarização do giroscópio, cada um correspondente a um dos giroscópios de taxa 32A-32C; três valores de correção de erro do fator de escala do giroscópio, cada um correspondente a um dos giroscópios de taxa 32A-32C; e dois valores de correção de erro de taxa de transporte correspondentes a taxas de afinação diretas experimentadas para manter o voo nivelado enquanto se deslocam pela superfície da Terra.

[0059] O módulo de correção de inclinação 114 utiliza os dois valores de correção de erro de inclinação e os dois valores de correção de erro de taxa de transporte para produzir valores de correção de erro de inclinação 5q, que são utilizados pelo módulo de determinação de atitude 20 durante a propagação do quatérnio de atitude q^C, conforme descrito acima. O módulo de fator de escala 116 do acelerômetro aplica (por exemplo, acrescenta, subtrai ou aplica de outra forma) os três valores de correção de erro de polarização do acelerômetro para valores de correção de erro de polarização do acelerômetro determinados durante uma execução anterior (por exemplo, uma iteração prévia) do módulo estimador de Kalman 22 produz três valores atualizados de correção de erro de polarização do acelerômetro, cada um correspondente a

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 43/67 / 47 um dos acelerômetros 24A-24C. Da mesma forma, o módulo do fator de escala e polarização do acelerômetro 116 aplica (por exemplo, acrescenta, subtrai ou aplica de outra forma) os três valores de correção de erro de polarização do acelerômetro para valores de correção de erro de polarização do acelerômetro determinados durante uma execução anterior (por exemplo, uma iteração prévia) do módulo estimador de Kalman 22 para produzir três valores atualizados de correção de erro de polarização do acelerômetro, cada um correspondente a um dos acelerômetros 24A-24C. O módulo de fator de escala e de polarização do acelerômetro 116 emite os três valores atualizados de correção de erro de polarização do acelerômetro e os três valores atualizados de correção de erro do fator de escala do acelerômetro como valores de correção de erro de polarização e fator de escala do acelerômetro de Kalman EKA, que são recebidos como entrada pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 e utilizados durante as operações de correção de erro do acelerômetro.

[0060] O módulo do fator de escala e polarização do giroscópio de taxa 118 aplica (por exemplo, adiciona, subtrai ou aplica de outra forma) os três valores de correção de erro de polarização do giroscópio de taxa do vetor de estado de Kalman X para avaliar os valores de correção de erro de polarização do giroscópio determinados durante uma execução anterior (por exemplo, iteração) do módulo estimador de Kalman 22 para produzir três valores atualizados de correção de erro de polarização de giroscópio de taxa, cada um correspondente a um dos giroscópios de velocidade 32A-32C. Da mesma forma, o módulo do fator de escala e polarização do giroscópio de taxa 118 aplica (por exemplo, acrescenta, subtrai ou aplica de outra forma) os três valores de correção de erro de polarização do giroscópio de taxa para valores de correção de erro de polarização do giroscópio de taxa determinados durante uma execução anterior (por exemplo, uma iteração prévia) do módulo estimador de Kalman 22 para produzir três valores atualizados de correção de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 44/67 / 47 erro de polarização do giroscópio de taxa, cada um correspondente a um dos acelerômetros 32A-32C. O módulo de fator de escala e polarização do giroscópio de taxa 118 emite os três valores de correção de erro de polarização de giroscópio de taxa atualizados e os três valores de correção de erro de fator de escala de giroscópio de taxa atualizados como valores de correção de erro de polarização e de fator de escala de giroscópio de taxa de Kalman EK-G, que são recebidos como entrada pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 e utilizados durante as operações de correção de erro do giroscópio de taxa.

[0061] Consequentemente, a IMU 10 que implementa o módulo 22 do estimador de Kalman, determina de modo iterativo e adaptativo valores de correção de erro de fatores de escala e de polarização que são aplicados pelo módulo de compensação e correção do sensor inercial 18 às saídas dos acelerômetros 24A-24C e giroscópios de velocidade 32A-32C para produzir saídas de taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo do corporal compensadas para erros 14. Como tal, o módulo 22 do estimador de Kalman pode ajudar a corrigir as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14 para erros não determinísticos que podem ser imprevisíveis na natureza.

[0062] FIG. 5 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra os detalhes do módulo estimador de Kalman 22 da FIG. 1 para produzir quatérnio de atitude inicial q^Cinit que representa uma atitude inicial da IMU 10. Ou seja, a FIG. 5 ilustra os detalhes do módulo estimador de Kalman 22 que são executados durante uma fase de inicialização da IMU 10, como após a inicialização inicial, a reinicialização ou outras fases de inicialização. Em geral, muitos módulos e operações do módulo estimador de Kalman 22 descritos em relação ao exemplo da FIG. 5 são substancialmente semelhantes aos módulos e operações do módulo estimador Kalman 22 que foram descritos acima em relação à FIG. 4. Para fins de clareza e facilidade de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 45/67 / 47 discussão, os mesmos números de referência são usados para módulos semelhantes e apenas as diferenças em módulos e operações são descritas abaixo em relação ao exemplo da FIG. 5.

[0063] Como ilustrado na FIG. 5, o módulo estimador de Kalman 22 inclui atualização do módulo de estimativa de atitude inicial 120 e atualização do módulo de atitude 122, que são implementados pelo módulo estimador de Kalman 22 durante as operações de inicialização. No exemplo da FIG. 5, o módulo de matriz de medição 102 recebe a matriz de direção-cosseno integrada ZC do módulo de direção-cosseno de integrado 92 e produz a matriz de medição H, que é passada para o módulo de filtro de Kalman 112. O módulo de filtro de Kalman 112 recebe o vetor de medição y, e a matriz de covariância de medição R como entrada e executa um filtro de Kalman estendido para produzir o vetor de estado de Kalman XC. Vetor do estado de Kalman XC é um vetor de três elementos, os três elementos correspondentes aos valores de correção de erro da terceira linha (ou seja, componentes de passo e rolagem) da matriz de direção-cosseno integrada ZC. O módulo de filtro de Kalman 112 emite o vetor de estado XC para atualizar o módulo de estimativa de atitude inicial 120, que aplica (por exemplo, subtrai, adiciona ou aplica de outra forma) os valores de correção de erro de uma execução anterior (por exemplo, uma iteração anterior) do módulo estimador de Kalman 22 para determinar um vetor de atitude inicial atualizado C3X. O módulo de estimativa de atitude inicial atualizado 120 emite vetor de atitude inicial atualizado C3X ao módulo de vetor de medição 104, que aplica (por exemplo, multiplica) o vetor de atitude inicial atualizado C3X ao vetor de medição y para produzir um vetor de medição atualizado y. O módulo estimador de Kalman 22 executa iterativamente o módulo de vetor de medições 104, o módulo de filtro de Kalman 112 e o módulo de estimativa de atitude inicial atualizado 120 para uma duração de limite de tempo, tal como 10 segundos ou outras durações de tempo limiar, para determinar e modificar

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 46/67 / 47 iterativamente o vetor de atitude inicial atualizado C3X. O módulo de estimativa de atitude inicial atualizado 120 fornece o vetor de atitude inicial atualizado C3X para o módulo de atitude atualizado 122, que converte a informação de atitude do vetor de atitude inicial C3X para forma quatérnio e produzir quatérnio de atitude inicial q^Cinit para o módulo de determinação de atitude 20 para uso durante as operações de inicialização da IMU 10.

[0064] Consequentemente, as técnicas de implementação da IMU 10 desta divulgação utilizam valores de parâmetros de dados aéreos, como velocidade real e ângulo de ataque, para produzir valores de saída de taxa angular e de aceleração corrigidos para erro. IMU 10 determina a atitude do veículo sob a forma de quatérnio de atitude q^C com base na aceleração detectada e informações de posição rotacional recebidas dos acelerômetros 24A-24C e dos giroscópios 32A-32C. Os valores dos parâmetros de dados aéreos são utilizados pelo módulo estimador de Kalman 22 para estimar o erros do fator de escala e de polarização do sensor que são fornecidos como feedback para ajustar e corrigir os valores de saída detectados dos acelerômetros 24A-24C e dos giroscópios 32A-32C. Consequentemente, as técnicas descritas neste documento podem aumentar a precisão das saídas da IMU 10 (ou seja, as taxas angulares do eixo corporal 12 e as acelerações do eixo corporal 14) modificando as saídas para compensar erros determinísticos (por exemplo, fator de escala dependente da temperatura e erros de polarização, erros de não-linearidade do sensor e erros de não-ortogonalidade) e corrigem erros não determinísticos que podem se manifestar como fator de escala de sensor e erros de polarização que surgem durante a operação de (ou entre operações de) IMU 10.

Discussão das Modalidades Possíveis [0065] São apresentadas a seguir as descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0066] Uma unidade de medição inercial inclui um conjunto de sensor

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 47/67 / 47 inercial, um módulo de compensação e correção de sensor inercial e um módulo estimador de Kalman. O conjunto do sensor inercial inclui uma pluralidade de acelerômetros e uma pluralidade de giroscópios de velocidade. Cada um da pluralidade de acelerômetros está configurado para detectar a aceleração de IMU ao longo de um de vários eixos. Cada um da pluralidade de giroscópios de velocidade está configurado para detectar a taxa de rotação de IMU ao longo de um da pluralidade de eixos. O módulo de compensação e correção do sensor inercial é configurado para aplicar um conjunto de valores de compensação de erro à aceleração detectada pela pluralidade de acelerômetros e à taxa de rotação detectada pela pluralidade de giroscópios de velocidade para produzir uma aceleração compensada e uma taxa de rotação compensada da IMU. O módulo estimador de Kalman está configurado para determinar uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo com base na aceleração compensada e na taxa de rotação compensada da IMU, determinar um conjunto de valores de correção de erro com base na diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU e fornecer o conjunto de valores de correção de erros para o módulo de compensação e correção do sensor inercial. O módulo de compensação e correção do sensor inercial é ainda configurado para aplicar o conjunto de valores de correção de erro a cada aceleração compensada e à taxa de rotação compensada para produzir uma aceleração corrigida de erro e uma taxa de rotação corrigida por erro e emitir a aceleração com corrigida de erros e taxa de rotação corrigida de erros.

[0067] A unidade de medida inercial do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir, adicionalmente e/ou alternativamente, qualquer uma ou mais das seguintes características, configurações, operações e/ou componentes adicionais:

[0068] O módulo estimador de Kalman pode ser configurado para determinar o conjunto de valores de correção de erros através de um filtro de

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Kalman estendido que utiliza a diferença entre a mudança na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU como entrada e produz o conjunto de valores de correção de erro como saída.

[0069] O conjunto do sensor inercial pode ainda incluir uma pluralidade de sensores de temperatura configurados para detectar a temperatura de um ambiente operacional da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de velocidade. O conjunto de valores de compensação de erro pode incluir valores de compensação de erro dependentes da temperatura. O módulo de compensação e correção do sensor de inércia pode ser configurado para aplicar o conjunto de valores de compensação de erro, determinando os valores de compensação de erro dependentes da temperatura com base na temperatura detectada de cada um da pluralidade de sensores de temperatura.

[0070] Os valores de compensação de erro dependentes da temperatura podem incluir valores de compensação de erro de fator de escala dependentes da temperatura, valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura e valores de compensação de erro de nãolinearidade dependentes da temperatura para cada uma da pluralidade de acelerômetros e cada um da pluralidade de giroscópios de taxa.

[0071] Cada um dos valores de compensação de erro do fator de escala dependentes da temperatura pode corresponder a um erro na inclinação da saída do sensor em uma faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa. Cada um dos valores de compensação de erro de polarização dependentes de temperatura pode corresponder a um erro de deslocamento não zero de saída do sensor na faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa. Cada um dos valores de compensação de erro de não-linearidade dependentes de temperatura pode corresponder a uma não-linearidade da saída do sensor na faixa de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 49/67 / 47 temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa.

[0072] O conjunto de valores de compensação de erro pode incluir um valor de compensação de erro não ortogonalidade correspondente a um erro de não-ortogonalidade da pluralidade de eixos.

[0073] A pluralidade de eixos pode incluir uma primeira pluralidade de eixos que definem uma estrutura de referência do eixo do sensor. O módulo estimador de Kalman pode ser configurado para determinar a alteração na aceleração integrada da IMU, transformando a aceleração compensada da estrutura de referência do eixo do sensor para uma estrutura de referência do eixo corporal definido por uma segunda pluralidade de eixos alinhados em relação a um corpo em movimento que inclui a IMU e integrando a aceleração compensada na estrutura de referência do eixo corporal ao longo do intervalo de tempo.

[0074] O módulo estimador de Kalman pode ser configurado adicionalmente para determinar o conjunto de valores de correção de erros ao remover um efeito da gravidade da diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU.

[0075] O módulo do estimador de Kalman pode ser configurado para remover o efeito da gravidade da aceleração compensada, determinando o efeito da gravidade com base na atração de massa em função de uma distância radial entre a IMU e um centro da Terra.

[0076] A pluralidade de acelerômetros pode incluir três acelerômetros. A pluralidade de giroscópios de taxa pode incluir três giroscópios de taxa. A pluralidade de eixos pode incluir três eixos. Cada um dos três acelerômetros pode ser alinhado para detectar a aceleração da IMU ao longo de um dos três eixos. Cada um dos três giroscópios de taxa pode ser alinhado para detectar a taxa de rotação da IMU ao longo de um dos três eixos.

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 50/67 / 47 [0077] Método inclui detecção de aceleração de uma unidade de medição inercial (IMU) ao longo de uma pluralidade de eixos através de uma pluralidade de acelerômetros da IMU e a taxa de rotação de detecção da IMU ao longo da pluralidade de eixos através de uma pluralidade de giroscópios de velocidade da IMU. O método inclui ainda aplicar um conjunto de valores de compensação de erro para cada uma das acelerações detectadas e para a taxa de rotação detectada para produzir uma aceleração compensada e uma taxa de rotação compensada da IMU, determinando uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo baseado na aceleração compensada e na taxa de rotação compensada da IMU, e determinar um conjunto de valores de correção de erro com base em uma diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU. O método inclui ainda aplicar o conjunto de valores de correção de erro para cada uma das acelerações compensadas e para a taxa de rotação compensada para produzir uma aceleração corrigida de erro e uma taxa de rotação corrigida de erro, e emitir aceleração corrigida de erro e a taxa de rotação corrigida de erro.

[0078] O método do parágrafo anterior pode, opcionalmente, incluir, adicionalmente e/ou alternativamente, qualquer uma ou mais das seguintes características, configurações, operações e/ou componentes adicionais:

[0079] Determinar o conjunto de valores de correção de erros pode incluir determinar o conjunto de valores de correção de erros através de um filtro de Kalman estendido que utiliza a diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU como entrada e produz a conjunto de valores de correção de erro como saída.

[0080] O método pode incluir ainda a detecção da temperatura de um ambiente operacional da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa através de uma pluralidade de sensores de temperatura da IMU. O conjunto de valores de compensação de erro pode incluir valores de

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 51/67 / 47 compensação de erro dependentes da temperatura. Aplicar o conjunto de valores de compensação de erro pode incluir determinar os valores de compensação de erro dependentes da temperatura com base na temperatura detectada de cada um da pluralidade de sensores de temperatura.

[0081] Os valores de compensação de erro dependentes da temperatura podem incluir valores de compensação de erro de fator de escala dependentes da temperatura, valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura e valores de compensação de erro de nãolinearidade dependentes da temperatura para cada uma da pluralidade de acelerômetros e cada um da pluralidade de giroscópios de taxa.

[0082] Cada um dos valores de compensação de erro do fator de escala dependentes da temperatura pode corresponder a um erro na inclinação da saída do sensor em uma faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa. Cada um dos valores de compensação de erro de polarização dependentes de temperatura pode corresponder a um erro de deslocamento não zero de saída do sensor na faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa. Cada um dos valores de compensação de erro de não-linearidade dependentes de temperatura pode corresponder a uma não-linearidade da saída do sensor na faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de giroscópios de taxa.

[0083] O conjunto de valores de compensação de erro pode incluir um valor de compensação de erro não ortogonalidade correspondente a um erro de não-ortogonalidade da pluralidade de eixos.

[0084] A pluralidade de eixos pode incluir uma primeira pluralidade de eixos que definem uma estrutura de referência do eixo do sensor. Determinar a alteração na aceleração integrada da IMU pode incluir transformar a aceleração compensada da estrutura de referência do eixo do

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 52/67 / 47 sensor para uma estrutura de referência do eixo corporal definido por uma segunda pluralidade de eixos alinhados em relação a um corpo em movimento que inclui a IMU e integrando a aceleração compensada na estrutura de referência do eixo corporal ao longo do intervalo de tempo.

[0085] Determinar a mudança na aceleração integrada da IMU pode incluir ainda a remoção de um efeito da gravidade da aceleração compensada antes de integrar a aceleração compensada na estrutura de referência do eixo corporal.

[0086] Remover o efeito da gravidade da aceleração compensada pode incluir determinar o efeito da gravidade com base na atração de massa em função de uma distância radial entre a IMU e um centro da Terra.

[0087] A pluralidade de acelerômetros pode incluir três acelerômetros. A pluralidade de eixos pode incluir três eixos. Cada um dos três acelerômetros pode ser alinhado para detectar a aceleração da IMU ao longo de um dos três eixos. Cada um dos três giroscópios de taxa pode ser alinhado para detectar a taxa de rotação da IMU ao longo de um dos três eixos.

[0088] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidades exemplares, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material em particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar de seu escopo essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não esteja limitada à(s) modalidade(s) divulgada(s) em particular, mas que a invenção inclua todas as modalidades abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Unidade de medição inercial (IMU), caracterizada pelo fato de que compreende:

um conjunto de sensores inerciais que compreende:

uma pluralidade de acelerômetros, cada um da pluralidade de acelerômetros configurados para sensorear a aceleração da IMU ao longo de um de uma pluralidade de eixos geométricos; e uma pluralidade de girômetros, cada um da pluralidade de girômetros configurado para sensorear a taxa rotacional da IMU ao longo de um da pluralidade de eixos geométricos;

um módulo de compensação e correção de sensor inercial configurado para aplicar uma série de valores de compensação de erro para aceleração sensoreada pela pluralidade de acelerômetros e a taxa rotacional sensoreada pela pluralidade de girômetros para produzir uma aceleração compensada e uma taxa rotacional compensada da IMU; e um módulo estimador de Kalman configurado para:

determinar uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo com base na aceleração compensada e na taxa rotacional compensada da IMU;

determinar uma série de valores de correção de erros com base em uma diferença entre a mudança na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU; e fornecer a série de valores de correção de erros para o módulo de compensação e correção do sensor inercial;

em que o módulo de compensação e correção do sensor inercial é configurado adicionalmente para:

aplicar a série de valores de correção de erros para cada aceleração compensada e a taxa rotacional compensada para produzir uma aceleração de correção de erro e uma taxa rotacional de correção de erro; e

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2 / 8 emitir a aceleração de correção de erros e a taxa rotacional de correção de erro.

2. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo estimador de Kalman está configurado para determinar a série de valores de correção de erros através de um filtro Kalman estendido que utiliza a diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU como entrada e produz a série de valores de correção de erros como emissão.
3. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de sensor inercial compreende adicionalmente uma pluralidade de sensores de temperatura configurados para sensorear a temperatura de um ambiente operacional da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de girômetros;

em que a série de valores de compensação de erro compreende valores de compensação de erro dependentes da temperatura; e em que o módulo de compensação e correção do sensor inercial é configurado para aplicar a série de valores de compensação de erro determinando os valores de compensação de erro dependentes da temperatura com base na temperatura sensoreada de cada um dos vários sensores de temperatura.
4. IMU de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os valores de compensação de erro dependentes da temperatura compreendem valores de compensação de erro de fator de escala dependentes da temperatura, valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura e valores de compensação de erro de não linearidade dependentes da temperatura para cada um da pluralidade de acelerômetros e cada uma da pluralidade de girômetros.
5. IMU de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que cada um dos valores de

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3 / 8 compensação de erro do fator de escala dependentes da temperatura corresponde a um erro em uma inclinação da emissão do sensor em uma faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e pluralidade de girômetros;

em que cada um dos valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura corresponde a um erro de deslocamento não nulo de emissão do sensor ao longo da faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e pluralidade de girômetros; e em que cada um dos valores de compensação de erro de não linearidade dependentes da temperatura corresponde a uma não linearidade da emissão do sensor na faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e pluralidade de girômetros.
6. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a série de valores de compensação de erro compreende um valor de compensação de erro de não ortogonalidade correspondente a um erro de não ortogonalidade da pluralidade de eixos geométricos.
7. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de eixos geométricos compreende uma primeira pluralidade de eixos geométricos que definem uma estrutura de referência do eixo geométrico do sensor; e em que o módulo estimador de Kalman está configurado para determinar a alteração na aceleração integrada da IMU:

transformando a aceleração compensada da estrutura de referência do eixo geométrico do sensor para uma estrutura de referência de eixo geométrico do corpo definido por uma segunda pluralidade de eixos geométricos alinhados em relação a um corpo móvel que inclui a IMU; e integrando a aceleração compensada na estrutura de referência

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4 / 8 do eixo geométrico do corpo ao longo do intervalo de tempo.
8. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo estimador de Kalman é configurado adicionalmente para determinar a série de valores de correção de erros, removendo um efeito da gravidade da diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU.
9. IMU de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o módulo estimador de Kalman é configurado adicionalmente para determinar a série de valores de correção de erros, removendo um efeito das forças de aceleração de Coriolis da diferença entre a mudança na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU.
10. IMU de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de acelerômetros compreende três acelerômetros;

em que a pluralidade de girômetros compreende três girômetros;

em que a pluralidade de eixos geométricos compreende três eixos geométricos;

em que cada um dos três acelerômetros está alinhado para sensorear a aceleração da IMU ao longo de um dos três eixos geométricos; e em que cada um dos três girômetros está alinhado para sensorear a taxa rotacional da IMU ao longo de um dos três eixos geométricos.
11. Método, caracterizado pelo fato de que compreende:

sensorear a aceleração de uma unidade de medição inercial (IMU) ao longo de uma pluralidade de eixos geométricos através de uma pluralidade de acelerômetros da IMU;

sensorear a taxa rotacional da IMU ao longo da pluralidade de

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5 / 8 eixos geométricos através de uma pluralidade de girômetros da IMU;

aplicar uma série de valores de compensação de erro para cada uma das acelerações sensoreadas e a taxa rotacional sensoreada para produzir uma aceleração compensada e uma taxa rotacional compensada da IMU;

determinar uma alteração na aceleração integrada da IMU ao longo de um intervalo de tempo com base na aceleração compensada e na taxa rotacional compensada da IMU;

determinar uma série de valores de correção de erros com base em uma diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e uma alteração na velocidade real da IMU;

aplicar a série de valores de correção de erros para cada aceleração compensada e a taxa rotacional compensada para produzir uma aceleração de correção de erro e uma taxa rotacional de correção de erro; e produzir a aceleração de correção de erros e na taxa rotacional corrigida por erro.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a determinação da série de valores de correção de erros compreende a determinação da série de valores de correção de erros através de um filtro Kalman estendido que utiliza a diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU como entrada e produz a série de valores de correção de erro como emissão.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

temperatura de sensoreação de um ambiente operacional da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de girômetros através de uma pluralidade de sensores de temperatura da IMU;

em que a série de valores de compensação de erro compreende valores de compensação de erro dependentes da temperatura; e

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6 / 8 em que a aplicação da série de valores de compensação de erros compreende a determinação dos valores de correção de erro dependentes da temperatura com base na temperatura sensoreada de cada um da pluralidade de sensores de temperatura.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os valores de compensação de erro dependentes da temperatura compreendem valores de compensação de erro de fator de escala dependentes da temperatura, valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura e valores de compensação de erro de não linearidade dependentes da temperatura para cada um da pluralidade de acelerômetros e cada uma da pluralidade de girômetros.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada um dos valores de compensação de erro do fator de escala dependentes da temperatura corresponde a um erro em uma inclinação da emissão do sensor em uma faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de girômetros;

em que cada um dos valores de compensação de erro de polarização dependentes da temperatura corresponde a um erro de deslocamento não nulo de emissão do sensor ao longo da faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de girômetros; e em que cada um dos valores de compensação de erro de não linearidade dependentes da temperatura corresponde a uma não linearidade da emissão do sensor na faixa de temperatura para um respectivo da pluralidade de acelerômetros e a pluralidade de girômetros.
16. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a série de valores de compensação de erro compreende um valor de compensação de erro de não

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 59/67 ortogonalidade correspondente a um erro de não ortogonalidade da pluralidade de eixos geométricos.
17. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eixos geométricos compreende uma primeira pluralidade de eixos geométricos que definem uma estrutura de referência do eixo geométrico do sensor; e em que determinar a alteração na aceleração integrada da IMU compreende:

transformar a aceleração compensada da estrutura de referência do eixo geométrico do sensor para uma estrutura de referência de eixo geométrico do corpo definido por uma segunda pluralidade de eixos geométricos alinhados em relação a um corpo móvel que inclui a IMU; e integrar a aceleração compensada na estrutura de referência do eixo geométrico do corpo ao longo do intervalo de tempo.
18. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a determinação da série de valores de correção de erros compreende a remoção de um efeito da gravidade da diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU
19. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a determinação da série de valores de correção de erros compreende a remoção de um efeito das forças de aceleração de Coriolis a partir da diferença entre a alteração na aceleração integrada da IMU e a alteração da velocidade real da IMU.
20. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de acelerômetros compreende três acelerômetros;

em que a pluralidade de girômetros compreende três girômetros;

Petição 870180021792, de 19/03/2018, pág. 60/67 em que a pluralidade de eixos geométricos compreende três eixos geométricos;

em que cada um dos três acelerômetros está alinhado para sensorear a aceleração da IMU ao longo de um dos três eixos geométricos; e em que cada um dos três girômetros está alinhado para sensorear a taxa rotacional da IMU ao longo de um dos três eixos geométricos.