CN101665150A - 动态定位架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进的动态定位架构，用于将惯性导航系统(INS)结合到船舶的动态定位(DP)系统中。该架构包括INS单元(6)和DP系统(1)，DP系统(1)具有卡尔曼滤波器(2)或其它用于将多个位置测量设备(PME)提供的数据与INS单元(6)提供的数据结合起来以得出船舶的位置或速度的估计值的算法。还提供了开关阵列(10)和开关阵列控制器(8)。这些可以可选地形成DP系统的一部分。开关阵列(10)可以在开关阵列控制器(8)的控制下操作，以将由一个或多个位置测量设备提供的数据供给INS单元(6)来用于校正偏移。实时地自动选择一个或多个PME与INS单元(6)相结合来动态地使DP系统(1)最优化。

Description

动态定位架构
技术领域
本发明涉及一种用于海上船舶动态定位(DP)的架构，即利用推进器抵抗诸如风和水流之类的环境迫力将船舶的位置维持在基准点附近并稳定其航向。该架构尤其涉及可以将惯性导航系统(INS)与DP系统相结合的方式。
术语“船舶”意在包括轮船、钻井装置和任何其它水面舰船或平台船或者可潜水的船(潜艇)。本发明主要涉及在深水中的应用，但这里对词语“海上”的使用并不意在排除本发明在淡水湖泊或其它浅水中的应用。
术语“惯性导航系统(INS)”意在包括含有惯性测量单元(IMU)的系统，其通常为具有内部或外部数据融合算法的低级别测量系统。
术语“动态定位(DP)系统”意在包括用于船舶的其它定位系统，比如将DP系统方面与系泊系统相结合的系泊定位系统和推进器辅助系泊系统。
背景技术
船舶沿六个轴运动，三个平动轴(纵荡(surge)，横荡(sway)和垂荡(heave))和三个转动轴(横摇(roll)，俯仰(pitch)和首摇(yaw))。这六个轴如图1所示。用于水面船舶的DP系统通常仅控制水平平面上的三个运动方向，即纵荡、横荡和首摇，但可能需要会考虑在所有六个轴上的测量。
DP系统的基本部件是：测量船舶位置和航向的一个或多个位置基准系统；施加控制动作的推进器；以及确定所需推力的控制器。DP系统的目的不是保持船舶绝对平稳，而是将其位置维持在可接受的限度之内。允许的位置变动的幅度取决于应用和操作关系。在许多应用中，超过可接受限度的位置损失会对人员或设备的安全或者对环境造成严重影响。因此，采取精确的测量来尽可能地保持DP系统的完善是至关重要的。
DP中的安全操作依赖于时时刻刻对船舶位置和航向的测量。为了确保这一点，即使在故障情况下，所有测量系统也要包括冗余。物理冗余需要设备的备份来保证设备任一部分的单独故障都不会导致整个系统的完全故障，并能够使用冗余硬件来避开故障设备。并行的冗余系统必须是独立的——即，单独的故障模式应当都不会使整个系统失灵。
DP系统将来自任何源的所有可用的位置测量值结合成单个的船舶位置的估计。用于结合测量值的算法可以基于卡尔曼滤波器。
测量值的源可以包括各种各样的位置测量设备(PME)，比如陀螺罗经(其独立于外部干扰而提供简洁、可靠和准确的船舶航向(首摇)测量值)、张索、卫星导航系统(其包括全球定位系统(GPS)和差分GPS(DGPS))、惯性导航系统(INS)和水声定位系统。
INS使用加速度测量值来估计船舶在惯性参考坐标系中的运动。然而，由于由重力引起的与加速度相关的物理过程，加上在这些设备本身之中固有精度和噪声，因此总存在位置测量值的偏移度。这表明有必要周期性地更新偏移的INS估计。这些更新可以由另一PME单元比如水声定位系统或卫星导航系统来提供。
INS和水声定位系统
深水声学的问题是公知的(Stephens，R.I.“Aspects of industrialdynamic positioning：reality-tolerant control”，IFA C Conference onControl Applications in Marine Systems，CAMS 2004，7-9 July 2004，Ancona，Italy，pp.41-51)。由于声音通过的距离，因此深度会带来长的声脉冲信号周期时间，除非采用所谓的声脉冲信号叠加(pingstacking)。深水还增加了收发机中替换电池的成本，这开始成为水声定位系统总成本的一个主要部分。通过增加声脉冲信号周期时间，可以延长电池寿命。声脉冲信号叠加只会减少电池寿命。遗憾的是，增加的声脉冲信号时间会对DP控制造成负面影响。即使直接配置DP卡尔曼滤波器控制器来利用长的测量更新速度也会有这样的负面影响。DP系统对偏差的检测越迟，就越倾向于导致更高的推进器使用率并且不得不对推力应用更大的调整。长的声脉冲信号时间加剧了环境力中任何变化或DP系统的船舶模型中的微小不一致。还存在这样的可能，由长的定位测量周期所引起的混叠效应会将增大的噪声引入定位测量值中。
将INS结合到水声定位系统中可以通过使用INS填补声脉冲信号之间的部分来使得长的声脉冲信号时间减小。
为了研究这种方法的优点，已经对采用了水声定位系统并结合了PHINS惯性传感器的两个小型舰船(均由法国的78160 Marly leRoi，55 Avenue Auguste Renoir的IXSEA公司提供)进行了许多测试。这些测试是在Brest(法国)的15m深的水中以及在La Ciotat(法国)的1000m深的水中以超短基线(USBL)模式来进行的。在更深的水中，没有声脉冲信号叠加的最短声脉冲信号周期时间是3秒；因此以该速率来采集数据。原始的声音数据和经过PHINS校正后的位置都被记录下来。使用每21秒而不是3秒一次所采样得到的声音测量值来从PHINS产生额外的信号。
虽然不可能按试验的时间比例在船舶上安装DP系统，但已经使用DP系统的模拟对结果进行了后处理来在相同状况下对由DP系统控制的船舶的行为进行估计。已经对模拟以及在21秒更新的原始声学信号与加了INS的声学信号之间进行的比较施加了来自INS试验的测量误差。
图2示出模拟运行期间船舶位置误差的比较。其示出通过使用INS校正大大改善了位置保持。声学的X轴误差的标准差为6.8m，而使用了INS之后将其减小到3.4m。
针对同样的情形，从DP系统实现了推力需求的甚至更大的改进。图3对有INS校正和没有INS校正的推力需求进行了比较。其示出当INS填补声脉冲信号之间部分时显著地减小了推进器的使用率。推力需求变化中的这一减小意味着更少的机械疲劳、更少的磨损和减少的维护。另一结果是减小了推进器产生的水中噪声，这意味着通过提高信噪比而具有更好的声音检测，不仅提供了更准确和更可靠的声学定位，而且能够在更深的水中工作。
通过比较DP期间的燃料消耗，得到了又一图示。通过使用近似关系P∝T1.5根据推力T估计推进器功率P，可以估计相对燃料消耗。图4示出以这种方式计算的相对燃料消耗的演变。其显示出INS能够将燃料消耗减少到五分之一或减少得更多。
INS和卫星定位系统
使用具有卫星定位系统(GPS和DGPS)的INS提供了以下好处：检测GPS故障，消除错误的“跳动”，经受住临时断电，以及减小推进需求(意味着标称运转下更低的燃料消耗)。
使用GPS和DGPS通常会发生的事情是位置估计中的跳动。这会在由于卫星升起或没入、或者由于附近物体的遮挡而导致的可见卫星星座变化(constellation change)时发生。后者的典型例子包括经过桥下或接近平台船。这些跳动通常是可以忽略的，但有时会变得严重。例如，图5示出了一个在北海的敞水区(open water)中发生的大约3米的短跳动以及大约15秒的短暂断电。跳动的严重程度取决于船舶的操作情况。在大多数情况下，3米的跳动不是什么问题。然而，在向平台船或其它船舶靠近时，即使是小的跳动也可能“令人很不舒服””。DP系统包括用于检错(包括噪声、跳动和偏移的检测)的算法。虽然这些算法本身非常复杂，然而最可靠的检错形式却有赖于对两个、三个或更多PME的比较。INS由于并不基于模型而是基于真实加速度测量值，因此它不仅用作对DGPS测量值的滤波器，还丢弃短时跳动期间的数据，并对短暂断电进行填补。
高质量INS与DGPS接收机的同时使用减小了所测量位置的高频噪声的水平。这与前述减小了声学噪声的INS一样具有减小推力需求的噪声的效果。在DGPS接收机的情况下，由于噪声开始较小，因此该效果并不显著。这种噪声减小与滤波不一样：滤波对控制系统引入了额外的相位滞后，而INS提高了测量的位置精度而不引入滞后。
已经在使用了DP系统(由英国Warwickshire郡CV21 1BU的Boughton Road，Rugby的Converteam UK Ltd所提供)和结合了PHINS惯性传感器的DGPS接收机的7000t船舶上做了海上试验。对于该试验的一部分，在作为唯一PME的具有DGPS接收机的DP系统的完全控制下并随后经过以DGPS接收机和PHINS惯性传感器的组合作为唯一PME的时段，来将船舶保持在恒定的位置。图6示出在这两个操作时段期间X轴和Y轴的推进器需求。对于DGPS接收机和INS具有明显更小的噪声。
为了对具有INS校正和没有INS校正的期望燃料消耗进行比较，如之前一样使用推进需求来采用关系式P∝T1.5估计相对的燃料消耗。在图7中示出针对10分钟时段的试验的估计结果。没有INS的系统比DGPS接收机和INS的组合多使用了40％的燃料。
INS在其它PME断电期间的有效性取决于它的偏移。该偏移是惯性测量单元(IMU)的质量、标度和校正值的函数。INS的短期精度来自其加速计的精度，而其较长期的精度来自陀螺罗经的精度。位置由加速计的二重积分定义，因此位置按照时间的平方和加速计的稳定性发生偏移。
之前，已经获得了静止的INS单元的断电数据(Paturel，Y.“PHINS，an all-in-one sensor for DP applications”，MTS DynamicPositioning Conference，28-30 September 2004，Houston，UnitedStates of America)。然而，容易理解，在海运船舶上INS从来不会是静止的。因此，模拟恶劣天气，采用在持续摆动的姿态下的GPS接收机和INS来进行一系列测试。在测试中，在周期性的间隔中去除了对INS的GPS输入，并在“断电”期间比较INS和GPS的位置。在图8和图9中示出了这些测试的典型结果。图8示出在120秒和300秒的断电期间INS偏移随时间的演变。该结果与前面静止系统的研究结果相比更好。
图9示出在120秒之后和在300秒之后的误差分布。偏移误差的分布显示出瑞利分布的形状，这是一个从高斯分布源的平方和形成的过程特征——因为偏移距离是向北方向的偏差与向东方向的偏差的平方和。
为了得到没有PME的船舶以及仅使用INS的船舶的相对偏移的思想，可以估计将船舶移动了与所观察到的INS偏移相同量的位置偏离所需的力。采用图8所示的最坏情况，在时间t＝300s后，行驶了距离s＝22m，根据a＝2s/t2＝4.9×10-4m/s可以计算出等效恒定加速度a。对于排水量为
Figure A20091017211100091
的典型供应船，实现该加速度所需的力应当为
Figure A20091017211100092
这小于通常的舰载推力的大约1％，表明在普通情况下，没有PME的船舶通常比INS偏移得快得多。另外，INS的偏移是基于加速度的真实物理测量值，并不是基于在非标称情况下(比如有大浪的恶劣天气，或者缆绳或应连到平台船上的脐索断裂)就会降级的模型。
应当注意，在图8中示出的试验之间的间隔(即在这些间隔期间GPS再次可用)在30秒和300秒之间，每两个(试验曲线)之间没有明显差异。这表明PHINS惯性传感器的自对准性能非常好，并且断电之间的间隔不容易成为实际情况中的问题。
已知的DP系统架构
由于INS依赖于位置测量值来连续地估计加速计中的误差，因此不可能把INS单独作为独立的PME单元来对待。它总依赖于一个或多个其它的PME单元。所以，为了保持PME单元之间的独立性，通常的实践方式是应当将INS单元与单个PME单元紧密结合，例如与水声定位系统结合。
图10示出DP系统的典型架构的示例。DP系统从多个PME单元(在该情况下，从被标记为GPS1和GPS2的两个卫星导航系统和被标记为Acoustics1的水声定位系统)以及一个INS单元接收数据。由PME单元和INS单元提供的数据通常将代表位置测量值，但也可以代表例如加速度测量值或速度测量值。在由PME单元和INS单元所提供的数据中还可以包括额外的信息，比如状态指示符、数据质量指示符和统计信息。
INS单元从被标记为Acoustics2的第二水声定位系统接收数据，DP系统将第二水声定位系统和INS单元的组合作为单个输入(即作为单个PME单元)来对待。来自第二水声定位系统的数据用来校正INS单元中的偏移。
在该构造下，重要的是，将与第二水声定位系统和INS单元组合的质量相关的信息传递到DP系统。例如，如果INS单元丢失了来自第二水声定位系统的数据，那么应当对DP发出警告。
容易理解，两个卫星导航系统GPS 1和GPS2中之一也可以按相同方式与一个INS结合。换言之，INS单元可以从GPS接收机接收数据来校正INS单元中的偏移。
图11示出一个替代的架构。在该架构中，DP系统从多个PME单元(在该情况下，从被标记为GPS1和GPS2的两个卫星导航系统和被标记为Acoustics1和Acoustics2的两个水声定位系统)以及一个INS单元接收数据。该INS单元可以从所有PME单元接收数据。不过，重要的是，INS单元在任何一个时间都使用仅由一个PME单元提供的数据，以保持其独立于其它PME单元。图11示出的替代架构为操作者提供了灵活性的主要优点。操作者能够根据他的应用在两个可能的构造中作出选择。例如，如果需要声音，则操作者可以选择INS单元从水声定位系统之一接收数据的构造。反之，操作者可以选择INS单元从卫星导航系统之一接收数据的构造。来自PME单元的数据将用来校正INS单元的偏移。
发送到DP系统的状态指示符必须包括DP系统用来确定PME单元和INS单元的构造的足够信息。尤其是，DP系统必须能够确保在INS计算中使用的特定PME单元没有被卡尔曼滤波器用来得出船舶位置估计值。例如，如果INS单元构造来从第二水声定位系统(Acoustics2)接收位置测量值，那么DP系统将不使用直接从第二水声定位系统提供的任何位置测量值来得出船舶位置估计值。不过，DP系统可以使用直接从第二水声定位系统提供的任何额外信息。当然，DP系统将使用由INS单元提供的任何位置测量值来得出船舶位置估计值。
图11的替代架构在现有设备中已经是可行的，因为PHINS惯性传感器包括多个输入端口。
发明内容
本发明提供了改进的架构，包括：
惯性导航系统；和
用于船舶的动态定位系统，其具有用于将由多个位置测量设备的至少一个提供的数据与由惯性导航系统提供的数据结合起来得出船舶的位置或速度的估计值的装置；
开关阵列；和
开关阵列控制器；
其中开关阵列在开关阵列控制器的控制下操作，以将由多个位置测量设备的至少一个提供的数据供给惯性导航系统来用于校正偏移。
惯性导航系统(INS)和动态定位(DP)系统的结合提供了前文所述的某些技术优势。该改进的架构允许通过从多个定位测量设备(PME)的一个或多个中提供周期性的更新来校正INS的偏移。与之前的架构不一样的是，对要与INS结合的PME的选择由开关阵列在开关阵列控制器的控制下自动执行，以使整个DP系统最优化。
没有被INS用来校正偏移的任何数据都可以由DP系统用来得出船舶位置估计值。
该架构适合于与如下其它各种各样的PME一同使用，包括提供长基线(LBL)位置数据和/或超短基线(USBL)位置数据或者已知的范围或估计值位置的水声定位系统，提供GPS或差分GPS(DGPS)位置数据的卫星导航系统，基于激光的系统，基于无线电的系统，基于雷达的系统，机械系统(张索)，或者提供速度数据的测速器(比如电磁测速器或多普勒测速器(DVL))。DVL通过测量从海床反射的高频声音信号的多普勒偏移(通常称为“海底封闭”)来得出船舶相对于海床的速度，或者测量从龙骨下方的水中粒子反射的高频声音信号的多普勒偏移(通常称为“水封闭”)来得出船舶相对于周围的水的速度。
由多个PME和所述INS提供的数据通常代表位置测量值，但也可以代表例如加速度测量值或速度测量值。在INS是惯性测量单元(IMU)的情况下(通常可以将低级别测量系统结合在INS内)，数据通常代表加速度测量值。在PME是DVL的情况下，数据通常代表速度测量值。在由多个PME以及INS提供的数据中也可以包括如状态指示符、数据质量指示符和统计信息之类的额外信息。
可以通过在架构部件之间延伸的通信线路(典型的是导线或电缆)来传送数据。
开关阵列控制器可以使用由多个PME所提供的数据(可选地，还可以是由DP系统和/或INS提供的船舶位置或速度估计值)来自动操作开关阵列，以对由所述多个PME中的一个或多个所提供的数据进行选择，并将所选数据供给INS来校正偏移。开关阵列控制器优选地采用选择逻辑来实时地判定哪一个PME应当与INS结合并且DP系统应当使用其它PME中的哪一个。选择逻辑使用由多个PME提供的数据(可选地还可以是由DP系统和/或INS提供的船舶位置或速度估计值)来作出该判定，可以通过取决于DP系统操作需要的任何适当准则来驱动该逻辑。例如，开关阵列控制器可以操作开关阵列以使得提供最佳质量数据的PME与INS结合。随后将来自所选PME的数据供给INS来校正偏移，而DP系统使用来自其余PME的数据以及来自INS的数据来得出船舶的位置估计值。如果接下来不同的PME开始提供最佳质量数据，那么开关阵列控制器将操作开关阵列来使得该PME与INS结合。因此开关阵列控制器动态地使DP系统操作最优化。
可以限制开关阵列控制器的操作以使开关阵列仅在例如相同类型的PME中进行选择或在提供相同数据类型(例如位置数据或速度数据)的PME中进行选择。如果开关阵列控制器没有受到限制，那么开关阵列将通常地能够在任何可用的PME中进行选择。
通常的情况是仅有一个PME将与INS结合，从而DP系统可以使用其余PME提供的数据来得出船舶位置估计值。然而，实际上没有理由说两个或更多PME不能与INS结合来使这些PME提供的数据用于校正偏移。在INS从两个或更多PME接收数据的情况下，可以将INS构造来选择它想使用哪一个来校正偏移。作为替代方式，来自两个或更多的PME的数据可以在INS使用它们之前被结合在一起(例如使用卡尔曼滤波器或其它算法)。
开关阵列控制器还可以按照操作者命令来操作开关阵列。换句话说，开关阵列的操作可以直接由操作者控制以将一个或多个PME与INS结合。在这种情况下，操作者的命令将DP系统的操作的动态最优化重写。例如，操作者可以是操作人员或外部控制系统。
开关阵列和开关阵列控制器可以结合为DP系统或INS的一部分。作为替代方式，开关阵列和开关阵列控制器被提供来作为与DP系统和INS相结合的独立开关单元。
可以提供不止一个INS。在这种情况下，可以对每个INS提供开关阵列。每个开关阵列可以在开关阵列控制器的控制下操作，以将由多个位置测量设备中的一个或多个所提供的数据供给它所关联的INS来校正偏移。例如，在具有第一对PME(例如两个水声定位系统)和第二对PME(例如两个卫星导航系统)的架构中，第一开关阵列可以操作来将来自第一对PME中的一个或两个的数据供给第一INS，并且第二开关阵列可以操作来将来自第二对PME中的一个或两个的数据供给第二INS。没有被第一INS或第二INS用来校正偏移的任何数据都可以由DP系统用来得出船舶位置估计值。
可以由单个集成开关阵列控制器来控制与第一INS和第二INS相关联的多个开关阵列。作为替代方式，每个开关阵列可以具有其自己的开关阵列控制器。
每个INS可以结合作为DP系统的一部分。
用于结合数据的装置可以是卡尔曼滤波器或其它适当的算法。
附图说明
图1是船舶运动的六个轴的示图；
图2是示出有INS填补/没有INS填补的声学信号的模拟位置偏移的曲线图；
图3是示出有INS填补/没有INS填补的声学信号的推力需求的曲线图；
图4是示出有INS填补/没有INS填补的声学信号的估计相对燃料消耗的曲线图；
图5是示出在敞水区中的DGPS跳动的曲线图；
图6是示出有/没有INS的DGPS的推力需求的曲线图；
图7是示出有/没有INS的DGPS的估计的相对燃料消耗的曲线图；
图8是示出在120秒断电期间和300秒断电期间INS偏移的演变的曲线图；
图9是示出在120秒断电之后和300秒断电之后的INS偏移的频率分布的曲线图；
图10是使用INS的DP系统的第一已知架构的框图；
图11是使用INS的DP系统的第二已知架构的框图；
图12是根据本发明的DP系统的改进架构的框图；
图13是示出了惯性测量单元(IMU)的根据本发明的DP系统的改进架构的框图。
具体实施方式
现在将参照图12和图13说明DP系统1的改进架构。
DP系统1包括卡尔曼滤波器2以结合数据来估计船舶的位置和航向并动态控制它们。将卡尔曼滤波器2的输出供给船舶控制单元4，船舶控制单元4向推进器(未示出)输出信号以使其将船舶位置接近期望的基准位置。
数据由位于船舶上的多个位置测量设备(PME)单元(未示出)提供。两个PME单元是相同的类型(例如使用GPS或DGPS的卫星导航系统)，并且它们所提供的数据被标记为PME1(类型1)和PME2(类型1)。另外两个PME单元也是相同类型(例如水声定位系统)，它们所提供的数据被标记为PME3(类型2)和PME4(类型2)。
DP系统结合了惯性导航系统(INS)单元6。INS单元6可以提供关于船舶位置的信息，但由于自然偏移，其需要从PME单元周期性地更新。该架构可以允许以基本惯性测量单元(IMU)代替INS单元6，基本惯性测量单元(IMU)向卡尔曼滤波器2输出原始加速度测量值而不是位置测量值。容易理解，卡尔曼滤波器2可以适当地调整来接受这样的加速度测量值。
将每个PME单元提供的数据供给开关阵列控制器8并供给开关阵列10。阵列中每个单独的开关可以在开关阵列控制器8的控制下操作以将来自每个PME单元的数据提供给卡尔曼滤波器2或者提供给INS单元6。这样做的结果是供给INS 6用于校正偏移的任何数据都被排除在由卡尔曼滤波器2执行的船舶位置估计之外。
然而，在某些情况下，开关阵列10中的开关可以构造来提供第三种选择，其用以防止由相关联的PME单元提供的数据被提供给卡尔曼滤波器2或INS单元6。
由INS单元6提供的数据被供给卡尔曼滤波器2并用于船舶位置估计。
一般地说，由PME单元和INS单元6提供的数据通常代表位置测量值，但也可以代表例如加速度测量值或速度测量值。在由PME单元和INS单元6提供的数据中也可以包括额外的信息，比如状态指示符、数据质量指示符和统计信息。卡尔曼滤波器2、开关阵列控制器8和INS单元6可以使用额外的信息。例如，当推导船舶位置估计值时，卡尔曼滤波器2可以与任何位置、加速度或速度测量值一起使用这些额外信息。开关阵列控制器8可以使用额外信息来控制开关阵列10的操作。
图12示出将标记为PME4(类型2)的数据供给INS单元6以校正偏移的情况，由在开关阵列10的底部开关与INS单元之间延伸的实线代表。将标记为PME1(类型1)、PME2(类型1)和PME3(类型2)的数据供给卡尔曼滤波器2，由在开关阵列10的上部三个开关与卡尔曼滤波器之间延伸的实线代表。
标记为PME4(类型2)的数据没有被供给卡尔曼滤波器2这一事实由在开关阵列10的底部开关与卡尔曼滤波器之间延伸的虚线代表。类似地，标记为PME1(类型1)、PME2(类型1)和PME3(类型2)的数据没有被供给INS单元这一事实由在开关阵列10的上部三个开关与INS单元之间延伸的虚线代表。
在图12的架构与图10和图11的已知架构之间的主要区别是：能够通过实时地将一个或多个PME单元与INS单元6相结合来动态地使DP系统1的操作最优化。例如，开关阵列控制器8可以使用PME单元提供的数据来在一个特定类型的PME单元之间进行自动选择，可能通过根据DP系统1的期望操作需要来选择具有最佳或最差数据质量的那种类型的PME单元。开关阵列控制器8还可以在不同类型的PME单元之间选择。
开关阵列控制器8所采用的选择逻辑可以使用卡尔曼滤波器2的输出以及由PME单元提供的数据。例如，由卡尔曼滤波器2提供的船舶位置估计值可能在确定PME单元的故障情况中也是有用的。选择逻辑还可以使用由卡尔曼滤波器2所提供的关于船舶的统计信息或由PME单元提供的数据。
在某些情况下，操作者可以直接控制开关阵列10来将一个或多个PME单元与INS单元6结合。换句话说，在开关阵列控制器8的自动控制下的DP系统1自动最优化和开关阵列10自动切换可以被重写。
如果经由开关阵列10将来自多于一个的PME单元的数据供给INS单元6，那么可以在由INS单元使用这些数据来校正偏移之前使用一个卡尔曼滤波器(未示出)或其它合适的算法来结合这些数据。
图13详细示出INS单元6。更具体地说，可以看出INS单元6包括IMU 12和偏移校正单元14。经由开关阵列10由一个或多个PME单元供给的数据被提供到偏移校正单元14。偏移校正单元14还从IMU 12接收加速度数据并将校正后的数据供给卡尔曼滤波器2，随后数据被用于由卡尔曼滤波器2执行的船舶位置估计。
虽然示出的是偏移校正单元14结合在INS单元6中，但容易理解其还可以结合在DP系统1中。
图12和图13的改进架构提供了许多额外的好处：
(i)DP系统可以通过比较多个PME位置测量值来自动地防止不良的位置测量值传递到INS单元，
(ii)增强了鲁棒性，
(iii)提高了位置精度，
(iv)减小了燃料消耗，
(v)减小了致动器(例如推进器、舵和如喷气发动机之类其它动力施放器)的磨损，
(vi)在使用水声定位系统的情况下具有更小的水中噪声。
可以使用PHINS惯性传感器作为独立INS单元6来实现所述改进的架构。

Claims (9)

1.一种架构，包括：
惯性导航系统(6)；和
用于船舶的动态定位系统(1)，其具有用于将由多个位置测量设备的至少一个提供的数据与由惯性导航系统(6)提供的数据结合起来得出船舶的位置或速度的估计值的装置；
开关阵列(10)；和
开关阵列控制器(8)；
其中开关阵列(10)在开关阵列控制器(8)的控制下操作，以将由多个位置测量设备的至少一个提供的数据供给惯性导航系统(6)来用于校正偏移。
2.如权利要求1所述的架构，其中开关阵列控制器(8)使用由多个位置测量设备提供的数据来自动操作开关阵列(10)。
3.如权利要求2所述的架构，其中开关阵列控制器(8)还使用由用于将数据和/或由惯性导航系统提供的数据结合起来的装置所得出的船舶的位置或速度的估计值，以自动操作开关阵列(10)。
4.如权利要求1所述的架构，其中开关阵列控制器(8)按照操作者的命令来操作开关阵列(10)。
5.如前述任一个权利要求所述的架构，其中开关阵列(10)和开关阵列控制器(8)结合来作为动态定位系统(1)的一部分。
6.如权利要求1到4中任一个权利要求所述的架构，其中开关阵列和开关阵列控制器结合来作为惯性导航系统的一部分。
7.如权利要求1到4中任一个权利要求所述的架构，其中开关阵列和开关阵列控制器是独立开关单元的一部分。
8.如前述任一个权利要求所述的架构，其中惯性导航系统(6)被结合来作为动态定位系统(1)的一部分。
9.如前述任一个权利要求所述的架构，其中用于结合数据的装置是卡尔曼滤波器(2)。
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