BRPI0719633A2 - "método para compensar o desvio de um meio de medição de posição montado em um objeto" - Google Patents

Description

I "MÉTODO PARA COMPENSAR O DESVIO DE UM MEIO DE MEDIÇÃO DE POSIÇÃO MONTADO EM UM OBJETO".

A presente invenção se relaciona a um método para compensar desvio de um meio de medição de posição.

Para posicionamento de objetos móveis, tal como navios, através de uma antena de satélite, vários eixos e ângulos são determinados através de giroscópios e acelerômetros, de modo a posicionar a antena de satélite, usando sinais destes sensores, de modo a direcionar a antena para 10 o satélite desejado o tempo todo, a despeito do movimento próprio do objeto.

Neste exemplo, um módulo de giroscópio compreende três giroscópios de fibra óptica, dispostos ortogonalmente, e um acelerômetro triaxial. Tal unidade provê informações com respeito à rotação em torno de três eixos e mudanças lineares em movimento nas três direções.

Os giroscópios provêem informações de boa qualidade com respeito a um movimento rotacional dinâmico, mas apresentam a desvantagem de produzir desvios, que geram informações falsas com respeito a um movimento rotacional.

A presente invenção resolve este problema.

Portanto, a presente invenção se relaciona a um método para compensar o desvio de um meio de medição de posição montado em objetos, tal como um navio ou outro veiculo, compreendendo pelo menos um giroscópio para medir a rotação do objeto em torno de um eixo geométrico, e pelo menos um acelerômetro para medir dois componentes mutuamente perpendiculares da aceleração da gravidade em razão da orientação do objeto em relação à aceleração da quais componentes juntos, correspondem à rotação do objeto em torno do citado eixo, e que se caracteriza pelo fato de o sinal de saída do acelerômetro ser filtrado passa-baixo, e de o sinal de saída do giroscópio ser filtrado passa-baixo, e de ambos sinais de giroscópio e acelerômetro serem subseqüentemente comparados, e de o sinal de saída do giroscópio ser compensado usando o sinal de saída do acelerômetro, de modo a reduzir ou eliminar o desvio do sinal de saída do giroscópio, devido ao desvio, e de o sinal compensado, assim obtido, se constitui no sinal de saída do giroscópio.

A seguir, a presente invenção será descrita em detalhes, parcialmente em conexão com uma configuração ilustrada nos desenhos anexos, onde:

A figura 1 mostra um sistema de coordenadas; e A figura 2 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo compensador unidimensional de um giroscópio.

Na figura 1, se mostra um sistema de coordenadas, para um veículo - aqui, um navio. Na figura 1, o eixo Y é disposto perpendicularmente para cima a partir do navio, e o eixo X é disposto ao longo do eixo longitudinal do navio. Quando o navio se inclina, o mesmo gira em torno do eixo X, como mostrado pela seta 1, e quando o navio arfa se inclina longitudinalmente, o mesmo gira no eixo Z, como mostrado na seta 2.

Um primeiro giroscópio mede a rotação em torno do eixo X, um segundo giroscópio mede a rotação em torno do eixo Y, e um terceiro giroscópio em torno do eixo Z.

Um acelerômetro mede o movimento linear ao longo dos eixos X, Y, Z.

Por exemplo, durante rolamento, somente a rotação em torno do eixo X será medida por um giroscópio. O acelerômetro mede o correspondente movimento, usando sensores respectivamente nas direções dos eixos Y e Z. Assim, se provê uma informação redundante para o sistema, com respeito a um movimento de rolamento.

Um acelerômetro é pouco adequado para medir mudanças rápidas, mas, contudo, muito adequado para medição estática.

Um exemplo de giroscópio adequado é o KVH DSP-3000 da KVH Industries Inc, e de acelerômetro é o aparelho produzido pela STMicroletronics- Genebra, Suíça.

Assim, a presente invenção se relaciona a um método para compensar desvio de um meio de medição de posição montado em um objeto, tal como um navio ou outro veículo, compreendendo pelo menos um giroscópio, para medir a rotação do objeto em torno de um eixo, e pelo menos um acelerômetro, para medir dois componentes mutuamente 5 perpendiculares da aceleração da gravidade em razão da orientação do objeto em relação à aceleração quais componentes juntos correspondem à rotação do objeto em torno do citado eixo.

De acordo com a presente invenção, o sinal de saída 4 10 do acelerômetro 3 é filtrado passa-baixo 5. A filtração passa-baixo do valor de rolamento do acelerômetro provê um sinal que corresponde a um ponto de equilíbrio em torno do qual se dá o rolamento do navio. O sinal de saída 7 do giroscópio 6 também é filtrado passa-baixo 8. 15 Filtrando os dados de giroscópio filtrados passa-baixo, obtêm-se valores de rolamento lentamente desviados pelo desvio do giroscópio.

De acordo com a presente invenção, os dois sinais filtrados passa-baixo são comparados, e o sinal de saída 20 do giroscópio é compensado com o sinal de saída do acelerômetro, de modo a reduzir ou eliminar o desvio do sinal de saída do giroscópio, devido ao desvio. 0 sinal, assim obtido, se constituindo no sinal de saída do giroscópio.

De acordo com uma configuração preferida, os sinais 9 e 10 são subtraídos após a respectiva filtração passa-baixo em um circuito de subtração 11 conhecido, onde se obtém a diferença 12. Esta diferença passa para um controlador 13 adequado. Dentre outras coisas, o controlador controla 30 o tamanho do fator de compensação. A diferença 14, depois do controlador, é subtraída do sinal de saída 17 do giroscópio 6 em outro circuito de subtração adequado. A determinação assim estabelecida se constitui no sinal de saída 16 do giroscópio 6, onde a diferença do 35 giroscópio foi compensada.

Então, este método resolve o problema mencionado.

0 circuito descrito na figura 2 pode ser projetado com componentes discretos, mas de acordo com uma configuração preferida, as citadas filtrações passa-baixo e as citadas subtrações são executadas em formato digital em um processador, portanto, sendo um processamento digital.

Deve ser aparente que, se houver diversos giroscópios no citado meio de medição de posição, a citada compensação deve ser executada separadamente para cada giroscópio, usando dois movimentos mutuamente lineares do acelerômetro, que descrevem a rotação do giroscópio 10 corrente, que deve ser compensada.

De acordo com uma configuração preferida, são processados os sinais de saída de dois ou diversos acelerômetros 3, para compensar dois ou diversos giroscópios 6. Para isto, a posição ou movimento do objeto é descrita em duas ou 15 três dimensões, usando sinais de saída do acelerômetro, e a seguir compensando cada giroscópio.

Para um navio, o giroscópio, que mede rotação em torno do eixo Y, pode não vir a ser compensado, mas, de acordo com este método, a compensação deste giroscópio pode ser feita usando a bússola de giroscópio do navio.

A presente invenção foi apresentada em forma exemplificada com um meio de medição da posição de um navio.

No entanto, a invenção também é aplicável a veículos que 25 se movam em terra, por exemplo, veículos tendo uma antena de satélite, cuja direção em relação ao veículo muda continuamente, à medida que a posição do veículo muda quando este se movimenta. Ademais, a presente invenção é aplicável a veículos flutuantes de vários tipos.

Claims (6)

1. Método para compensar o desvio de um meio de medição de posição montado em um objeto, tal como um navio ou outro veículo qualquer, compreendendo pelo menos um giroscópio (6) para medir a rotação do objeto em torno de pelo menos um eixo geométrico, e pelo menos um acelerômetro (3) para medir dois componentes mutuamente perpendiculares da aceleração da gravidade em razão da orientação do objeto em relação à aceleração da gravidade em duas direções mutuamente perpendiculares, quais componentes juntos correspondem à rotação do objeto em torno do citado eixo geométrico, onde o sinal de saída (7) do giroscópio (6) é filtrado passa-baixo, de modo a conseguir um sinal de giroscópio filtrado passa-baixo, onde o sinal de saída (4) do acelerômetro (3) é filtrado passa-baixo, de modo a conseguir um sinal de acelerômetro filtrado passa-baixo, onde os sinais filtrados passa- baixo (9, 10) são subtraídos um do outro, resultando uma diferença (14) que é somada ao sinal de saída (7) do giroscópio (6), e onde o sinal (16) estabelecido é o sinal de saída do giroscópio (6), no qual o desvio do giroscópio foi compensado, de modo a reduzir ou eliminar o desvio do sinal de saída (7) do giroscópio (6), devido ao desvio, caracterizado pelo fato de o desvio do giroscópio (6) ser compensado usando pelo menos dois valores de medição a partir do acelerômetro (3), onde tais valores de medição se constituem nas acelerações medidas em um e no mesmo ponto em pelo menos duas direções.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o acelerômetro (3) ser um acelerômetro triaxial, que mede a aceleração em um ponto em três direções diferentes.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a diferença dos sinais filtrados passa-baixo (9, 10) passar um controlador (13), que controla o tamanho do fator de compensação, e de o sinal do controlador (13) ser subtraído do sinal de saída (7) do giroscópio (6), de modo que o sinal (16) estabelecido seja o sinal de saída do giroscópio (6), com desvio compensado, de modo a eliminar ou reduzir o desvio do sinal de saída (7) do giroscópio em virtude do desvio.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracteri zado pelo fato de as citadas filtrações passa- baixo e as citadas subtrações serem executadas em formato digital em um processador.

5.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracteri zado pelo fato de a citada compensação ser executada separadamente para cada giroscópio (6) usando um acelerômetro (3).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de os sinais de saída de dois ou diversos acelerômetros (3) serem processados para compensar dois ou diversos giroscópios (6).