CN101617199A - 一种用于补偿位置测量设备中的漂移的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于补偿安装在对象诸如船舶或另外的交通工具上的位置测量装置的漂移的方法，包括用于测量对象绕轴的旋转的至少一个陀螺仪(6)以及至少一个加速度计(3)，所述加速度计用于测量由于对象相对于重力加速度沿两个相互竖直方向的定向引起的重力加速度的两个互相竖直的分量，这两个相互竖直的分量一起与对象绕轴的旋转相对应。本发明的特征在于，对来自加速度计的输出信号(4)进行低通滤波，对来自陀螺仪的输出信号(7)进行低通滤波，比较这两个信号，并且使用来自加速度计(3)的输出信号(4)补偿来自陀螺仪(6)的输出信号(7)，使得减小或消除由漂移引起的陀螺仪(6)的输出信号(7)的偏差，以及由此生成的、补偿的信号(16)构成来自陀螺仪(6)的输出信号。

Description

一种用于补偿位置测量设备中的漂移的方法
技术领域
本发明涉及一种用于补偿位置测量装置的漂移的方法。
背景技术
当定位例如在移动对象诸如船舶上的卫星天线时，通过使用陀螺仪和加速度计测量各种轴和角度，以达到能够使用来自这些传感器的信号指引卫星天线，使得卫星天线一直指向所期望的卫星，即使船舶在水中移动。
在本实例中，陀螺仪模块包括三个测量轴正交安装的光纤陀螺仪和三轴加速度计。由此，这样一个单元产生关于绕三个轴旋转和在三个方向上移动的线性变化的信息。
陀螺仪产生高质量的关于动态旋转运动的信息，但是该陀螺仪具有漂移的缺点以及因此生成错误的旋转运动信息。
发明内容
本发明解决这个问题。
因此，本发明涉及一种补偿安装在对象诸如船舶或另外的交通工具上的位置测量装置的漂移的方法，包括用于测量对象绕轴的旋转的至少一个陀螺仪以及至少一个加速度计，所述加速度计用于测量由于对象相对于重力加速度沿两个相互竖直方向的定向引起的重力加速度的两个互相竖直的分量，这两个相互竖直的分量一起与对象绕所述轴的旋转相对应，其特征在于，对来自加速度计的输出信号进行低通滤波，对来自陀螺仪的输出信号进行低通滤波，比较这两个信号，并使用来自加速度计的输出信号补偿来自陀螺仪的输出信号，使得减小或消除由于漂移引起的陀螺仪的输出信号的偏差，以及由此生成的、补偿的信号构成陀螺仪的输出信号。
附图说明
下面，部分地结合附图中所示的实施例更详细地描述本发明，其中
-图1示出了坐标系统；以及
-图2示出了对于一个维度的补偿设备的方框图，该维度对于一个陀螺仪。
具体实施方式
在图1中，示出了坐标系统，其被指定用于交通工具。下面，用船舶举例说明该交通工具。在图1中，Y轴指出从船舶竖直向上的方向，X轴沿着船舶前进方向的纵轴以及Z轴横过船舶的纵轴。当船舶侧向摇摆时，船舶绕X轴转动，如箭头1所示。当船舶前后颠簸时，船舶绕Z轴转动，如箭头2所示。
一个陀螺仪测量绕X轴的旋转，一个陀螺仪测量绕Y轴的旋转，以及一个陀螺仪测量绕Z轴的旋转。
加速度计测量沿X轴、Y轴以及Z轴的线性运动。
例如，在摇摆期间，只有绕X轴的旋转将被陀螺仪测量。加速度计分别使用其在Y轴和Z轴方向的传感器测量相应的运动。因此，关于摇摆运动的冗余的信息出现在系统中。
加速度计不适于测量快速变化，但是非常适用于测量静态测量值。
合适的陀螺仪的例子是那些在商业中由KVH工业公司售卖的名为KVHDSP-3000的产品。合适的加速度计的一个例子是由在瑞士日内瓦的ST微电子售卖的产品。
因此，本发明涉及一种补偿安装在对象诸如船舶或另外的交通工具上的位置测量装置的漂移的方法，包括用于测量对象绕轴的旋转的至少一个陀螺仪以及至少一个加速度计，所述至少一个加速度计用于测量由于对象相对于重力加速度沿两个相互竖直方向的定向引起的重力加速度的两个互相竖直的分量，这两个相互竖直的分量一起与对象绕所述轴的旋转相对应。
根据本发明，在低通滤波器5中对来自加速度计3的输出信号4进行低通滤波。通过低通过滤加速度计的摇摆值，获得对应于船舶绕其摇摆的平衡点的信号。也在低通滤波器8中对来自陀螺仪6的输出信号7进行低通滤波。通过低通过滤陀螺仪数据，获得由于陀螺仪漂移引起缓慢地漂移的摇摆值。
根据本发明，比较该两个低通滤波的信号，并且使用来自加速度计的输出信号补偿来自陀螺仪的输出信号，使得减少或消除由漂移引起的陀螺仪的输出信号的偏差。由此确定的信号构成来自陀螺仪的输出信号。
根据优选的实施例，在相应的低通滤波后在已知类型的减法电路11中对信号9、10进行相减，借此获得差12。该差通过合适的、已知的控制器13。其中，该控制器控制补偿因数的大小。在另一个合适的、已知的减法电路15中将来自陀螺仪6的输出信号7减去在控制器13之后的差14。由此确定的差构成来自陀螺仪6的输出信号16，其中陀螺仪的漂移已经被补偿。
因此，本方法解决了开始提到的问题。
图2所描述的电路可以被设计成分立元件，但是根据本发明的优选实施例，在处理器中以数字形式执行所述低通滤波和所述减法，换句话说，作为数字信号处理。
显而易见的是，在用于位置测量的所述装置中存在多个陀螺仪的情况下，使用加速度计的两个相互线性运动对每个单独的陀螺仪分别执行所述补偿，这两个相互线性运动描述了要被补偿的当前陀螺仪的旋转。
根据优选的实施例，处理来自两个或多个加速度计3的输出信号以补偿两个或多个陀螺仪6。为此，使用来自加速度计的输出信号描述对象在二维或三维的位置或运动，在此之后，补偿每个陀螺仪。
就船舶而言，根据本方法，不能补偿测量绕Y轴的旋转的陀螺仪，利用船舶的陀螺罗盘执行对那个陀螺仪的补偿。
以上，已经使用用于船舶运动的位置测量的装置对本发明进行了举例说明。
然而，本发明也可应用于沿地面移动的交通工具，例如承载卫星天线的交通工具，当交通工具在沿地面移动时随着交通工具的位置的改变，卫星天线相对于交通工具的方向必须连续改变。此外，本发明可应用于各种类型的浮动交通工具。

Claims (5)

1、一种用于补偿安装在对象诸如船或另外的交通工具上的位置测量装置的漂移的方法，包括用于测量对象绕轴的旋转的至少一个陀螺仪(6)以及至少一个加速度计(3)，所述加速度计用于测量由于对象相对于重力加速度沿两个相互竖直方向的定向引起的重力加速度的两个互相竖直的分量，这两个相互竖直的分量一起与对象绕所述轴的旋转相对应，其特征在于，对来自加速度计的输出信号(4)进行低通滤波，对来自陀螺仪的输出信号(7)进行低通滤波，比较这两个信号，使用来自加速度计(3)的输出信号(4)补偿来自陀螺仪(6)的输出信号(7)，使得减小或消除由漂移引起的陀螺仪(6)的输出信号(7)的偏差，以及由此生成的、补偿的信号(16)构成来自陀螺仪(6)的输出信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将低通滤波的信号(9、10)彼此相减，借此确定差(14)，将该差与来自陀螺仪(6)的输出信号(7)相加，并且由此确定的信号(16)构成来自陀螺仪(6)的输出信号，在该输出信号中陀螺仪的漂移已经被补偿。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，在处理器中以数字形式执行所述低通滤波以及所述减法。
4、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，使用加速度计(3)对每个单独的陀螺仪(6)分别执行所述补偿。
5、如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，来自两个或多个加速度计(3)的输出信号被处理以补偿两个或多个陀螺仪(6)。
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