DE102020113154A1

DE102020113154A1 - Virtueller sensor und kompasskalibrierung

Info

Publication number: DE102020113154A1
Application number: DE102020113154.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Gurdan; Daniel Gurdan
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-12-31
Also published as: US20190323839A1; US11585658B2

Abstract

Hier wird ein unbemanntes Luftfahrzeug offenbart, das ein oder mehrere Magnetometer, die konfiguriert sind, ein Magnetfeld zu detektieren und Magnetometerdaten, die einer Stärke des detektierten Magnetfelds entsprechen, auszugeben; einen Positionssensor, der konfiguriert ist, eine Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten zu detektieren und die Positionssensordaten, die die detektierte Position repräsentieren, auszugeben; einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind, das unbemannte Luftfahrzeug zu steuern, sich um seine z-Achse zu drehen; Magnetometerdaten, die mehrere z-Achse-Richtungsmessungen umfassen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen wurden, zu empfangen; Positionssensordaten zu empfangen und aus wenigstens den Positionssensordaten eine Magnetfeldneigung der detektierten Position zu bestimmen; und einen z-Achsen-Magnetometerkorrekturwert als eine Differenz zwischen den empfangenen Magnetometerdaten für die z-Achse und der bestimmten Magnetfeldneigung zu bestimmen, umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Hier beschriebene beispielhafte Implementierungen beziehen sich allgemein auf einen virtuellen Kurssensor unter Verwendung von Beschleunigungsdaten und Daten aus einem Positionssensor. Die Ergebnisse des virtuellen Kurssensors können verwendet werden, um Fehler in dem Kompass eines unbemannten Luftfahrzeugs (UAV) zu detektieren und/oder zu korrigieren.
Hintergrund
UAVs sind typischerweise mit einem Kompass ausgestattet, der eine entscheidende Rolle bei der UAV-Navigation spielt. Eine Kompasskalibrierung ist notwendig, um die Steuerung und Stabilität des UAV während des Flugs aufrechtzuerhalten. Bekannte Verfahren zur Kompasskalibrierung beinhalten einen umständlichen Prozess zum manuellen Drehen des UAV um mehrere verschiedene Achsen.
UAVs können allein oder in Kombination mit anderen UAVs benutzt werden. Für einige Zwecke können UAVs in großen Flotten eingesetzt werden. UAV-Lichtshows können ein Beispiel für eine UAV-Aufgabe sein, für die eine große Flotte genutzt wird. UAV-Lichtshows können Hunderte oder sogar Tausende UAVs benutzten. Manuelle Kalibrierungsverfahren sind zeitaufwändig und umständlich, und sie müssen im Allgemeinen für jedes Mitglied der UAV-Flotte individuell ausgeführt werden. Das erfordert erhebliche Mittel an Zeit und Arbeit. Außerdem ist es häufig schwierig, innerhalb einer Flotte die spezifischen UAVs, die eine Kalibrierung erfordern, zu identifizieren. Das kann zur Notwendigkeit einer zeitaufwändigen Kalibrierung der gesamten Flotte „mit roher Gewalt“ führen.
Figurenliste
Es wird darauf hingewiesen, dass durchgehend durch die Zeichnungen gleiche Bezugszeichen verwendet sind, um gleiche oder ähnliche Elemente, Merkmale und Strukturen abzubilden. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen ist im Allgemeinen die Darstellung von Aspekten der Offenbarung hervorgehoben. In der folgenden Beschreibung sind einige Aspekte der Offenbarung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:

1 eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen ohne Verzerrungen;
2 eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen mit Harteisenverzerrungen;
3 eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen mit Harteisen- und Weicheisenverzerrungen;
4 ein lineares Beschleunigungsmanöver zur UAV-Kalibrierung;
5 ein Drehmanöver zur UAV-Kalibrierung;
6 ein Drehmanöver zur UAV-Kalibrierung;
7 ein Drehmanöver zur UAV-Kalibrierung einer x-Achse und einer y-Achse;
8 eine Magnetfeldneigung;
9 ein Sensorschema;
10 ein Sensorschema mit einem virtuellen Kurssensor;
11 ein Sensorschema mit einem virtuellen Kurssensor und einer Kompassbiasschätzung;
12 eine Anordnung von UAVs und ihre durch den Kompass erhaltenen Kurse;
13 eine Vorrichtung zum Auswählen von UAVs zur Kalibrierung;
14 eine Vorrichtung zum Auswählen von UAVs zur Kalibrierung;
15 ein unbemanntes Luftfahrzeug gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
16 ein Verfahren zur Kalibrierung eines unbemannten Luftfahrzeugs;
17 ein Verfahren zur Kursdetektion eines unbemannten Luftfahrzeugs; und
18 ein Verfahren zur Kalibrierungsauswahl eines unbemannten Luftfahrzeugs.

Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die durch Darstellung spezifische Einzelheiten und Aspekte, denen die Offenbarung praktiziert werden kann, zeigen. Die Aspekte sind mit ausreichender Genauigkeit beschrieben, um Fachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung zu praktizieren. Andere Aspekte können genutzt werden, und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die verschiedenen Aspekte schließen sich nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da einige Aspekte mit einem oder mehreren anderen Aspekten kombiniert sein können, um neue Aspekte zu bilden. Verschiedene Aspekte sind in Verbindung mit Verfahren beschrieben, und verschiedene Aspekte sind in Verbindung mit Vorrichtungen beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass Aspekte, die in Verbindung mit Verfahren beschrieben sind, auf ähnliche Weise für die Vorrichtungen gelten können, und umgekehrt.
Das Wort „beispielhaft“ ist hier so verwendet, dass es „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Darstellung dienend“ bedeutet. Irgendein Aspekt der Offenbarung, der hier als „beispielhaft“ beschrieben ist, ist nicht notwendigerweise als anderen Aspekten dieser Offenbarung gegenüber bevorzugt oder vorteilhaft zu deuten.
Es wird darauf hingewiesen, dass durchgehend durch die Zeichnungen gleiche Bezugszeichen verwendet sind, um gleiche oder ähnliche Elemente, Merkmale und Strukturen abzubilden.
Die Begriffe „wenigstens ein“ und „eines oder mehrere“ können so verstanden werden, dass sie eine numerische Anzahl größer als oder gleich eins enthalten (z. B. eines, zwei, drei, vier, [...] usw.). Der Begriff „mehrere“ kann so verstanden werden, dass er eine numerische Anzahl größer als oder gleich zwei enthält (z. B. zwei, drei, vier fünf, [...] usw.).
Der Ausdruck „wenigstens eines aus“ in Bezug auf eine Gruppe von Elementen kann hier so verwendet sein, dass er wenigstens ein Element aus der Gruppe, die aus den Elementen besteht, bedeutet. Beispielsweise kann der Ausdruck „wenigstens eines aus“ in Bezug auf eine Gruppe von Elementen hier so verwendet sein, dass er eine Auswahl aus dem Folgenden bedeutet: eines der aufgelisteten Elemente, mehrere von einem aus den aufgelisteten Elementen, mehrere individuelle aufgelistete Elemente oder mehrere eines Mehrfachen der aufgelisteten Elemente.
Die Worte „mehrfach“ und „mehrere“ in der Beschreibung und den Ansprüchen beziehen sich ausdrücklich auf eine Anzahl größer als eines. Dementsprechend beziehen sich irgendwelche Ausdrücke, die sich ausdrücklich auf die vorstehend genannten Wörter (z. B. „mehrere [Objekte], „ein Mehrfaches der [Objekte]“) berufen, auf eine Anzahl von Objekten, die sich ausdrücklich auf mehr als eines der genannten Objekte bezieht. Die Begriffe „Gruppe (von)“, „Menge [von]“, „Kollektion (von)“, „Reihe (von)“, „Folge (von)“, „Gruppierung (von)“ usw. und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen beziehen sich, falls vorhanden, auf eine Anzahl gleich oder größer als eins, d. h. eines oder mehrere. Die Begriffe „echte Teilmenge“, „eingeschränkte Teilmenge“ und „kleinere Teilmenge“ beziehen sich auf eine Teilmenge einer Menge, die nicht gleich der Menge ist, d. h. eine Teilmenge einer Menge, die weniger Elemente als die Menge beinhaltet.
Der Begriff „Daten“, wie er hier verwendet ist, kann so verstanden werden, dass er Informationen in irgendeiner geeigneten analogen oder digitalen Form enthält, z. B. bereitgestellt als eine Datei, einen Abschnitt einer Datei, eine Menge aus Dateien, ein Signal oder Datenstrom, ein Abschnitt eines Signals oder Datenstroms, eine Menge aus Signalen oder Datenströmen und dergleichen. Ferner kann der Begriff „Daten“ auch verwendet sein, so dass er eine Referenz auf Informationen z. B. in Form eines Zeigers bedeutet. Der Begriff Daten ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Beispiele beschränkt und kann verschiedene Formen annehmen und irgendwelche Informationen wie in der Technik verstanden repräsentieren kann.
Der Begriff „Prozessor“ oder „Steuereinheit“, wie er beispielsweise hier verwendet ist, kann als irgendeine Art einer Entität verstanden werden, die das Handhaben von Daten, Signalen usw. ermöglicht. Die Daten, Signale usw. können gemäß einer oder mehrerer spezifischer Funktionen, die durch den Prozessor oder die Steuereinheit ausgeführt werden, behandelt werden.
Ein Prozessor oder eine Steuereinheit kann somit eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, ein Prozessor, ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein im Feld programmierbares Gatter-Array (FPGA), eine integrierte Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw. oder irgendeine Kombination daraus sein oder enthalten. Irgendeine andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend genauer beschrieben werden, kann ebenfalls als ein Prozessor, eine Steuereinheit oder eine Logikschaltung verstanden werden. Es ist zu verstehen, dass irgendwelche zwei (oder mehr) der Prozessoren, Steuereinheiten oder Logikschaltungen, die hier genau beschrieben sind, als eine einzige Entität mit äquivalenter Funktionalität oder dergleichen realisiert sein können, und dass umgekehrt irgendein/e einzelne/r Prozessor, Steuereinheit oder Logikschaltung, der/die hier genau beschrieben ist, als zwei (oder mehr) separate Entitäten mit äquivalenter Funktionalität oder dergleichen realisiert sein kann.
Der Begriff „System“ (z. B. an Antriebssystem, ein Positionsdetektionssystem usw.), der hier genau beschrieben ist, kann als eine Menge von zusammenwirkenden Elementen verstanden werden, wobei die Elemente als Beispiel und nicht als Einschränkung eine oder mehrere mechanische Komponenten, eine oder mehrere elektrische Komponenten, eine oder mehrere Anweisungen (z. B. in Speichermedien codiert), eine oder mehrere Steuereinheiten usw. sein können.
Der Begriff „Position“, der hier in Bezug auf eine „Position eines unbemannten Luftfahrzeugs“, „Position eines Objekts“, „Position eines Hindernisses“ und dergleichen verwendet ist, kann hier so verwendet sein, dass er einen Punkt oder Bereich in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum bedeutet. Es ist zu verstehen, dass geeignete Koordinatensysteme mit entsprechenden Referenzpunkten verwendet sind, um Positionen, Vektoren, Bewegungen und dergleichen zu beschreiben.
Der Begriff „Karte“, der mit Bezug auf eine zwei- oder dreidimensionale Karte verwendet ist, kann irgendeine geeignete Art und Weise zum Beschreiben von Positionen von Objekten in dem zwei- oder dreidimensionalen Raum enthalten.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Voxelkarte verwendet sein, um Objekte in dem dreidimensionalen Raum basierend auf Voxeln, die Objekten zugeordnet sind, zu beschreiben. Um Kollision basierend auf einer Voxelkarte zu verhindern, kann „Raytracing“, „Raycasting“, Rasterung usw. auf die Voxeldaten angewandt werden.
Eine „Schaltung“, wie sie hier verwendet ist, ist als irgendeine Art einer Logik implementierenden Entität zu verstehen, die Spezial-Hardware oder einen Prozessor, der Software ausführt, enthalten kann. Eine Schaltung kann somit eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, ein Prozessor, ein Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit („CPU“), eine Grafikverarbeitungseinheit („GPU“), ein digitaler Signalprozessor („DSP“), ein im Feld programmierbares Gatter-Array („FPGA“), eine integrierte Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC“) usw. oder irgendeine Kombination daraus sein. Irgendeine andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend genauer beschrieben werden, kann ebenfalls als eine „Schaltung“ verstanden werden. Es ist zu verstehen, dass irgendwelche zwei (oder mehr) der hier genau beschriebenen Schaltungen als eine einzige Schaltung mit im Wesentlichen äquivalenter Funktionalität realisiert sein können und dass umgekehrt irgendeine hier genau beschriebene Schaltung als zwei (oder mehr) separate Schaltungen mit im Wesentlichen äquivalenter Funktionalität realisiert sein kann. Zusätzlich können sich Bezugnahmen auf eine „Schaltung“ auf zwei oder mehr Schaltungen, die gemeinsam eine einzige Schaltung bilden, beziehen.
Wie hier verwendet kann „Speicher“ als ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium, in dem Daten oder Informationen zum Abrufen gespeichert sein können, verstanden werden. Bezugnahmen auf „Speicher“, die hier enthalten sind, können somit als Bezugnahmen auf flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher verstanden werden, der Direktzugriffsspeicher („RAM“), Festwertspeicher („ROM“), Flash-Speicher, Festkörperspeicher, Magnetband, Festplattenlaufwerk, optisches Laufwerk usw. oder irgendeine Kombination daraus enthält. Darüber hinaus ist verstanden, dass Register, Schieberegister, Prozessorregister, Datenpuffer usw. hier ebenfalls durch den Begriff Speicher eingeschlossen sind. Es ist verstanden, dass eine einzige Komponente, die als „Speicher“ oder „ein Speicher“ bezeichnet ist, aus mehr als einem unterschiedlichen Speichertyp zusammengesetzt sein kann und sich somit auf eine kollektive Komponente, die einen oder mehrere Speichertypen enthält, beziehen kann. Es ist leicht zu verstehen, dass irgendeine einzige Speicherkomponente in mehrere kollektiv äquivalente Speicherkomponenten aufgeteilt sein kann, und umgekehrt. Darüber hinaus ist, obwohl Speicher als von einem oder mehrere anderen Komponenten separat abgebildet sein kann (wie z. B. in den Zeichnungen), zu verstehen, dass Speicher in eine weitere Komponente wie z. B. auf einem gemeinsamen integrierten Chip integriert sein kann.
Das Wort „Kompass“ kann sich auf irgendeine Vorrichtung beziehen, die zum richtungsabhängigen Detektieren und/oder Messen eines Magnetfelds fähig ist. Der Kompass kann sich insbesondere auf ein Magnetometer beziehen, das die Stärke und Richtung eines oder mehrerer Magnetfelder messen kann. Die Messungen des Kompasses können gemäß irgendeiner oder irgendeiner Kombination der drei physikalischen Achsen (x-Achse, y-Achse und/oder z-Achse) vorgenommen werden. Die Kompassmessungen können eine Kombination des Erdmagnetfelds und irgendeines/irgendwelcher lokalen Magnetfelds oder -feldern enthalten. Das Wort Kompass kann sich spezifisch auf einen Kompass auf einer Leiterplatte („Kompass-PCB“) beziehen. Auf eine solche Kompass-PCB kann allein oder als Teil eines Kompasssystems für ein UAV Bezug genommen sein.
Das Wort Trägheitsmessungseinheit („IMU“) kann sich auf irgendeine/irgendwelche Vorrichtung oder Vorrichtungen beziehen, die eine spezifische Kraft, Winkelgeschwindigkeit und/oder Magnetfeld eines Körpers messen. Die IMU kann irgendeines aus einem oder mehreren Beschleunigungsmessern, einem oder mehreren Gyroskopen, einem oder mehreren Magnetometern, einem oder mehreren Kompassen oder irgendeine Kombination draus enthalten.
UAVs, die auf ein externes Positionierungssystem wie z. B. das Globale Positionierungssystem (GPS) oder Funklokalisierungssysteme angewiesen sind, müssen fähig sein, ihren Kurs in Weltkoordinaten korrekt zu bestimmen, um richtig zu funktionieren. GPS und Funklokalisierungssysteme können ausreichende Informationen bereitstellen, um eine Position entlang XYZ-Koordinaten durch Lokalisieren einer Antenne mit hohem Positionierungsrauschen abzuleiten, so dass die XYZ-Position der Antenne aus der Messung abgeleitet werden kann; es ist jedoch, aufgrund des hohen Rauschens und dem begrenzten möglichen Abstand zwischen mehreren Antennen auf einem UAV, das typischerweise einen kleinen Durchmesser aufweist, im Allgemeinen nicht möglich, mehrere Antennen zu verwenden, um den Kurs des UAV zu bestimmen. Obwohl GPS und Funklokalisierungssysteme ausreichende Informationen bereitstellen können, um eine Position entlang XYZ-Koordinaten abzuleiten, können sie isoliert keine ausreichend genaue Quelle für Kursinformationen bereitstellen.
In Umgebungen innerhalb eines Gebäudes ist es wahrscheinlich, dass ein Magnetfeldsensor („Kompass“) falsche oder ungenaue Messungen liefert, häufig aufgrund von wenigstens Stahl oder anderen ferromagnetischen Materialien in Wänden, Decken, Möbeln usw. In Umgebungen im Freien kann ein Kompass manchmal fähig sein, den Kurs eines UAV mit einiger Genauigkeit zu bestimmen; der Kompass kann jedoch auch fehlerhafte Kursmessungen zeigen. Solche fehlerhaften Kursmessungen können aus Fällen resultieren, wenn ein Startort eines UAV Metall oder andere ferromagnetische Materialien beinhaltet, oder aus elektromagnetischer Störung, die auch während des Flugs auftreten kann. Dementsprechend ist es wünschenswert, einen Kompassmessfehler zu detektieren und zu kompensieren.
Es sind Anstrengungen unternommen worden, die Unzulänglichkeiten des Kompasses durch Verwendung optischer Verfolgungslösungen zu kompensieren. Auf diese Weise werden die optischen Verfolgungselemente mit mehreren Markierungen auf jedem UAV platziert, was die Bestimmung des Kurses erlaubt. Diese Systeme sind tendenziell teuer und erfordern eine direkte Sichtlinie, was sehr einschränkend sein kann. Darüber hinaus neigen sie dazu, ein begrenztes Sichtfeld zu haben. Diese Faktoren machen sie wenigstens für Anwendungen im einem Gebäude und Anwendungen, für die zusätzlicher Aufwand für eine optische Verfolgungslösung nicht wünschenswert ist, zu einer schlechten Wahl.
Es ist auch bekannt, ein UAV im Voraus vor dem Start auf einen speziellen Kurs einzustellen und nachfolgend auf IMU-Daten zu vertrauen, um die voreingestellten Kursinformationen ohne eine weitere gemessene Aktualisierung anzupassen. Obwohl das eine kurzfristige Quelle für Kursinformationen bereitstellen kann, wird der geschätzte Kurs schließlich aufgrund von Messfehlern abweichen. Somit ist das keine robuste Lösung, obwohl sie vorübergehend funktionieren kann.
Außerdem sind verschiedene Verfahren verfügbar, um das UAV durch manuelles Sammeln von Messungen zu kalibrieren. Jedes dieser Verfahren erfordert, dass das UAV manuell um mehrere Achsen gedreht wird, entweder schrittweise oder kontinuierlich. Diese Daten werden dann verwendet, um einen Kalibrierungsfaktor zu berechnen. Wie genauer diskutiert wird, kompensieren viele Lösungen nur Bias- (z. B. Harteisen-) und Skalenfehler, jedoch nicht Weicheiseneffekte.
Hier sind robustere Kalibrierungsstrategien offenbart, die IMU-Messungen verwenden, während sie sie mit Positionierungsinformationen von dem externen Verfolgungssystem oder GPS korrelieren, um eine Schätzung des wahren Kurses des UAV zu bestimmen. Das Ergebnis dieser erweiterten Datenfusion kann dann als eine Quelle für eine Messungsaktualisierung in einem Kalman-Filter verwendet werden, das den Stellungszustand des UAV schätzt. Auf diese Weise simulieren diese Fusionsdaten einen zusätzlichen Sensor. Das kann eine robuste Stellungsschätzung ergeben, die Kurs- und Gyro-Bias-Schätzung enthält. Diese robuste Stellungsschätzung kann ohne Verwendung eines Kompasses ausgeführt werden. Alternativ kann diese robuste Stellungsschätzung ausgeführt werden, und die resultierende Berechnung kann mit Daten eines Kompasses verglichen werden, um den Richtungsmessungsfehler des Kompasses zu schätzen.
Diese Techniken können einen erheblichen Einfluss für UAV-Lichtshows innerhalb von Gebäuden haben, da UAVs in Lichtshows innerhalb von Gebäuden bessere Leistung zeigen, wenn sie überhaupt keinen Kompass verwenden, sondern wenn sie vielmehr einen virtuellen Sensor verwenden, und sind somit allgemein zuverlässiger und können in einem weiteren Bereich von Anwendungen verwendet werden. Dementsprechend können die Prinzipien und Verfahren eines hier offenbarten virtuellen Sensors verwendet werden, um allgemein die Funktionen eines Kompasses auszuführen. Das heißt, UAVs ohne Kompass können unter Verwendung des hier beschriebenen virtuellen Systems arbeiten. UAVs, die mit einem Kompass ausgestattet sind, können unter Verwendung des hier beschriebenen Systems als Ersatz für den Kompass oder zusätzlich zu dem Kompass arbeiten. Obwohl hier der Kompasskalibrierung viel Aufmerksamkeit geschenkt ist, kann der virtuelle Sensor stattdessen als ein Kompassersatz oder eine Kompassergänzung funktionieren. In Anwendungen im Freien verbessern die hier beschriebenen robusten Kursschätzungstechniken die Leistungsfähigkeit wenigstens durch Korrigieren von elektromagnetischen Kompassstörungen während des Fliegens. Darüber hinaus ermöglichen diese Techniken im Wesentlichen automatische Kompasskalibrierung während des Flugs.
Die hier offenbarten Techniken können durch Sammeln von Daten von mehreren UAVs auf einem oder mehreren Prozessoren erweitert werden. Diese Daten können verwendet werden, um ein Modell aufzubauen, das den aktuellen Zustand aller Vorrichtungen repräsentiert. Unter der Annahme von Standardverhalten kann das System dann irgendwelche Sonderfälle detektieren und die relevanten UAVs effizient gruppenweise informieren, aussortieren oder neu kalibrieren. In speziellen Konfigurationen kann das vollständig automatisch ausgeführt werden.
Harteisenverzerrungen und Weicheisenverzerrungen, allgemein
Um eine zuverlässige Messung des UAV sicherzustellen, müssen die Magnetfeldsensoren des UAV kalibriert werden. Solche Sensoren unterliegen komponentenspezifischen Bias- und Skalenfehlern. Zusätzlich werden sie durch Objekte, die ein Magnetfeld produzieren, negativ beeinflusst. Dieses Phänomen, dass Objekte, die ein Magnetfeld produzieren, den Kompassbetrieb stören, kann als Harteisenverzerrungen bezeichnet sein. Zusätzlich kann der Kompass durch ein ferromagnetisches Material, wie z. B. Nickel oder Eisen, in der Nähe des UAV negativ beeinflusst werden. Selbst wenn das ferromagnetische Material kein eigenes Magnetfeld produziert, kann sein Vorhandensein ein anderes Magnetfeld stören oder verzerren, was die Kompassmesswerte negativ beeinflussen kann. Das ist als Weicheisenverzerrungen bezeichnet.
Ein komponentenspezifisches Bias wird den Ursprung des Messbereichs verschieben (sehr ähnlich den Harteisenverzerrungen). Eine Skalenabweichung wird den Bereich zu einem achsensymmetrischen Ellipsoid verzerren. Eine Weicheisenverzerrung wird ein beliebiges Ellipsoid verursachen, das nicht notwendigerweise an der Sensorachse ausgerichtet ist.
Übliche Quellen für Harteisenverzerrungen enthalten Lautsprecher oder Teile aus magnetisiertem Eisen. Falls ein Teil aus magnetischem Material physikalisch an demselben Referenzrahmen wie der Sensor angebracht ist, dann wird das magnetische Material eine Harteisenverzerrung erzeugen, die zu einem permanenten Bias in der Sensorausgabe führt.
Im Gegensatz dazu sind Weicheisenverzerrungen so verstanden, dass sie Ablenkungen oder Veränderungen des existierenden Magnetfelds sind. Diese Verzerrungen werden das Magnetfeld abhängig davon, auf welche Richtung das Feld relativ zu dem Sensor einwirkt, dehnen oder verzerren. Dieser Typ der Verzerrung wird gewöhnlich durch Metalle wie z. B. Nickel oder Eisen verursacht. In den meisten Fällen werden die Harteisenverzerrungen einen sehr viel mehr zu dem gesamten unkorrigierten Fehler beitragen als Weicheisen.
Es ist bekannt, Hart- und Weicheisenverzerrungen durch Vornehmen von Kompassmessungen während einer Gierdrehung zu korrigieren und die Ausgabe des Magnetometers auf einer 2D-Grafik aufzutragen. Unter der Annahme, dass keine Hart- oder Weicheisenverzerrungen vorhanden sind, sollten die Kompassmessungen allgemein einen Kreis mit den Mittelpunkt bei X=0, Y=0 bilden. Die Stärke des Magnetfelds entspricht dem Radius des Kreises. Harteisenverzerrungen werden verursachen, dass ein permanentes Bias in den Ausgaben vorhanden ist. Der Effekt von Harteisenverzerrungen auf die Auftragung wird eine Verschiebung des Kreismittelpunktes sein.
1 bildet eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen ohne Verzerrungen ab. Der Kompass kann konfiguriert sein, die Stärke von Magnetfeldern in einer oder mehreren aus einer x-Achse, einer y-Achse und/oder einer z-Achse zu messen. In dieser Figur wird die Vorrichtung mit dem Kompass (z. B. ein UAV) um ihre Gierachse oder z-Achse gedreht. Während dieser Drehung werden die Kompassmessungen für die x-Achse und die y-Achse aufgezeichnet. Diese Ergebnisse werden dann entlang einer zweidimensionalen Grafik, die die x-Achse 102 und die y-Achse 104 abbildet, aufgetragen.
In einer idealen Situation, in der weder Harteisenverzerrungen noch Weicheisenverzerrungen vorhanden sind, werden die resultierenden Datenauftragungen einem Kreis 106 gleichen, dessen Mittelpunkt an dem Ursprung (Schnittpunkt der x-Achse und der y-Achse) ist, wie hier abgebildet ist.
2 bildet eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen mit Harteisenverzerrungen ab. Wie in 1 wird die Vorrichtung mit dem Kompass um ihre z-Achse gedreht; die resultierenden x-Achsen- und y-Achsen-Messwerte des Kompasses werden aufgezeichnet; und die Ergebnisse werden aufgetragen. In diesem Fall jedoch, und im Gegensatz zu der in 1 abgebildeten Situation, ist der Kreismittelpunkt zu dem Punkt, der x=200 und y=200 entspricht, und somit nach oben und nach rechts 202 verschoben. Daraus kann geschlossen werden, dass ein Harteisenbias von 200 mGauss in der x-Achse und ein Harteisenbias von 100 mGauss in der y-Achse vorhanden ist. Mit diesen Informationen kann ein Kalibrierungsfaktor für den Kompass bestimmt werden. In diesem Fall können ein oder mehrere Prozessoren konfiguriert sein, empfangene Kompassdaten zu kalibrieren, um das Harteisenbias von 200 mGauss in der x-Achse und das Harteisenbias von 100 mGauss in der y-Achse zu berücksichtigen und zu korrigieren. Abhängig von der Konfiguration kann der Kompass kalibriert werden, so dass seine Ausgabedaten für die Bias der x-Achse und der y-Achse korrigiert worden sind.
Eine Eigenschaft von Harteisenverzerrungen ist, dass sie den Mittelpunkt des Kreises von dem Ursprung weg verschieben, während sie die Form des Kreises unverändert lassen. Somit wird eine Messungsauftragung für eine Vorrichtung mit einer Harteisenverzerrung nur so erscheinen, dass sie ein Kreis ist, dessen Mittelpunkt von dem Ursprung weg verschoben ist.
3 bildet eine Zwei-Achsen-Repräsentation von Magnetmessungen mit Harteisenverzerrungen und Weicheisenverzerrungen ab. Im Gegensatz zu Harteisenverzerrungen verzerren und verformen Weicheisenverzerrungen das existierende Magnetfeld und ändern dadurch die Form der aufgetragenen Ergebnisse von kreisförmig zu elliptisch. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Kreis in eine Ellipse 302 verzerrt worden. Der Mittelpunkt der Ellipse befindet sich immer noch bei X=200 und Y=100m, was den vorher in 2 identifizierten Harteisenverzerrungen entspricht. Jede Ellipse weist eine Hauptachse und eine Nebenachse auf, die der langen bzw. kurzen Ausdehnung entsprechen. Wie in der vorstehenden Auftragung gezeigt ist, weist die Ellipse eine Hauptachse auf, die 30 Grad oberhalb der X-Richtung des Körperrahmens ausgerichtet ist.
Ein komponentenspezifisches Bias wird den Ursprung des Messbereichs ähnlich dazu verschieben, wie eine Harteisenverzerrung den Ursprung des Messbereichs verschiebt. Im Gegensatz dazu wird eine Skalenabweichung den Bereich zu einem achsensymmetrischen Ellipsoid verzerren. Eine Weicheisenverzerrung verursacht ein beliebiges Ellipsoid, das nicht notwendigerweise an der Sensorachse ausgerichtet ist. Auf diese Weise können die vorstehenden Messungen verwendet werden, um Harteisenverzerrungen, Weicheisenverzerrungen und Skalenabweichung zu bestimmen und zu korrigieren. Mit Bezug auf 3 und zusätzlich zu der bereits identifizierten Harteisenverzerrung bilden die Messungen ein achsensymmetrisches Ellipsoid, das eine Weicheisenverzerrung angibt. Aus diesen Daten können ein oder mehrere Prozessoren einen Sensorkalibrierungsfaktor bestimmen, um die empfangenen Kompassdaten zu korrigieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Kompass direkt kalibriert werden, so dass seinen ausgegebenen Daten die Harteisen- und Weicheisen-Bias bereits berücksichtigen.
Angesichts der vorstehenden Diskussion in Bezug auf Harteisenverzerrung und Weicheisenverzerrung wird die Aufmerksamkeit jetzt auf den Effekt der Verzerrung in einem UAV gelenkt.
UAVs sind häufig mit Kompassen ausgestattet, die als eine Kompass-PCB konfiguriert sind. Jede Kompass-PCB durchläuft eine werkseitige Kompasskalibrierung, bevor sie in das UAV eingefügt wird. Während der werkseitigen Kompasskalibrierung wird die Kompass-PCB um alle Achsen gedreht, um die Anregung aller Sensorachsen zu messen und eine Einheitskugel in die Daten unter Verwendung eines Kleinste-Quadrate-Fitting-Algorithmus einzupassen. Diese Prozedur ist dafür vorgesehen, komponentenspezifisches Bias wird und irgendwelche Skalenfehler zu kompensieren. Diese werkseitige Kompasskalibrierungsprozedur kann gleichzeitig mit mehreren Kompass-PCBs ausgeführt werden.
Sobald diese Prozedur ausgeführt ist, wird die Kompass-PCB in das UAV eingefügt. Verschiedene Komponenten innerhalb des UAV wie z. B. die UAV-Batterie oder andere Komponenten in der Nähe des Kompasses erzeugen wahrscheinlich neue Weicheisenverzerrungen, die während der werkseitigen Kalibrierung nicht vorhanden waren. Diese Weicheisenverzerrungen führen zu einer verminderten Genauigkeit der Kompass-PCB-Messwerte, da der Kompass für genaue Messwerte in einer Umgebung ohne diese Weicheisenverzerrungen konfiguriert worden ist. Darüber hinaus erzeugten die UAV zeitlich variierende Harteisenverzerrungen. Diese Harteisenverzerrungen können beispielsweise von Motorströmen, die erforderlich sind, damit das UAV schwebt oder sich fortbewegt, herrühren. Diese Harteisenverzerrungen reduzieren auch die Genauigkeit der Kompass-PCB, da die Kompass-PCB für eine Umgebung ohne diese Harteisenverzerrungen kalibriert ist. Darüber hinaus können die Harteisenverzerrungen mit der Zeit variieren. Beispielsweise kann sich der Strom, der dem Motor zugeführt wird, basierend beispielsweise auf einer gewünschten Geschwindigkeit oder Beschleunigung ändern. Diese Änderungen der Ströme können zum Ändern der Harteisenverzerrungen führen.
Kombinieren von Datenquellen zur Kursdetektion: Beschleunigungsmesser- und Positionssystemdaten
Anstatt von manueller Drehung entlang wenigstens der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse abzuhängen, kann die Kompasskalibrierung durch Fusionieren von Daten aus wenigstens zwei Datenquellen während der Beschleunigung erreicht werden. Die erste Datenquelle kann eine oder mehrere IMU-Komponenten sein. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die erste Datenquelle eine oder mehrere IMU-Beschleunigungsmesser sein. Die erste Datenquelle kann die Richtung und die Größe der Beschleunigung in dem Fahrzeugrahmen detektieren. Die erste Datenquelle kann diese Informationen durch Bestimmen der Richtung und/oder Größe des Beschleunigungsvektors detektieren.
Die zweite Quelle kann ein Positionierungssystem oder ein Funkverfolgungssystem sein, das konfiguriert ist, Positionsdaten zu detektieren. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das Positionierungssystem das Globale Positionierungssystem, GLONASS, Galileo, das Beidou-Navigations-System, das „Indian Regional Navigation Satellite System“ oder irgendein anderes Positionierungssystem sein, das zum Bereitstellen von Weltrahmenpositionierungsinformationen fähig ist, ohne Einschränkung. Die Positionsinformationen können gemessen und über die Zeit aufgezeichnet werden. Ein oder mehrere Prozessoren können konfiguriert sein, die zweite Ableitung der Positionsinformationen zu erhalten, die die Beschleunigung des UAV in einem Weltrahmen ergibt. Das erlaubt die Berechnung der Richtung und Größe des Beschleunigungsvektors.
Nachdem die Beschleunigungsvektoren aus der ersten Datenquelle und der zweiten Datenquelle bestimmt worden sind, werden dann beide Vektorrichtungen verglichen. Irgendeine Differenz der Richtung der Vektoren entspricht dem Kurs der Fahrzeuge in dem Weltrahmen. Das heißt, die Richtungskomponente des Beschleunigungsvektors aus der ersten Datenquelle beinhaltet Kursdaten, da die Richtung relativ zu einem Referenzpunkt (z. B. der Vorderseite des UAV) sein wird. Die Richtungskomponente des Beschleunigungsvektors aus der zweiten Datenquelle basiert auf der Änderung der Position ohne Bezug zu dem Kurs. Somit wird erwartet, dass irgendeine Differenz der Richtung der beiden Beschleunigungsvektoren den Kurs des UAV widerspiegelt.
Die Beschleunigungsvektormessungen können durch eine Messungsqualitätsschätzung, die von den Längen beider gemessenen Beschleunigungsvektoren abgeleitet ist, gewichtet werden. Je größer die Beschleunigung ist, desto zuverlässiger ist die Messung. Die gewichtete Differenz kann als eine Messung für einen einfachen Beobachter verwendet werden, der verwendet wird, um die resultierende Kursschätzung zu glätten. Die Ausgabe dieses Beobachters kann dann in der Stellungsfusion als ein virtueller Kurssensor verwendet werden, auf die gleiche Weise wie ein realer Sensor verwendet würde. Das heißt, der Kurs, der als eine Differenz zwischen diesen bestimmten Beschleunigungsvektoren bestimmt wird, kann allein als der Kurs des UAV verwendet werden, kann als eine Basis zum Korrigieren oder Kalibrieren der Kursdaten des Kompasses verwendet werden, kann mit den Kursdaten des Kompasses fusioniert werden, um die Zuverlässigkeit der Kursdaten zu stärken, oder eine Kombination daraus.
4 zeigt die vorstehende Berechnung des Kurses unter Verwendung eines Positionssystems und eines Beschleunigungsmessers entlang eines vereinfachten, geraden Fortbewegungswegs. Eine einzelne Vorrichtung mit sowohl einem Positionssystem als auch einem Beschleunigungsmesser bewegt sich entlang einem Weg. In dieser Figur ist die Vorrichtung als ein UAV 402 konfiguriert. Das UAV 402 weist auf einen unbekannten Kurs mit dem Winkel alpha, wie bei 404 abgebildet ist. Das UAV 402 beschleunigt entlang dem Weg 406. Während der Fortbewegung werden Positionsdaten aus dem Positionssystem gesammelt, die eine Reihe von Positionsmessungen des UAV 402 in dem Weltrahmen bereitstellen. Diese Daten werden relativ zu der Zeit aufgetragen, und die zweite Ableitung wird dann bestimmt, um an der Beschleunigung des UAV 402 anzukommen. Die Positionsdaten werden zusammen mit der Bestimmung der Beschleunigung verwendet, um einen Beschleunigungsvektor 408 zu berechnen. Der Beschleunigungsvektor 408 enthält eine Richtung, die einer Fortbewegungsrichtung des UAV 402 ohne Bezug auf den UAV-Kurs entspricht, und eine Größe, die einer Größe der Beschleunigung entspricht.
Zusätzlich und während des Fortbewegungswegs 406 kann die IMU (z. B. der Beschleunigungsmesser) des UAV 402 die Beschleunigung detektieren. Der Beschleunigungsmesser kann konfiguriert sein, die Beschleunigung basierend auf einer x-Achsen-Beschleunigungskomponente, einer y-Achsen-Beschleunigungskomponente und/oder einer z-Achsen-Beschleunigungskomponente zu detektieren. In diesem Beispiel ist der Fortbewegungsweg an einer konstanten Flughöhe oder Höhe, und deshalb kann die z-Achsen-Komponente vernachlässigt werden. Die x-Achsen-Komponente und die Y-Achsen-Komponente der Beschleunigung können aufgelöst werden, um einen Beschleunigungsvektor 410 zu bestimmen. Dieser bestimmte Beschleunigungsvektor kann einen Beschleunigungsvektor relativ zu einer Referenzrichtung des UAV (z. B. einer Vorderseite des UAV) ergeben.
Der aus der Position bestimmte Beschleunigungsvektor 408 und der durch den Beschleunigungsmesser bestimmte Beschleunigungsvektor 410 können optional gewichtet und/oder geglättet werden. Das Gewichten und/oder Glätten kann basierend auf irgendwelchen gewünschten Datengewichtungstechniken ausgeführt werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können die Daten gemäß einer Messungsqualitätsschätzung gewichtet werden.
Die Differenz zwischen dem aus der Position bestimmten Beschleunigungsvektor 408 und dem durch den Beschleunigungsmesser bestimmten Beschleunigungsvektor 410 kann weitgehend dem Kurs des UAV 402 zugeschrieben werden. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem aus der Position bestimmten Beschleunigungsvektor 408 und dem durch den Beschleunigungsmesser bestimmten Beschleunigungsvektor 410 gleich alpha, was dem Drehwinkel relativ zu dem Fortbewegungsweg 404 entspricht. Der Winkel alpha kann relativ zu der Fortbewegungsrichtung verwendet werden, um einen geschätzten Kurs des UAV 402 zu bestimmen.
Durch Bestimmen des geschätzten Kurses kann die hier beschriebene Prozedur als ein virtueller IMU-Sensor und/oder ein virtueller Kompass benutzt werden. Das heißt, die Funktionen eines Kompasses können weitgehend durch Detektieren der IMU-Beschleunigung und Beschleunigung aus Positionssensorinformationen erfüllt werden. Auf diese Weise ist ein virtueller Sensor eingerichtet.
Zusätzlich oder alternativ kann der geschätzte Kurs des UAV 402 mit einem aus dem Kompass des UAV erhaltenen Kurs zur Kalibrierung verglichen werden. Irgendeine Diskrepanz zwischen einem Kurs aus dem Kompass des UAV und dem geschätzten Kurs kann durch Kalibrierung aufgelöst werden. Das heißt, die x-Achse und y-Achse des Kompasses des UAV können kalibriert werden, um irgendeine Diskrepanz zwischen dem Kurs aus dem Kompass des UAV und dem geschätzten Kurs aufzulösen. Auf diese Weise können Kalibrierungsfehler, die von Harteisenverzerrungen herrühren, in der x- und y-Richtung weitgehend aufgelöst oder eliminiert werden.
Die in 4 beschriebene Prozedur benutzt lineare Beschleunigung und ändert sich somit mit dem Strom, der durch die Motoren des UAV läuft. Dieser sich ändernde Strom kann zu Änderungen des Bias oder Verzerrungen führen. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, einen geschätzten UAV-Kurs aus einem Positionssensor und Beschleunigungsmesser während der Fortbewegung mit konstanter Geschwindigkeit zu bestimmen.
5 bildet eine Prozedur zur Kursschätzung unter Verwendung eines Positionssensors und Beschleunigungsmessers bei einer konstanten Geschwindigkeit ab. In diesem Beispiel ist ein UAV 502 ebenfalls mit einem Positionssensor und einem Beschleunigungsmesser ausgestattet. Das UAV 502 bewegt sich entlang einem allgemeinen kreisförmigen Weg 504 fort. Die Dauer der Fortbewegung kann optional einen ersten Abschnitt zur Beschleunigung, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen, einen zweiten Abschnitt mit einer konstanten Geschwindigkeit zum Testen und einen dritten Abschnitt zur Verzögerung enthalten. Auf diese Weise beginnt das UAV 502 das Beschleunigen in einem allgemeinen kreisförmigen Weg, bis es eine gewünschte Geschwindigkeit erreicht. Die gewünschte Geschwindigkeit kann irgendeine vorbestimmte Geschwindigkeit sein, obwohl größere Geschwindigkeiten zu größeren Beschleunigungsmessermesswerten führen können, was eine zusätzliche Genauigkeit bereitstellen kann. Beim Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit beginnt die Testprozedur, in der das UAV 502 auf dem kreisförmigen Weg weiter geht und sich 360° entlang dem kreisförmigen Weg fortbewegt, wobei an diesem Punkt der Abschluss des Testabschnitts erreicht ist. Nachfolgend dem Abschluss des Testabschnitts beginnt die Verzögerungsphase, in der die Geschwindigkeit verringert wird. Während dieser Phase kann das UAV 502 optional einen Stillstand erreichen oder kann landen.
Wie in 4 detektieren die Positionssensoren die Position des UAV während der Testphase und liefern Daten, die die Position des UAV im Weltrahmen ansonsten relativ zu einem oder mehreren festen Punkten der Messung repräsentieren. Diese Daten können in Bezug auf die Zeit ausgewertet werden, um eine Geschwindigkeit entlang einem Punkt der Fortbewegung zu detektieren, die bestimmt werden kann als: $v = \frac{2 π r}{T}$
Unter der Annahme einer konstanten Geschwindigkeit entlang dem Fortbewegungsweg wäre die Winkelbeschleunigung, die berechnet werden kann als: $α = \frac{d ω}{d t}$
gleich null. Nichtsdestotrotz wird die IMU eine Beschleunigung aufgrund der Änderung der Richtung entlang des kreisförmigen Wegs detektieren, die berechnet werden kann als: $a = \frac{v^{2}}{r}$
wobei r der Radius des Fortbewegungswegs ist, der wenigstens aus den Positionsdaten und/oder den Navigationsanweisungen für dieses kreisförmige Manöver abgeleitet werden kann. Der Vektor der Beschleunigung aufgrund der Richtungsänderung wird zu der Mittel des kreisförmigen Fortbewegungswegs und senkrecht zu dem momentanen Geschwindigkeitsvektor sein. Somit kann die Größe des Beschleunigungsvektors basierend auf dem Quadrat der Geschwindigkeit dividiert durch den Fortbewegungsradius bestimmt werden, und die Richtung des Beschleunigungsvektors kann so bestimmt werden, dass die zu dem Zentrum der Fortbewegung oder senkrecht zu der Richtung des momentanen Geschwindigkeitsvektors ist.
Während des kreisförmigen Fortbewegungswegs misst der Beschleunigungsmesser auch die Beschleunigung in der x-, der y- und der z-Richtung. Weil hier angenommen ist, dass der Fortbewegungsweg an einer konstanten Flughöhe ist, kann wie z-Richtung wieder temporär vernachlässigt werden. Unter der Annahme einer konstanten Geschwindigkeit während der Testzeitspanne kann angenommen werden, dass die Beschleunigungsmesserdaten die Beschleunigung aufgrund der Richtungsänderung entlang dem kreisförmigen Weg repräsentieren. Das kann als eine x-Komponente 508 und eine y-Komponente 510 aufgezeichnet werden. Diese Komponenten können kombiniert werden, um einen momentanen Beschleunigungsvektor 506 zu bestimmen. Dieser Beschleunigungsvektor kann mit dem abgeleiteten Beschleunigungsvektor basierend auf den Positionsinformationen, wie vorstehend berechnet, verglichen werden. Irgendeine Differenz zwischen der Richtung des Beschleunigungsvektors, wie er aus den Positionsdaten abgeleitet ist, und der Richtung des Beschleunigungsvektors, wie er aus dem Beschleunigungsvektor abgeleitet ist, kann einem Kurs des Fahrzeugs zugeschrieben werden. Damit kann der UAV-Kurs bestimmt werden. Auf diese Weise ist ein virtueller Sensor gebildet, in dem der UAV-Kurs zusätzlich zu einem oder anstelle eines Kompasses detektiert werden kann.
In dem Fall, in dem das UAV mit einem Kompass ausgestattet ist, kann der abgeleitete Kurs, wie vorstehend beschrieben, mit einem Kompasskurs verglichen werden. Irgendwelche Diskrepanzen zwischen dem Kompasskurs und dem abgeleiteten Kurs können durch Kompasskalibrierung aufgelöst werden. Bei dieser Kalibrierung können Diskrepanzen basierend auf Harteisenverzerrungen eliminiert werden. Darüber hinaus können durch Beibehalten einer konstanten Geschwindigkeit entlang dem Fortbewegungsweg ferner Weicheneisendiskrepanzen basierend auf Änderungen des Stroms ebenfalls eliminiert werden.
Der virtuelle Kurssensor kann optional verwendet werden, um das Richtungsbias des Kompasses zu bestimmen. Das kann ausgeführt werden, während der Kompass immer noch benutzt wird und/oder Abhängigkeit von ihm besteht. Das heißt, der Kompass kann verwendet werden, um eine Messung zu erhalten, wobei diese Messungen Störung und/oder Bias unterliegen. Im Gegensatz dazu unterliegt der virtuelle Kurssensor keiner Störung; er kann jedoch nur dann zuverlässige Daten detektieren, wenn das UAV beschleunigt, abbremst, die Richtung ändert oder auf einer gekrümmten Bahn fliegt.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erzeugung eines virtuellen Sensors unter Verwendung detektierter Beschleunigungsdaten mit Bezug auf lineare Beschleunigung und Drehbeschleunigung beschrieben. Die Bezugnahmen auf lineare Beschleunigung und Drehbeschleunigung sind nur als Beispiele bereitgestellt, und die hier beschriebenen Prozeduren sind nicht dafür vorgesehen, nur auf lineare und/oder Drehbeschleunigung eingeschränkt zu sein. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass ein UAV entlang einem Weg, der weder linear noch kreisförmig ist, beschleunigen kann. Angesichts der vorstehenden Beispiele ist zu verstehen, dass die Beschleunigung entlang jedes beliebigen Wegs, auf dem sich das UAV fortbewegt, berechnet werden kann, sowohl aus einem Beschleunigungsmesser als auch durch Detektieren der Beschleunigung aus den Positionssensordaten. Auf diese Weise kann der virtuelle Sensor auf die Beschleunigung entlang irgendeinem Fortbewegungsweg angewandt werden.
Kreisförmige Drehung und Magnetfeldneigung zur Kompasskalibrierung
6 bildet eine Prozedur zur UAV-Kalibrierung unter Verwendung einer kreisförmigen Drehung des UAV ab. Ein oder mehrere UAVs 604A und 604B können an einer Ruheposition auf dem Boden, auf einem Startplatz oder an anderer Stelle sein. Die Ruhefläche ist hier als 602 abgebildet. Das eine oder die mehreren UAVs 604A und 604B können zur Kalibrierung ausgewählt sein. Das eine oder die mehreren UAVs 604A und 604B können sich nach oben zu einer geeigneten Höhe für die Kalibrierungsaktion fortbewegen. Die Kalibrierungsaktion kann an irgendeiner Höhe über dem Boden ausgeführt werden; es kann jedoch wünschenswert sein, dass das eine oder die mehreren UAVs 604A und 604B eine Höhe erreichen, die ausreichend weit von dem Boden entfernt ist, um magnetische Störung von dem Boden zu eliminieren. Das eine oder die mehreren UAVs 604A und 604B können dann die Kalibrierungsaktion ausführen, die in der folgenden Figur beschrieben wird. Sobald die Kalibrierungsaktion fertiggestellt ist, können das eine oder die mehreren UAVs 604A und 604B ihre Ruheposition auf der Ruhefläche 602 wieder einnehmen, wo sie mit einer oder mehreren Fluganweisungen fortfahren können.
7 bildet eine Kalibrierungsaktion gemäß einem Aspekt der Offenbarung ab. Das UAV 702 kann eine Drehung um seine Mittelachse 704 ausführen. Die Drehung kann drei Phasen umfassen. Zuerst kann eine Beschleunigungsphase vorhanden sein, in der das UAV 702 beschleunigt, um eine vorbestimmte Testgeschwindigkeit zu erreichen. Die Beschleunigungsphase kann durch eine zeitliche Dauer, eine vorbestimmte Anzahl von Graden der Drehung, ein Erreichen einer vorbestimmten Geschwindigkeit oder irgendeinen anderen Standard charakterisiert sein. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die Beschleunigungsphase eine 45°-Drehung erfordern, so dass die erste Phase von 0° bis 45° der Drehung dauert, wobei zu dieser Zeit angenommen ist, dass das UAV die vorbestimmte Testgeschwindigkeit erreicht haben wird.
Die zweite Phase kann die Testphase sein. Während der Testphase kann das UAV 702 eine 360°-Drehung ausführen, während der seine IMU Magnetfelder entlang jeder aus der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse detektiert. Die Daten für jede Achse können in irgendeiner gewünschten Periode der Messung detektiert werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können Daten für jede der drei Achsen alle 2° der Drehung detektiert werden, was zu 180 Messungen pro Achse führt. Die Periode kann häufiger oder weniger häufig sein, abhängig von der gewünschten Konfiguration. Die Testphase kann nach der Beendigung der Beschleunigungsphase beginnen. Somit kann in dem Fall, in dem die Beschleunigungsphase bei Erreichen einer 45°-Drehung endet, die Testphase bei 45° beginnen und kann bei 405° beendet sein.
Die dritte Phase kann die Verzögerungsphase sein, während der die Drehgeschwindigkeit des UAV reduziert wird. Die Verzögerungsphase kann durch eine Länge der Zeit, irgendeine Anzahl von Graden der Drehung, Erreichen einer gewünschten Geschwindigkeit oder auf andere Weise charakterisiert sein. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die Verzögerungsphase eine zusätzliche Drehung um 45° erfordern, wodurch die Verzögerungsphase bei 405° beginnt und die Verzögerungsphase bei 450° endet.
Die Magnetfelddaten, die durch die IMU für jedes aus der x-Achse und der y-Achse detektiert werden, können wie durch 706 und 708 für die x-Achse bzw. 710 und 712 für die y-Achse abgebildet gemäß den mit Bezug auf 1 bis 3 beschriebenen Prozeduren aufgetragen werden, wie z. B. durch Eingeben der Daten in einen Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Fitting-Algorithmus. Da eine Vielzahl von Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Fitting-Algorithmen verfügbar sind, wird hier kein spezieller Algorithmus spezifiziert. Vielmehr ist zu verstehen, dass ein Fachmann einen geeigneten Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Fitting-Algorithmus für diese Aufgabe auswählen kann. Dabei, und wie vorstehend mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben ist, können Weicheisenverzerrungen, Harteisenverzerrungen, komponentenspezifisches Bias und/oder Skalenabweichung identifiziert und korrigiert werden. Die Parameter des Ellipsoids können in einem Speicher zur Kalibrierung der x-Achse und der y-Achse des Kompasses gespeichert werden. Die Kalibrierung kann auf dem Kompass selbst ausgeführt werden, so dass die Ausgabedaten des Kompasses die Kalibrierung widerspiegeln. Alternativ kann die Kalibrierung mit einem oder mehreren Prozessoren, die konfiguriert sind, die Kompassdaten zu empfangen, ausgeführt werden.
Das mit Bezug auf 7 beschriebene Verfahren adressiert nur zwei Achsen (z. B. die x-Achse und die y-Achse). Es ist deshalb erwünscht, ferner für die z-Achse unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Drehbewegung zu kalibrieren und zu korrigieren. 8 bildet eine z-Achsen-Kalibrierung unter Verwendung der Drehbewegung von 7 basierend auf der Neigung des Erdmagnetfelds ab. Die Neigung des Erdmagnetfelds, auch als magnetische Inklination oder Inklinationswinkel bezeichnet, ist der Winkel 802, der zwischen den Erdmagnetfeldlinien und der Horizontalen 804 resultiert. Die Magnetfeldneigung variiert basierend auf dem Ort auf der Erde, an dem die Magnetfeldneigung gemessen wird. Weil die Magnetfeldneigungen auf der Erde bekannt sind, kann eine erwartete Magnetfeldneigung aus einer bekannten geographischen Position bestimmt werden. Das UAV kann mit einem Speicher konfiguriert sein, auf dem ein oder mehrere Magnetfeldneigungswerte und ihre jeweiligen geographischen Orte oder Koordinaten gespeichert sind. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann der Speicher eine Nachschlagetabelle für Erdmagnetfeldneigungswerte zugeordnet zu geographischen Orten enthalten.
Sofern der Kompass nicht kalibriert ist, um die Magnetfeldneigung, an der sich das UAV befindet, zu berücksichtigen, werden die y-Achsen-Messwerte des Kompasses eine Abweichung von der Horizontalen basierend auf der Magnetfeldneigung an dem Punkt der Erde, an dem sich der Kompass befindet, widerspiegeln. Wie vorstehend mit Bezug auf 7 festgestellt kann das UAV konfiguriert sein, sich um seine Mittelachse zu drehen, wobei während dieser Zeit der Kompass Daten für die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse detektiert. Einige dieser oder alle Daten können zur späteren Verwendung gespeichert werden. Der Mittelwert der z-Achsen-Messwerte während der Testphase wird im Allgemeinen gleich der vertikalen Komponente des Erdmagnetfeldvektors verschoben durch irgendein Harteisenverzerrungsbias sein.
Die Erdmagnetfeldneigung, die eine Neigung gegen eine horizontale Ebene gedacht sein kann, kann unter Verwendung eines Erdmagnetfeldmodells plus Positionssystemzeit und -ort berechnet werden. Beispielsweise ist die Erdmagnetfeldneigung in München, Deutschland, ungefähr 64,8°. Dementsprechend ist der resultierende Radius des Messungskreises gesehen in der x-Achse und der y-Achse während der 360°-Drehung nur 0,42 der gesamten Vektorlänge von 1,0 in der Einheitskugel. Die Berechnungen können unter Verwendung trigonometrischer Prinzipien zusammen mit der bestimmten Erdmagnetfeldneigung für den relevanten Ort fertiggestellt werden.
Weil die werkseitige Kalibrierung vorher ausgeführt wurde, wenigstens während des Herstellungsprozesses, kann angenommen werden, dass die werkseitig kalibrierte Skala für die z-Achse gleich derjenigen für die x-Achse und die y-Achse ist. Die z-Achsen-Messungen werden über jeden der empfangenen Datenpunkte gemittelt, z. B. die hundertachtzig Messungen, die während der 360°-Gierdrehung aufgenommen werden. Der gemittelte z-Vektor sollte gleich der vertikalen Komponente des Erdmagnetfeldvektors sein. Somit kann irgendein Bias, das durch Harteisenverzerrung verursacht ist, unter Verwendung dieses gemittelten z-Vektors plus der Erdmagnetfeldneigung und irgendeiner Sensorskala innerhalb des Systems, die wie wenigstens in 1 bis 3 beschreiben abgeleitet ist, bestimmt werden. Anderes ausgedrückt: $g e m i t t e l t e r z - V e k t o r = M a g n e t f e l d n e i g u n g + B i a s + S e n s o r s k a l e n f a k t o r$
Angesichts des Vorstehenden weist die bekannte Prozedur zum Kalibrieren des Kompasses durch Drehen des UAV um alle Achsen auf dem Boden mehrere Unzulänglichkeiten auf. Erst kann dieses Verfahren des Vorgangs nur ausgeführt werden, wenn das UAV stationär ist, was eine Unterbrechung der Aktivität des UAV erfordern kann. Zweitens ist es, obwohl manuelle Drehung des UAV auf dem Boden imstande sein kann, Weicheisenverzerrung zu korrigieren, da erwartet wird, dass die Weicheisenverzerrung im Allgemeinen statisch ist, unwahrscheinlich oder unmöglich, dass die manuelle Drehung viele Harteisenverzerrungen, wie z. B. diejenigen, die mit der Zeit variieren, wie z. B. die Harteisenverzerrungen basierend auf dem Strom, der dem Motor zugeführt wird, basieren, korrigiert. Wenigstens aus Sicherheitsgründen wird die manuelle Drehung des UAV um seine Achsen allgemein ausgeführt, wenn der Motor stationär ist, und dadurch ist die Fähigkeit eliminiert, auf Harteisenverzerrungen aufgrund des Motorstroms zu testen.
Anstelle des manuellen Drehens des UAV um seine Achsen auf dem Boden, ist hier vorgeschlagen, eine Kalibrierungsprozedur während des Fluges zu nutzen. Die für eine solche Kalibrierung während des Flugs notwendigen Daten werden während eines UAV-Flugmanövers gesammelt. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann dieses Flugmanöver ausgeführt werden, während das UAV schwebt und sich um 360° plus einen zusätzlichen Puffer dreht, was das Sammeln von Daten während eines vollständigen Kreises erlaubt. Die Daten aus der Drehung können auf einen vollständigen Ellipsoid-Fit angewandt werden, um sowohl Harteisenverzerrungen als auch Weicheisenverzerrungen zu kompensieren. Basierend auf dem vollständigen Ellipsoid-Fit kann ein Algorithmus basierend auf Daten, die den Kalibrierungsort betreffen, unter Verwendung der berechneten Erdmagnetfeldneigung ein systeminternes Bias schätzen. Vorteilhafterweise kann diese Prozedur mit wenig bis keiner manuellen Arbeit ausgeführt werden.
Das UAV-Flugmanöver zur Kalibrierung kann in irgendeiner Flughöhe ausgeführt werden. Abhängig von der Konfiguration kann es günstig sein, das UAV-Manöver an einer relativ niedrigen Flughöhe auszuführen, um unnötige UAV-Fortbewegung zu vermeiden. Es kann bevorzugt sein, eine ausreichend hohe Flughöhe zu erreichen, um Störung von Objekten am Boden zu vermeiden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das Flugmanöver zur Kalibrierung an einer Flughöhe von 10 Meter über dem Bodenniveau ausgeführt werden. Es kann irgendeine Flughöhe ausgewählt werden, abhängig von der gewünschten Konfiguration.
Das UAV-Flugmanöver zur Kalibrierung kann einen vollständigen Kreis um die Gierachse des UAV plus ungefähr 45° für die Winkelbeschleunigungsphase und zusätzliche 45° für die Winkelverzögerungsphase am Ende des Messungskreises enthalten. Die Winkelbeschleunigungsphase kann notwendig sein, um die gewünschte Drehgeschwindigkeit zu erhalten. Die gesamte Drehung kann 450° erreichen oder überschreiten, wobei Daten von ungefähr 45° bis ungefähr 405° erfasst werden können. Messungen können in einer vollständigen unbeschleunigten 360°-Drehung vorgenommen werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann es notwendig sein, Messungen in einer unbeschleunigten Drehung auszuführen, damit die Lastverteilung zwischen den Motoren so nahe wie möglich am Normalen ist. Der Kalibrierungsalgorithmus kann periodisch einen Datenpunkt empfangen, der aus den x-, y- und z-Kompassachsen besteht. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die Periode zum Empfangen des Datenpunkts alle 2° sein, was dadurch zu 180 Messungen während der Drehung führt. Diese Periode kann bei Bedarf angepasst werden, entweder häufiger oder weniger häufig. Die Anpassung der Periode kann vorgenommen werden, um einen Wunsch nach gesteigerter Genauigkeit auf Kosten gesteigerter Rechenlast oder den Wunsch nach einer verringerten Rechenlast auf Kosten einer verringerten Genauigkeit widerzuspiegeln.
Nachfolgend der Fertigstellung der Drehung können die Sensordaten, die sich auf die x- und y-Achse beziehen, als Eingabedaten für einen Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Fitting-Algorithmus verwendet werden. Die Parameter des Ellipsoids werden gespeichert, um die x-Achse und die y-Achse des Kompasses an einem späteren Punkt zu kalibrieren.
In Bezug auf die z-Achse ist es nicht möglich, eine vollständige Datenmenge zu erhalten, da es nicht möglich ist, das UAV entlang der z-Achse während der hier beschriebenen Drehbewegung um 360° zu drehen. Stattdessen wird diese Kalibrierung unter Verwendung eines anderen Verfahrens ausgeführt. Insbesondere wird die Kalibrierung dadurch ausgeführt, dass sie auf der α priori-Kenntnis des Orts beruht. Das berücksichtigt auch, dass nur die x-Achse und die y-Achse des UAV-Kompasses die Navigationslösung signifikant beeinflussen, während die z-Achse nur an hohen Neigungswinkeln signifikant wird. Aufgrund dieser Tatsache ist es möglich, in der z-Achse nur Harteisenverzerrung zu kompensieren, im Gegensatz zum Ausführen von sowohl Harteisenverzerrungs- als auch Weicheisenverzerrungskompensation.
Sensorschema
9 ist ein Fusionsschema eines bordseitigen Sensors. In dieser Figur ist das UAV mit einer IMU 902, die einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und/oder ein oder mehrere Gyroskope umfasst, einem oder mehreren Kompassen 904; und einem Positionssensor 906 konfiguriert. Die Daten der IMU 902 und die Daten des Kompasses 904 können gewichtet, aufgelöst oder auf andere Weise miteinander fusioniert werden, um eine Stellungsfusion 908 zu erzeugen, die einen Kurs oder eine Stellung des UAV bereitstellt. Die Stellungsfusion 908 kann mit den Daten des Positionssensors 906 kombiniert werden, um eine Positions- und Geschwindigkeitsfusion 910 zu erzeugen. Dieses System nimmt jedoch an, dass die Kompassdaten zuverlässig sind. Wo vermutet oder bestimmt wird, dass der Kompass Kalibrierung erfordert, kann dieses System aufgrund seiner Abhängigkeit von Kompassdaten, unzuverlässige oder unerwünschte Ergebnisse ergeben.
10 bildet ein UAV mit Sensoren als Komponenten eines virtuellen Kurssensors ab. In dieser Figur ist das UAV mit einer IMU 1002, die einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und/oder ein oder mehrere Gyroskope umfasst; einem oder mehreren Kompassen 1004; und einem Positionssensor 1006 konfiguriert. Der eine oder die mehreren Kompasse 1004 sind so betrachtet, dass sie eine Kalibrierung benötigen oder anderweitig unzuverlässig sind. Somit können die Kompassdaten nicht verwendet werden, um eine Stellung zu bestimmen. In diesem Fall können die Daten der IMU 1002 und die Daten des Positionssystems 1006 in einen virtuellen Kurssensor 1007 gemäß den hier beschriebenen Verfahren und Prozeduren kombiniert werden. Der resultierenden Daten des virtuellen Kurssensors 1007 können mit Daten der IMU 1002 kombiniert werden, um eine Stellungsfusion 1008 zu bestimmen. Die Stellungsfusion 1008 kann mit den Daten des Positionssystems 1006 kombiniert werden, um eine Positions- und Geschwindigkeitsfusion 1010 zu bestimmen.
11 bildet ein Fusionsschema eines bordeigenen Sensors mit einem virtuellen Kurssensor und Kompassbiasschätzung ab. In dieser Figur ist das UAV mit einer IMU 1102, die einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und/oder ein oder mehrere Gyroskope umfasst; einem oder mehreren Kompassen 1104; und einem Positionssensor 1106 konfiguriert. Die IMU-Daten 1102 und die Daten des Positionssensors 1106 werden kombiniert, um einen virtuellen Kurssensor 1107 zu erzeugen. Die Daten des virtuellen Kurssensors 1107 enthalten einen geschätzten Kurs und/oder Richtungsvektor, der basierend auf Daten aus der IMU 1102 und dem Positionssensor 1106 wie hier beschrieben geschätzt wird. Der Kurs und/oder Richtungsvektor wird mit den Daten des Kompasses 1104 verglichen, um ein Kompassbias 1109 auf die hier beschriebene Weise zu schätzen. Diese Kompassbiasschätzung 1109 kann verwendet werden, um Kompassdaten aufzulösen und/oder den Kompass zu kalibrieren. Die aufgelösten oder korrigierten Kompassdaten können mit den Daten der IMU 1102 kombiniert werden, um eine Stellungsfusion 1108 zu erzeugen. Die Daten der Stellungsfusion 1108 können mit den Daten des Positionssensors 1106 kombiniert werden, um eine Positions- und Geschwindigkeitsfusion 1110 zu erzeugen.
12 bildet eine Anordnung von UAVs und ihren durch den Kompass erhaltenen Kurse ab. Vor speziellen Einsätzen einer Flotte von UAVs können die UAVs in einer einheitlichen Richtung ausgerichtet sein. Das kann beispielsweise vor dem Starten einer UAV-Lichtshow stattfinden. Obwohl eine UAV-Lichtshow hunderte oder sogar tausende UAVs einbeziehen kann, zeigt diese Figur eine vereinfachte Version von sechzehn UAVs 1202. Weil die UAVs in derselben Richtung ausgerichtet sind, wie es auf vielen Startplätzen üblich ist, werden die Kompasse der UAVs idealerweise die gleichen Messwerte für die x-Achse und die y-Achse bereitstellen. Das heißt, die Kompasse werden idealerweise die gleichen Kurse bereitstellen. Abweichungen von diesem idealen Kurs können auf Faktoren beruhen, die Kalibrierung erfordern, wie beispielsweise Harteisenverzerrungen und Weicheisenverzerrungen. Durch Auswerten der Größe der Abweichung von dem bekannten physikalischen Kurs kann die Stärke von Harteisenverzerrungen und/oder Weicheisenverzerrungen oder ein anderweitiger Bedarf für eine Kalibrierung identifiziert werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens kann eine Teilmenge der UAVs ausgewählt werden, wobei die Teilmenge die UAVs mit dem signifikantesten Kalibrierungsbedarf repräsentiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige Startplätze konfiguriert sind, UAVs zu unterstützen, die in Reihen in mehr als einer Richtung ausgerichtet sind. Beispielsweise können einige Startplätze wenigstens eine erste Reihe von UAVs in einer ersten Richtung und eine zweite Reihe von UAVs in einer zweiten Richtung aufweisen, wobei die zweite Richtung 180° gegen die erste Richtung ist. In diesem Beispiel würde erwartet, dass die UAVs in der zweiten Reihe einen um 180° versetzten Kurs gegenüber den UAVs der ersten Reihe aufweisen. Mit diesem Wissen können die gemessenen Kurse der UAVs in der zweiten Reihe angepasst werden, um eine direkte Bewertung von Kalibrierungsfehlern zusammen mit den UAVs in der ersten Reihe zu erlauben. Unter Verwendung dieser Techniken kann für jede Ausrichtungskonfiguration eines Startplatzes angepasst werden.
13 bildet eine Vorrichtung 1300 zum Auswählen von UAVs zur Kalibrierung ab. Wenn die UAVs in einer konsistenten oder bekannten Anordnung ausgerichtet sind, kann ein idealer Kurs für die UAVs erhalten werden. Wie vorstehend mit Bezug auf 10 beschrieben ist, können die detektierten Kurse aus den Kompassen der UAVs abgebildet oder auf andere Weise ausgewertet werden, um eine Schwere der Abweichung von dem bekannten Kurs zu bestimmen. In diesem Fall sind die UAVs in in entgegengesetzte Richtung weisenden Reihen angeordnet. Eine Reihe ist auf 90° gerichtet (links gezeigt), und die andere Reihe ist auf 270° gerichtet (rechts gezeigt). Aus der Verteilung auf der linken Seite zeigt die große Mehrheit der UAVs einen Kurs von 90° oder innerhalb einer kleinen Abweichung von 90°. Ein vorbestimmter Schwellenwert identifiziert die UAVs, deren Kompasskurse außerhalb eines zulässigen Bereichs sind. In diesem Fall ist der vorbestimmte Schwellenwert plus oder minus 45°. Drei UAVs sind so abgebildet, dass sie einen Kurs mit mehr als 45° Abweichung von dem bekannten 90°-Kurs detektieren. Diese UAVs sind ausgewählt, wie durch die fette horizontale Linie unter ihnen angegeben ist. Aufgrund dessen, dass diese UAVs außerhalb der zulässigen Kalibrierungstoleranz sind, sind sie zur Kalibrierung ausgewählt. Die Kalibrierung kann gemäß irgendeiner Kalibrierungstechnik ausgeführt werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die Kalibrierung gemäß den hier beschriebenen Verfahren basierend auf wenigstens Positionssensorinformationen und Beschleunigungsmesserinformationen ausgeführt werden. Durch die Anwendung dieser Prozedur auf ausgewählte UAVs mit dem größten Bedarf an Kalibrierung kann eine unnötige Kalibrierung „mit roher Gewalt“ aller UAVs in der Flotte vermieden werden.
14 bildet eine Vorrichtung zum Auswählen von UAVs zur Kalibrierung ab. Unter Verwendung des Auswahlverfahrens, wie es vorstehend mit Bezug auf 13 beschrieben ist, können ein oder mehrere Prozessoren konfiguriert sein, eine automatische Kalibrierung der ausgewählten UAVs auszuführen. Dieses automatische Kalibrierungsverfahren kann als ein nicht-transientes computerlesbares Medium oder Software konfiguriert sein. Das automatische Kalibrierungsverfahren kann auf irgendeiner/irgendwelchen Verarbeitungsvorrichtung oder -vorrichtungen ausgeführt werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das automatische Kalibrierungsverfahren eine graphische Anwenderschnittstelle enthalten. Die graphische Anwenderschnittstelle kann ohne Einschränkung auf irgendeine gewünschte Weise konfiguriert sein. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die graphische Anwenderschnittstelle wie in 14 gezeigt aussehen. In dieser Figur sind verschiedene Schnittstellen gezeigt, die automatische Kalibrierung aller oder einer oder mehrerer Teilmengen der UAVs erlauben. Es kann möglich sein, eine Gruppengröße zu bestimmen, wobei die Gruppengröße eine Anzahl kleiner als alle UAVs ist, die zu irgendeiner gegebenen Zeit kalibriert werden. Die Gruppengröße kann so ausgewählt werden, dass sie zusätzlichen Platz zum Testen bereitstellt, und um Kollisionen mit anderen Fahrzeugen während der Testzeitspanne zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schnittstelle die Auswahl einer kleinsten Separierung der UAVs während des Testens erlauben. Diese kleinste Separierung schließt aus, dass UAVs in weniger als dem kleinsten Separierungsabstand voneinander gleichzeitig getestet werden. In dem Fall, wenn UAVs innerhalb des kleinsten Separierungsabstands zum Testen identifiziert sind, werden diese UAVs in separaten Gruppen getestet.
Ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) ist ein Flugzeug, das die Fähigkeit zum autonomen Fliegen aufweist. Beim autonomen Fliegen ist kein menschlicher Pilot an Bord und steuert das unbemannte Luftfahrzeug. Das unbemannte Luftfahrzeug kann auch als unbesetztes, unbewohntes oder pilotenloses Luftfahrzeug, Flugzeug oder Flugzeugsystem oder Drohne bezeichnet sein.
15 stellt ein unbemanntes Luftfahrzeug in einer schematischen Ansicht gemäß verschiedenen Aspekten dar. Das unbemannte Luftfahrzeug 1500 kann mehrere (z. B. drei oder mehr als drei, z. B. vier, sechs, acht usw.) Fahrzeugantriebsanordnungen 1510 enthalten. Jede der Fahrzeugantriebsanordnungen 1510 kann wenigstens einen Antriebsmotor 1510m und wenigstens einen Propeller 1510p, der mit dem wenigstens einen Antriebsmotor 1510m gekoppelt ist, enthalten. Der eine oder die mehreren Antriebsmotoren 1510m des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 können elektrische Antriebsmotoren sein.
Ferner kann das unbemannte Luftfahrzeug 1500 einen oder mehrere Prozessoren 1502p enthalten, die konfiguriert sind, den Flug oder irgendeine andere Operation des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 zu steuern, die, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Navigation, Bildanalyse, Ortsberechnung und irgendein/e hier beschriebene/s Verfahren oder Aktion enthält. Einer oder mehrere aus den Prozessoren 1502p kann Teil einer Flugsteuereinheit sein oder kann eine Flugsteuereinheit implementieren. Der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p können beispielsweise konfiguriert sein, einen Flugweg basierend wenigstens auf einer derzeitigen Position des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 und einer gewünschten Zielposition für das unbemannte Luftfahrzeug 1500 bereitzustellen. In einigen Aspekten können der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p das unbemannte Luftfahrzeug 1500 steuern. In einigen Aspekten können der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p die Antriebsmotoren 1510m des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 direkt steuern, so dass in diesem Fall keine zusätzliche Motorsteuereinheit verwendet sein kann. Alternativ können der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p die Antriebsmotoren 1510m des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 über eine oder mehrere zusätzliche Motorsteuereinheiten steuern. Der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p können irgendeinen Typ einer Steuereinheit, die zum Steuern des gewünschten Funktionen des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 geeignet ist, enthalten oder implementieren. Der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p können durch irgendeine Art aus einer oder mehreren Logikschaltungen implementiert sein.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das unbemannte Luftfahrzeug 1500 einen oder mehrere Speicher 1502m enthalten. Der eine oder die mehreren Speicher können durch irgendeine Art aus einer oder mehreren elektronischen Speicherentitäten, z. B. einem oder mehreren flüchtigen Speichern und/oder einem oder mehreren nichtflüchtigen Speichern, implementiert sein. Der eine oder die mehreren Speicher 1502m können z. B. in Zusammenwirken mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 1502p verwendet sein, um Bilddaten, ideale Orte, Ortsberechnungen oder Ausrichtungsanweisungen aufzubauen und/oder zu speichern.
Ferner kann das unbemannte Luftfahrzeug 1500 eine oder mehrere Stromversorgungen 1504 enthalten. Die eine oder die mehreren Stromversorgungen 1504 können irgendeinen geeigneten Typ einer Stromversorgung enthalten, z. B. eine Gleichstrom-(DC-) Stromversorgung. Eine DC-Stromversorgung kann eine oder mehrere Batterien (z. B. eine oder mehrere wieder aufladbare Batterien) usw. enthalten.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann das unbemannte Luftfahrzeug 1500 einen oder mehrere Sensoren 1506 enthalten. Der eine oder die mehreren Sensoren 1506 können konfiguriert sein, eine Umgebung des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 zu überwachen. Der eine oder die mehreren Sensoren 1506 können konfiguriert sein, Hindernisse in der Umgebung des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 zu detektieren. Der eine oder die mehreren Sensoren 1506 können beispielsweise eine oder mehrere Kameras (z. B. eine Tiefenkamera, eine Stereokamera, eine Wärmebildkamera usw.), einen oder mehrere Ultraschallsensoren usw. enthalten. Das unbemannte Luftfahrzeug 1500 kann ferner ein Positionsdetektionssystem 1502g enthalten. Das Positionsdetektionssystem 1502g kann beispielsweise auf dem Globalen Positionierungssystem (GPS) oder irgendeinem anderen verfügbaren Positionierungssystem basieren. Deshalb können der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p ferner konfiguriert sein, den Flugweg des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 basierend auf Daten, die aus dem Positionsdetektionssystem 1502g erhalten werden, zu modifizieren. Die Sensoren 1506 können wie hier abgebildet oder in irgendeiner anderen für eine Implementierung geeigneten Konfiguration montiert sein.
Gemäß verschiedenen Aspekten können der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p wenigstens einen Sender/Empfänger enthalten, der konfiguriert ist, eine Aufwärtsstreckenübertragung und/oder einen Abwärtsstreckenempfang von Funksignalen, die Daten, z. B. Video- oder Bilddaten und/oder Befehle, enthalten, bereitzustellen. Der wenigstens eine Sender/Empfänger kann eine Hochfrequenz- (RF-) Sender und/oder einen Hochfrequenz- (RF-) Empfänger enthalten.
Der eine oder die mehreren Prozessoren 1502p können ferner eine Trägheitsmessungseinheit (IMU) und/oder eine Kompasseinheit enthalten. Die Trägheitsmessungseinheit kann beispielsweise eine Kalibrierung des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 bezüglich einer vordefinierten Ebene in einem Koordinatensystem erlauben, z. B. um den Roll- und Nickwinkel des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 in Bezug auf den Schwerkraftvektor (z. B. von dem Planeten Erde) zu bestimmen. Somit kann eine Orientierung des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 in einem Koordinatensystem bestimmt werden. Die Orientierung des unbemannten Luftfahrzeugs 1500 kann unter Verwendung der Trägheitsmessungseinheit kalibriert werden, bevor das unbemannte Luftfahrzeug 1500 in dem Flugmodus betrieben wird. Es kann jedoch irgendeine andere geeignete Funktion zur Navigation des unbemannten Luftfahrzeugs 1500, z. B. zum Bestimmen einer Position, einer Fluggeschwindigkeit, einer Flugrichtung usw., in dem einen oder den mehreren Prozessoren 1502p und/oder in zusätzlichen Komponenten, die mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 1502p gekoppelt sind, implementiert sein. Die IMU kann ein oder mehrere Magnetometer enthalten, die konfiguriert sein können, die Stärke eines Magnetfelds zu messen. Die Messungen können gemäß einer x-Achse, eine y-Achse und/oder einer z-Achse des UAV sein. Die Messungen können als ein oder mehrere Vektoren aufgelöst werden. In dieser Figur sind die x-Achse und die y-Achse relativ zu dem UAV abgebildet. Die z-Achse oder Gierachse ist eine Achse, die senkrecht zu der x-Achse und der a-Achse ist und die vertikal durch das UAV zwischen einer Oberseite und seiner Unterseite verläuft.
16 zeigt ein erstes Verfahren zur UAV-Kalibrierung gemäß einem Aspekt der Offenbarung, wobei das Verfahren das Detektieren einer Stärke eines Magnetfelds relativ zu einer y-Achse eines unbemannten Luftfahrzeugs 1602; Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich um seine z-Achse zu drehen, 1604; Bestimmen von mehreren Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung während der Drehung um die z-Achse 1606; Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten 1608; Bestimmen einer Magnetfeldneigung, die der detektierten Position entspricht 1610; und Bestimmen eines z-Achsen-Korrekturwerts als eine Differenz zwischen den detektierten Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung und der bestimmten Magnetfeldneigung 1612 umfasst.
17 zeigt ein Verfahren zur Kursdetektion, das Steuern eines unbemannten Luftfahrzeugs, sich von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort fortzubewegen 1702; Bestimmen eines ersten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst 1704; Bestimmen eines zweiten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs von mehreren Positionen des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst 1706; und Bestimmen eines geschätzten Kurses als eine Differenz zwischen dem ersten Beschleunigungswert und dem zweiten Beschleunigungswert 1708 umfasst.
18 zeigt ein Verfahren zur UAV-Kalibrierung, das Empfangen von Kursdaten von mehreren unbemannten Luftfahrzeugen, wobei die Kursdaten Magnetometerdaten von jedem aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen repräsentieren 1802; Auswählen einer ersten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt übersteigen, 1804; Auswählen einer zweiten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten kleiner sind als eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt, 1806; und Steuern eines oder mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge in der ersten Teilmenge, ein Kalibrierungsmanöver auszuführen, 1808, umfasst.
Auswählen von UAVs zur Kalibrierung
Die hier beschriebenen Verfahren und Prozeduren können in eine Vorrichtung und/oder Prozedur zur automatischen Detektion von UAVs, die zusätzliche Kalibrierung erfordern integriert sein. Darüber hinaus können beim Identifizieren von UAVs, die zusätzliche Kalibrierung erfordern, hier beschriebene Kalibrierungsmanöver automatisch oder halbautomatisch ausgeführt werden, um die Kalibrierung schnell zu erreichen.
Wenn mehrere UAVs eingesetzt werden, können ein oder mehrere Prozessoren benutzt werden, um Daten der mehreren UAVs zu empfangen und zu analysieren. Der eine oder die mehreren Prozessoren können zentral konfiguriert sein, wie z. B. in einem Steuerzentrum. Alternativ können der eine oder die mehreren Prozessoren über mehrere Orte verteilt sein. Der eine oder die mehreren Prozessoren können Daten von den mehreren UAVs, die die Orientierung oder den Kurs der UAVs enthalten, empfangen. Die Daten können unter Verwendung eines Gaußschen Modells gefittet werden, das den signifikantesten Kurs der Flotte effektiv beschreibt. Dieses Datenmodell kann als ein Histogramm präsentiert werden. Das Histogramm kann als ein koloriertes Histogramm eingesetzt werden.
In dem Kontext einer UAV-Lichtshow können mehrere UAVs verwendet werden. Vor der Lichtshow können die mehreren UAVs stationär sein und sich auf einem oder mehreren Startplätzen befinden, wo die UAVs bis zum Einsatz für ein Lichtshow warten und ruhen können. Ein Vorteil der Startplätze ist, dass die allgemein so konfiguriert sind, dass mehrere UAVs in einer einzige Reihe entlang dem Startplatz platziert sind. Das führt dazu, dass die UAVs nebeneinander und in eine gemeinsame Richtung weisend platziert sind. Abhängig von der Konfiguration des Startplatzes können die UAVs in mehreren Reihen und in eine gemeinsame Richtung weisend platziert sein. Alternativ können die UAVs in mehreren Reihen und in entgegengesetzte Richtungen weisend platziert sein.
Unter der Annahme, dass die UAVs in eine gemeinsame Richtung weisen (wie z. B. dass alle UAVs nach Norden weisen oder alle UAVs nach Westen weisen), können Abweichungen von dem gemeinsamen Kurs abgeleitet werden. Das heißt, die resultierenden Richtungs- oder Kursmessungen der UAVs sollten, weil bekannt ist, dass die UAVs in eine gemeinsame Richtung weisen, und unter der Annahme ideal kalibrierter Kompasse für jedes UAV, gleich sein. Angesichts dieser Annahmen können alle Abweichungen in den empfangenen Richtungs- oder Kursmessungen von den UAVs weitgehend Kalibrierungsfehlern zugeschrieben werden. Die Kalibrierungsfehler können, wie vorstehend beschrieben, von Weicheisenverzerrungen und/oder Harteisenverzerrungen herrühren.
Wie vorstehend festgestellt können die Abweichungen von der/dem bekannten Richtung und Kurs jedes UAV, wobei jede Abweichung einem Kalibrierungsfehler zugeschrieben werden kann, nach Größe geordnet oder abgebildet werden. Auf diese Weise können die UAVs, die die größten Abweichungen von der/dem bekannten Position oder Kurs zeigen, für ein Kalibrierungsmanöver identifiziert werden.
Irgendeine aus einer Vielzahl von Techniken kann zum Auswählen von UAVs für ein Kalibrierungsmanöver basierend auf den empfangenen Positions- oder Kursinformationen eingesetzt werden. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können viele UAVs mit einer größeren als einer vorbestimmten absoluten Abweichung von der/dem bekannten Position oder Kurs für ein Kalibrierungsmanöver ausgewählt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann irgendein UAV, das eine größere als eine vorbestimmte prozentuale Abweichung von einer/einem bekannten Position oder Kurs zeigt, für ein Kalibrierungsmanöver ausgewählt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann irgendein UAV, das eine oder mehrere Standardabweichungen der Abweichung von einer/einem bekannten Position oder Kurs zeigt, für ein Kalibrierungsmanöver ausgewählt werden. Wie zu sehen ist, kann irgendeine aus einer Vielzahl von Techniken eingesetzt werden, um weniger als alle UAVs zu identifizieren, die eine Abweichung von einer/einem bekannten Position oder Kurs zeigen. Diese Techniken oder Strategien können eingesetzt werden, um eine Teilmenge von UAVs mit einer Abweichung von einer/einem bekannten Position oder Kurs zu identifizieren, um Zeit und Betriebsmittel am effizientesten dem Korrigieren der UAVs, die den größten Bedarf für eine Kalibrierung zeigen, zu widmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann der Startplatz so konfiguriert sein, dass die UAVs in ungleichmäßigen Kursen oder Positionen platziert sind. Das kann beispielsweise auftreten, wenn eine erste Gruppe von UAVs in einer entgegengesetzten Richtung zu einer zweiten Gruppe von UAVs platziert ist (wie z. B. dass eine erste Gruppe nach Norden weist und eine zweite Gruppe nach Süden weist). Die UAVs können natürlich in anderen Beziehungen, die nicht 180° Grad sind, zueinander platziert sein. Unabhängig von der Anzahl von Teilmengen von UAVs, die in unterschiedlichen Orientierungen platziert sind, oder dem Grad des Versatzes gegeneinander, kann, solange die physikalischen Orientierungen der UAVs bekannt sind, eine Abweichung der Kompasse der UAVs von der wahren Orientierung detektiert werden, und diese Abweichungen können geordnet oder auf andere Weise ausgewertet werden, um eine Teilmenge der UAVs für ein Kalibrierungsmanöver auszuwählen.
Angesichts dieser Informationen kann die Software dann herleiten, dass alle UAVs, deren Kurse signifikant von dem Modell (der Hauptrichtung) abweichen, eine Neukalibrierung erfordern. Der Ausreißer-Schwellenwert kann durch einen Anwender eingestellt werden, oder die UAVs können manuell, direkt durch das Modell, ausgewählt werden. Diese Ausreißer können von dem Steuerzentrum hervorgehoben werden, was sie in der Flotte aus tausenden von UAVs sichtbar leuchten lässt, so dass sie beispielsweise zur Überprüfung herausgenommen werden können. Die Software kann solche UAVs auch für Flüge und tatsächliche Shows ignorieren, so dass UAVs mit einer Kalibrierung unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts in einer Show nicht verwendet werden. Das kann das Risiko für unsichere UAVs und/oder wackelige Bilder während einer Lichtshow reduzieren.
Der Anwender kann eine automatisierte Kalibrierungsprozedur starten, in der UAVs in Gruppen zu einer gegebenen Höhe abheben, sich kalibrieren und wieder landen. Die Größe der Gruppen kann durch den Anwender eingestellt werden, zusätzlich zu einem kleinsten Sicherheitsabstand zwischen startenden UAVs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung können UAVs basierend auf einer Variante der iterativen Suche nach nächsten Nachbarn, die die Gruppengröße und paarweise Sicherheitseinschränkungen integriert, zur Kalibrierung ausgewählt werden. Bei Verwendung dieser Technik kann sichergestellt ein, dass Gruppen eine lokale Kohärenz aufweisen, was den Arbeitsteams am Boden ermöglicht, UAVs sehr schnell zurück auf ihre Startplätze zu platzieren, um sie nach der Kalibrierung zu laden, anstatt dass die UAVs über ein Feld verstreut sind.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann die Kalibrierung selbst automatisch an Bord des UAV unter Verwendung eines oder mehrerer der hier beschriebenen Kalibrierungsalgorithmen stattfinden. Zum Prüfen kann die Kalibrierung automatisch auf eine Weise stattfinden, die nur erfordert, dass sich das UAV einmal um eine volle Umdrehung um seine Gierachse dreht. Im Gegensatz dazu erfordern kommerzielle und Hobby-UAVs physikalische Interaktion mit dem UAV und seine exakte Positionierung entlang der Erdmagnetachsen, was durch die hier beschriebenen Herangehensweisen vollständig weggelassen werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können die in den hier offenbarten Prozeduren gesammelten Daten auch zum weiteren Überwachen von Langzeitstatistikdaten verwendet werden, wie z. B. durch Zeigen, wie die Kompasskalibrierung über die Zeit durch Umweltfaktoren (z. B. Konstruktion), Wetter oder Verschiebungen des Erdmagnetfelds selbst beeinflusst werden könnte.
Weiter werden verschiedene Ausführungsformen im Folgenden beschrieben.
In Beispiel 1 ist ein unbemanntes Luftfahrzeug offenbart, das Folgendes umfasst:

ein oder mehrere Magnetometer, die konfiguriert sind, ein Magnetfeld zu detektieren und
Magnetometerdaten, die eine Stärke des detektierten Magnetfelds entsprechen, auszugeben;
einen Positionssensor, der konfiguriert ist, eine Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten zu detektieren und die Positionssensordaten,
die die detektierte Position repräsentieren, auszugeben; einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind, das unbemannte Luftfahrzeug zu steuern, sich um seine z-Achse zu drehen;
Magnetometerdaten, die mehrere z-Achsen-Richtungsmessungen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen wurden, umfassen, zu empfangen; Positionssensordaten zu empfangen und wenigstens aus den Positionssensordaten eine Magnetfeldneigung der detektierten Position zu bestimmen; einen z-Achsen-Magnetometerkorrekturwert als eine Differenz zwischen den empfangenen Magnetometerdaten für die z-Achse und der bestimmten Magnetfeldneigung zu bestimmen.

In Beispiel 2 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 1 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, das Magnetometer durch den Korrekturwert zu kalibrieren.
In Beispiel 3 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 1 oder 2 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen zu mitteln, um eine mittlere Größe der detektierten Magnetometerdaten für die z-Achse zu erhalten, und wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts als eine Differenz zwischen den empfangenen Magnetometerdaten und der Magnetfeldneigung das Vergleichen der gemittelten Größe der mehreren Messungen mit der Magnetfeldneigung umfasst.
In Beispiel 4 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 3 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, Magnetometerdaten, die mehrere x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen wurden, umfassen, zu empfangen und aus den empfangenen x-Achsen-Richtungsmessungen und den y-Achsen-Richtungsmessungen einen x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und einen y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert zu bestimmen.
In Beispiel 5 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 4 offenbart, wobei das Bestimmen eines x-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts und eines y-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts Anwenden eines Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Algorithmus auf die empfangenen x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen umfasst.
In Beispiel 6 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 5 offenbart, wobei das Bestimmen des x-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts und des y-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts ferner das Bestimmen einer Größe des Versatzes relativ zu dem Ursprung einer Ausgabe des Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Algorithmus umfasst.
In Beispiel 7 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 4 bis 6 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, das Magnetometer durch den x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und den y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert zu kalibrieren.
In Beispiel 8 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 4 bis 7 offenbart, wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Subtrahieren der Magnetfeldneigung und eines Werts, der dem x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und dem y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert entspricht, von einem Wert, der die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen repräsentiert, umfasst.
In Beispiel 9 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 8 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die Magnetfeldneigung der detektierten Position unter Verwendung einer Nachschlagetabelle zu bestimmen.
In Beispiel 10 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 9 offenbart, das ferner einen Speicher umfasst, wobei mehrere Magnetfeldneigungswerte in dem Speicher gespeichert sind, wobei jeder der Magnetfeldeinschlusswerte einer Position zugeordnet ist und wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die Magnetfeldneigung der detektierten Position durch Lokalisieren einer Magnetfeldangabe, deren Position der detektierten Position am nächsten zugeordnet ist, zu bestimmen.
In Beispiel 11 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 10 offenbart, wobei die Drehung um seine z-Achse eine 360-Grad-Drehung umfasst.
In Beispiel 12 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 11 offenbart, wobei die Drehung um seine z-Achse eine Beschleunigungsphase, gefolgt von einer Messungsphase, die eine 360-Grad-Drehung umfasst, gefolgt von einer Verzögerungsphase umfasst.
In Beispiel 13 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 1 bis 11 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, das unbemannte Luftfahrzeug zu steuern, sich um seine z-Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit zu drehen.
In Beispiel 14 umfasst das unbemannte Luftfahrzeug einen Beschleunigungsmesser, der konfiguriert ist, die Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs zu detektieren und Beschleunigungsmesserdaten, die einen Beschleunigungsvektor repräsentieren, auszugeben; einen Positionssensor, der konfiguriert ist, eine Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten zu detektieren und Positionssensordaten, die die detektierte Position repräsentieren, und eine Referenzzeit an der detektierten Position auszugeben; und einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind, das unbemannte Luftfahrzeug zu steuern, sich von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort fortzubewegen; Positionssensordaten aus mehreren Messungen, die während des Fortbewegens von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort aufgenommen werden, zu empfangen; eine erste Beschleunigung aus den Beschleunigungsmesserdaten zu bestimmen; eine zweite Beschleunigung aus den Positionssensordaten zu bestimmen; einen geschätzten Kurs als eine Differenz zwischen der ersten Beschleunigung und der zweiten Beschleunigung zu bestimmen.
In Beispiel 15 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 14 offenbart, das ferner eine interne Messeinheit (IMU) umfasst, die konfiguriert ist, einen IMU-Kurs des unbemannten Luftfahrzeugs zu bestimmen, und wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die IMU durch eine Differenz zwischen dem IMU-Kurs und dem geschätzten Kurs zu kalibrieren.
In Beispiel 16 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 14 oder 15 offenbart, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einer Geraden folgt.
In Beispiel 17 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 16 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren konfiguriert sind, die erste Beschleunigung aus den Beschleunigungsmesserdaten, die einer linearen Beschleunigung zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort entsprechen, zu bestimmen.
In Beispiel 18 ist das unbemannte Luftfahrzeug eines der Beispiele 14 bis 17 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die zweite Beschleunigung als eine zweite Ableitung der Positionssensordaten in Bezug auf die Zeit zu bestimmen.
In Beispiel 19 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 14 oder 15 offenbart, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einem kreisförmigen Weg folgt.
In Beispiel 20 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 19 offenbart, wobei die erste Fortbewegungsrichtung und die zweite Fortbewegungsrichtung momentane Richtungen sind.
In Beispiel 21 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 19 oder 20 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, das unbemannte Luftfahrzeug zu steuern, sich von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort mit einer konstanten Geschwindigkeit fortzubewegen.
In Beispiel 22 ist das unbemannte Luftfahrzeug von Beispiel 21 offenbart, wobei die Beschleunigungsmesserdaten einer Beschleunigungskraft zum Aufrechterhalten eines kreisförmigen Wegs entsprechen.
In Beispiel 23 ist eine Kalibrierungsvorrichtung, die einen oder mehrere Prozessoren umfasst, konfiguriert zum:

Empfangen von Kursdaten von mehreren unbemannten Luftfahrzeugen, wobei die Kursdaten Magnetometerdaten von jedem aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen repräsentieren,
Auswählen einer ersten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt übersteigen;
Auswählen einer zweiten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten kleiner sind als eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt; und Steuern eines oder mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge in der ersten Teilmenge, ein Kalibrierungsmanöver auszuführen.

In Beispiel 24 ist die Kalibrierungsvorrichtung von Beispiel 23 offenbart, wobei die zweite Teilmenge unbemannter Luftfahrzeuge während des Kalibrierungsmanövers des einen oder der mehreren unbemannten Luftfahrzeuge in der ersten Teilmenge stationär bleibt.
In Beispiel 25 ist die Kalibrierungsvorrichtung von Beispiel 23 oder 24 offenbart, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, weniger als alle unbemannten Fahrzeuge in der ersten Teilmenge zu steuern, das Kalibrierungsmanöver auszuführen, basierend auf wenigstens einem aus einer Nähe von zwei oder mehr unbemannten Luftfahrzeugen in der ersten Teilmenge, einer maximalen Anzahl unbemannter Luftfahrzeuge zum Ausführen des Kalibrierungsmanövers, einer vorbestimmten Anzahl von Fahrzeugen zum Ausführen des Kalibrierungsmanövers oder irgendeiner Kombination daraus.
In Beispiel 26 ist die Kalibrierungsvorrichtung eines der Beispiele 23 bis 25 offenbart, wobei die Kalibrierungsvorrichtung eine Anwendereingabevorrichtung umfasst.
In Beispiel 27 ist die Kalibrierungsvorrichtung von Beispiel 26 offenbart, wobei die Kalibrierungsvorrichtung einen Startplatz umfasst.
In Beispiel 28 ist die Kalibrierungsvorrichtung eines der Beispiele 23 bis 27 offenbart, wobei das Kalibrierungsmanöver eine 360-Grad-Drehung um eine z-Achse eines unbemannten Luftfahrzeugs umfasst.
In Beispiel 29 umfasst ein Verfahren zur Kalibrierung Detektieren einer Stärke eines Magnetfelds relativ zu einer y-Achse eines unbemannten Luftfahrzeugs; Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich um seine z-Achse zu drehen; Bestimmen von mehreren Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung während der Drehung um die z-Achse; Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten; Bestimmen einer Magnetfeldneigung, die der detektierten Position entspricht; Bestimmen eines z-Achsen-Korrekturwerts als eine Differenz zwischen den detektierten Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung und der bestimmten Magnetfeldneigung.
In Beispiel 30 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 29 offenbart, das ferner Kalibrieren des Magnetometers durch den Korrekturwert umfasst.
In Beispiel 31 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 29 oder 30 offenbart, das ferner das Mitteln der mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen umfasst, um eine mittlere Größe der z-Achsen-Richtung-Magnetfeldmessungen zu erhalten; und wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Vergleichen einer gemittelten Größe der mehreren Messungen mit der Magnetfeldneigung umfasst.
In Beispiel 32 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 31 offenbart, das ferner Bestimmen von mehreren x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen werden, und Bestimmen aus den x-Achsen-Richtungsmessungen und den y-Achsen-Richtungsmessungen eines x-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts und eines y-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts umfasst.
In Beispiel 33 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 32 offenbart, wobei das Bestimmen eines x-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts und eines y-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Anwenden eines Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Algorithmus auf die empfangenen x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen umfasst.
In Beispiel 34 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 33 offenbart, wobei das Bestimmen des x-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts und des y-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts ferner das Bestimmen einer Größe des Versatzes relativ zu dem Ursprung einer Ausgabe des Kleinste-Quadrate-Ellipsoid-Algorithmus umfasst.
In Beispiel 35 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 32 bis 34 offenbart, das ferner Kalibrieren eines Magnetometers durch den x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und den y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert umfasst.
In Beispiel 36 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 32 bis 35 offenbart, wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Subtrahieren der Magnetfeldneigung und eines Werts, der dem x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und dem y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert entspricht, von einem Wert, der die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen repräsentiert, umfasst.
In Beispiel 37 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 36 offenbart, das ferner das Bestimmen der Magnetfeldneigung der detektierten Position unter Verwendung einer Nachschlagetabelle umfasst.
In Beispiel 38 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 37 offenbart, wobei mehrere Magnetfeldneigungswerte in einem Speicher gespeichert sind, wobei jeder der Magnetfeldeinschlusswerte einer Position zugeordnet ist und wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die Magnetfeldneigung der detektierten Position durch Lokalisieren einer Magnetfeldneigung, deren Position der detektierten Position am nächsten zugeordnet ist, zu bestimmen.
In Beispiel 39 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 38 offenbart, wobei die Drehung um seine z-Achse eine 360-Grad-Drehung umfasst.
In Beispiel 40 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 39 offenbart, wobei die Drehung um seine z-Achse eine Beschleunigungsphase, gefolgt von einer Messungsphase, die eine 360-Grad-Drehung umfasst, gefolgt von einer Verzögerungsphase umfasst.
In Beispiel 41 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 29 bis 40 offenbart, das ferner das Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit um seine z-Achse zu drehen, umfasst.
In Beispiel 42 umfasst ein Verfahren zur Kursdetektion, das Steuern eines unbemannten Luftfahrzeugs, sich von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort fortzubewegen; Bestimmen eines ersten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst; Bestimmen eines zweiten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs von mehreren Positionen des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst; Bestimmen eines geschätzten Kurses als eine Differenz zwischen dem ersten Beschleunigungswert und dem zweiten Beschleunigungswert umfasst.
In Beispiel 43 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 42 offenbart, das ferner Kalibrieren einer internen Messeinheit (INU) durch eine Differenz zwischen einem IMU-Kurs und dem geschätzten Kurs umfasst.
In Beispiel 44 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 42 oder 43 offenbart, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einer Geraden folgt.
In Beispiel 45 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 44 offenbart, das ferner das Bestimmen der zweiten Fortbewegungsrichtung aus Beschleunigungsmesserdaten, die einer linearen Beschleunigung zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort entsprechen, umfasst.
In Beispiel 46 ist das Verfahren zur Kursdetektion eines der Beispiele 42 bis 45 offenbart, das ferner das Bestimmen der Beschleunigung als eine zweite Ableitung der mehreren Positionen in Bezug auf die Zeit umfasst.
In Beispiel 47 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 42 oder 43 offenbart, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einem kreisförmigen Weg folgt.
In Beispiel 48 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 47 offenbart, wobei die erste Fortbewegungsrichtung und die zweite Fortbewegungsrichtung momentane Richtungen sind.
In Beispiel 49 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 47 oder 48 offenbart, das ferner das Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort fortzubewegen, umfasst.
In Beispiel 50 ist das Verfahren zur Kursdetektion von Beispiel 49 offenbart, wobei die Beschleunigungsmesserdaten einer Beschleunigungskraft zum Aufrechterhalten eines kreisförmigen Wegs entsprechen.
In Beispiel 51 ist ein Verfahren zur Kalibrierung offenbart, das Folgendes umfasst: Empfangen von Kursdaten von mehreren unbemannten Luftfahrzeugen, wobei die Kursdaten Magnetometerdaten von jedem aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen repräsentieren,
Auswählen einer ersten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt übersteigen;
Auswählen einer zweiten Teilmenge aus den mehreren unbemannten Luftfahrzeugen als die unbemannten Luftfahrzeuge, deren Kursdaten kleiner sind als eine vorbestimmte Abweichung von einem Referenzpunkt; und Steuern eines oder mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge in der ersten Teilmenge, ein Kalibrierungsmanöver auszuführen.
In Beispiel 52 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 51 offenbart, wobei die zweite Teilmenge unbemannter Luftfahrzeuge während des Kalibrierungsmanövers eines oder mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge in der ersten Teilmenge stationär bleibt.
In Beispiel 53 ist das Verfahren zur Kalibrierung von Beispiel 51 oder 52 offenbart, das ferner Steuern von weniger als allen unbemannten Fahrzeuge in der ersten Teilmenge, das Kalibrierungsmanöver auszuführen, basierend auf wenigstens einem aus einer Nähe von zwei oder mehr unbemannten Luftfahrzeugen in der ersten Teilmenge, einer maximalen Anzahl unbemannter Luftfahrzeuge zum Ausführen des Kalibrierungsmanövers, einer vorbestimmten Anzahl von Fahrzeugen zum Ausführen des Kalibrierungsmanövers oder irgendeiner Kombination daraus umfasst.
In Beispiel 54 ist das Verfahren zur Kalibrierung eines der Beispiele 51 bis 53 offenbart, wobei das Kalibrierungsmanöver eine 360-Grad-Drehung um eine z-Achse eines unbemannten Luftfahrzeugs umfasst.
In Beispiel 55 sind ein oder mehrere nicht-transiente computerlesbare Medien konfiguriert, den einen oder die mehreren Prozessoren zu veranlassen, wenn sie ausgeführt werden, das Verfahren eines der Beispiele 29 bis 54 auszuführen.
Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist durch Fachleute zu verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und an Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die in der Bedeutung und dem Äquivalenzbereich der Ansprüche liegen, sollen deshalb eingeschlossen sein.

Claims

Unbemanntes Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein oder mehrere Magnetometer, die konfiguriert sind, ein Magnetfeld zu detektieren und Magnetometerdaten, die eine Stärke des detektierten Magnetfelds entsprechen, auszugeben; einen Positionssensor, der konfiguriert ist, eine Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten zu detektieren und die Positionssensordaten, die die detektierte Position repräsentieren, auszugeben; einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind zum: Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich um seine z-Achse zu drehen; Empfangen von Magnetometerdaten, die mehrere z-Achsen-Richtungsmessungen umfassen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen wurden; Empfangen von Positionssensordaten und Bestimmen einer Magnetfeldneigung der detektierten Position aus wenigstens den Positionssensordaten; Bestimmen eines z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts als eine Differenz zwischen den empfangenen Magnetometerdaten für die z-Achse und der bestimmten Magnetfeldneigung.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, das Magnetometer durch den Korrekturwert zu kalibrieren.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen zu mitteln, um eine mittlere Größe der detektierten Magnetometerdaten für die z-Achse zu erhalten, und wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts als eine Differenz zwischen den empfangenen Magnetometerdaten und der Magnetfeldneigung das Vergleichen der gemittelten Größe der mehreren Messungen mit der Magnetfeldneigung umfasst.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, Magnetometerdaten, die mehrere x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen, die während der Drehung um die z-Achse aufgenommen wurden, zu empfangen und aus den empfangenen x-Achsen-Richtungsmessungen und y-Achsen-Richtungsmessungen einen x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und einen y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert zu bestimmen.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Subtrahieren der Magnetfeldneigung und eines Werts, der dem x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und dem y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert entspricht, von einem Wert, der die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen repräsentiert, umfasst.
Unbemanntes Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Beschleunigungsmesser, der konfiguriert ist, die Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs zu detektieren und Beschleunigungsmesserdaten, die einen Beschleunigungsvektor repräsentieren, auszugeben; einen Positionssensor, der konfiguriert ist, eine Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten zu detektieren und Positionssensordaten, die die detektierte Position repräsentieren, und eine Referenzzeit an der detektierten Position auszugeben; und einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind zum: Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort fortzubewegen; Empfangen von Positionssensordaten aus mehreren Messungen, die während des Fortbewegens von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort aufgenommen wurden; Bestimmen einer ersten Beschleunigung aus den Beschleunigungsmesserdaten; Bestimmen einer zweiten Beschleunigung aus den Positionssensordaten; Bestimmen eines geschätzten Kurses als eine Differenz zwischen der ersten Beschleunigung und der zweiten Beschleunigung.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 6, das ferner eine interne Messeinheit (IMU) umfasst, die konfiguriert ist, einen IMU-Kurs des unbemannten Luftfahrzeugs zu bestimmen, und wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die IMU durch eine Differenz zwischen dem IMU-Kurs und dem geschätzten Kurs zu kalibrieren.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einer Geraden folgt.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren konfiguriert sind, die erste Beschleunigung aus den Beschleunigungsmesserdaten, die einer linearen Beschleunigung zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort entsprechen, zu bestimmen.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner konfiguriert sind, die zweite Beschleunigung als eine zweite Ableitung der Positionssensordaten in Bezug auf die Zeit zu bestimmen.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einem kreisförmigen Weg folgt.
Unbemanntes Luftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Beschleunigungsmesserdaten einer Beschleunigungskraft zum Aufrechterhalten eines kreisförmigen Wegs entsprechen.
Verfahren zur Kalibrierung, das Folgendes umfasst: Detektieren einer Stärke eines Magnetfelds relativ zu einer y-Achse eines unbemannten Luftfahrzeugs; Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs, sich um seine z-Achse zu drehen; Bestimmen von mehreren Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung während der Drehung um die z-Achse; Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs relativ zu einem oder mehreren Referenzpunkten; Bestimmen einer Magnetfeldneigung, die der detektierten Position entspricht; Bestimmen eines z-Achsen-Korrekturwerts als eine Differenz zwischen den detektierten Magnetfeldmessungen in z-Achsenrichtung und der bestimmten Magnetfeldneigung.
Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 13, das ferner Kalibrieren des Magnetometers durch den Korrekturwert umfasst.
Verfahren zur Kalibrierung nach Anspruch 13 oder 14, das ferner das Mitteln der mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen umfasst, um eine mittlere Größe der Magnetfeldmessungen in z-Achsen-Richtung zu erhalten; und wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Vergleichen einer gemittelten Größe der mehreren Messungen mit der Magnetfeldneigung umfasst.
Verfahren zur Kalibrierung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Bestimmen des z-Achsen-Magnetometerkorrekturwerts das Subtrahieren der Magnetfeldneigung und eines Werts, der dem x-Achsen-Magnetometerkorrekturwert und dem y-Achsen-Magnetometerkorrekturwert entspricht, von einem Wert, der die mehreren z-Achsen-Richtungsmessungen repräsentiert, umfasst.
Verfahren zur Kursdetektion, das Folgendes umfasst: Steuern eines unbemannten Luftfahrzeugs, sich von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort fortzubewegen; Bestimmen eines ersten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst; Bestimmen eines zweiten Beschleunigungswerts, der eine Größe und Richtung der Beschleunigung des unbemannten Luftfahrzeugs von mehreren Positionen des unbemannten Luftfahrzeugs während der Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort umfasst; Bestimmen eines geschätzten Kurses als eine Differenz zwischen dem ersten Beschleunigungswert und dem zweiten Beschleunigungswert.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 17, das ferner Kalibrieren einer internen Messeinheit (IMU) durch eine Differenz zwischen einem IMU-Kurs und dem geschätzten Kurs umfasst.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einer Geraden folgt.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 19, das ferner das Bestimmen der zweiten Fortbewegungsrichtung aus Beschleunigungsmesserdaten, die einer linearen Beschleunigung zwischen dem ersten Ort und dem zweiten Ort entsprechen, umfasst.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 17, das ferner das Bestimmen der Beschleunigung als eine zweite Ableitung der mehreren Positionen in Bezug auf die Zeit umfasst.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 17, wobei die Fortbewegung von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort einem kreisförmigen Weg folgt.
Verfahren zur Kursdetektion nach Anspruch 22, wobei die Beschleunigungsmesserdaten einer Beschleunigungskraft zum Aufrechterhalten eines kreisförmigen Wegs entsprechen.