DE19824904A1 - Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme - Google Patents
Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und MeßsystemeInfo
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Description
Die Anwendungsmöglichkeiten von inertialen Meßsystemen werden von der Meßgenauigkeit
ihrer Inertialsensoren (Kreisel und Beschleunigungsmesser) begrenzt. Zur Einhaltung oder
Steigerung der Meßgenauigkeit werden die Inertialsensoren und -systeme vor der Ausliefe
rung und zu bestimmten Wartungsterminen in speziellen Testvorrichtungen kalibriert. Doch
diejenigen Parameter der Sensorkennlinie, die sich beim Einschalten und im Betrieb stocha
stisch verändern, können nicht im voraus kalibriert werden und führen zu entsprechenden
Meßfehlern. Eine Bestimmung dieser Meßfehler ist bisher im autonomen Inertialbetrieb
nicht möglich, auch nicht mit redundanten Inertialmessungen wie z. B. mit zwei zweiachsi
gen Kreiseln in einem Inertialsystem oder mit zwei- oder dreifach an Bord installierten Iner
tialsystemen. Lediglich wenn geeignete externe Stützreferenzen zu Vergleichsmessungen zur
Verfügung stehen, läßt sich mit begrenzter Genauigkeit ein Teil dieser Meßfehler mit Hilfe
komplizierter Schätzalgorithmen wie z. B. Kalmanfilter schätzen und korrigieren. Die Gren
ze der erreichbaren Systemgenauigkeit und der davon abhängigen Einsatzmöglichkeiten wird
daher weitgehend von den nicht a priori kalibrierbaren stochastisch veränderlichen Fehler
komponenten gebildet. Darüber hinausgehende Genauigkeitsansprüche, vor allem in auto
nomen Langzeiteinsätzen, können - wenn überhaupt - nur durch Sensoren mit entsprechend
höherer Langzeitstabilität erfüllt werden.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem von Inertialmeßsystemen
zugrunde die aktuellen Meßfehler der Inertialsensoren während des Betriebes zu erkennen
und zu korrigieren, vor allem auch im ungestützt inertialen Betrieb, wenn keine externen
Stützreferenzen zur Verfügung stehen.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführte Autonome Bestimmung von
Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme gelöst, indem redundante Inertialsensoren
drehbar angebracht oder mit drehbaren Meßachsen ausgeführt sind und nacheinander redun
dante Messungen mit in unterschiedliche Richtungen gedrehten Meßachsen durchführen.
Das Grundprinzip der Erfindung beruht darauf, daß die Inertialsensoren (Kreisel bzw. Be
schleunigungsmesser) immer nur die in Richtung der Meßachsen weisenden Komponenten
der vektoriellen inertialen Meßgrößen (Drehbewegung bzw. Beschleunigung) messen. Die
Meßfehler der Sensoren zeigen sich als in Richtung der Meßachsen weisende Vektoren.
Wird die Richtung einer Meßachse gedreht, so dreht sich damit auch die Richtung des ent
sprechenden Meßfehlers. Durch die geschickte Drehung einer Sensormeßachse lassen sich
aus den redundanten Messungen zweier Inertialsensoren deren Meßfehler bestimmen, wie
folgendes einfaches Beispiel zeigt.
Messen zur gleichen Zeit t1 zwei Sensoren die in die Systemrichtung 0° weisende Kompo
nente × einer inertialen Meßgröße, ergeben sich zwei redundante Messungen:
Meßwert_1(t1) = x(t1) + Sensorfehler_1
Meßwert_2(t1) = x(t1) + Sensorfehler_2.
Meßwert_1(t1) = x(t1) + Sensorfehler_1
Meßwert_2(t1) = x(t1) + Sensorfehler_2.
Wird die Meßachse von Sensor_2 in Richtung 180° gedreht, so dreht sich der - zur Verein
fachung als konstant angenommene - Sensorfehler_2 ebenfalls in die neue Richtung der
Meßachse_2. Weiterhin in Systemrichtung 0° gerechnet, ergeben sich die Messungen zur
Zeit t2:
Meßwert_1(t2) = x(t2) +Sensorfehler_1
Meßwert_2(t2) = x(t2) - Sensorfehler_2
Aus den vier Messungen ergeben sich:
DiffMess(t1) = Meßwert_1(t1) - Meßwert_2(t1)
= Sensorfehler_1 - Sensorfehler_2
DiffMess(t2) = Meßwert_1(t2) - Meßwert_2(t2)
= Sensorfehler_1 + Sensorfehler_2
Die einzelnen Sensorfehler bestimmen sich zu:
Sensorfehler_1 = (DiffMess(t1) + DiffMess(t2))/2
Sensorfehler_2 = (DiffMess(t2) - DiffMess(t1))/2.
Meßwert_1(t2) = x(t2) +Sensorfehler_1
Meßwert_2(t2) = x(t2) - Sensorfehler_2
Aus den vier Messungen ergeben sich:
DiffMess(t1) = Meßwert_1(t1) - Meßwert_2(t1)
= Sensorfehler_1 - Sensorfehler_2
DiffMess(t2) = Meßwert_1(t2) - Meßwert_2(t2)
= Sensorfehler_1 + Sensorfehler_2
Die einzelnen Sensorfehler bestimmen sich zu:
Sensorfehler_1 = (DiffMess(t1) + DiffMess(t2))/2
Sensorfehler_2 = (DiffMess(t2) - DiffMess(t1))/2.
Enthalten obige als konstant angenommene Sensorfehler noch zusätzliche, nicht vernachlässig
bare Fehlerkomponenten wie z. B. kurzzeitig variable Zufallsfehler (Rauschen), Ausricht
fehler gegenüber Systemachse 0° und Skalierungsfehler der Sensoren, könnten weitere
Achsdrehungen und zusätzliche Filteralgorithmen notwendig werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß mit Inertialsensoren gleicher
Genauigkeit die Systemgenauigkeit - vor allem im autonomen ungestützt inertialen Betrieb -
wesentlich gesteigert werden kann und/oder daß gleiche Genauigkeitsanforderungen mit
weniger aufwendigen Sensoren und Wartungsauflagen erfüllt werden können. Diese Genau
igkeitssteigerungen und/oder Kosteneinsparungen stellen einen großen Wettbewerbsvorteil
dar und schaffen zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten für die Inertialmeßtechnik.
Die Erfindung läßt verschiedene Formen sowohl der Redundanz und als auch der Richtungs
änderung der Inertialmessungen zu.
Die Redundanz kann aus ein-, zwei- oder dreidimensional redundanten Messungen der
Kreisel und/oder Beschleunigungsmesser bestehen. Es kann eine systeminterne Redundanz
mit redundanten Sensoren innerhalb eines Inertialsystems sein oder es kann eine system
externe Redundanz sein, indem außerhalb des Inertialsystems angeordnete redundante Sen
soren oder ein zweites Inertialsystem redundante Messungen liefern.
Die Richtungsänderung der Meßachsen der Inertialsensoren kann auf verschiedene Arten
durchgeführt werden, z. B. Drehung einzelner oder mehrerer Sensoren, diskontinierliche
Drehung in diskrete 90°- oder 180°-Positionen, kontinuierliche Drehung, Drehung mit oder
ohne Messung der Winkellage, Drehung des Sensorgehäuses oder sensorinterne Drehung der
Meßachsen, usw.
Inertialsystem mit einem zusätzlichen (redundanten) einachsigen Sensor, dessen Meßachse
nacheinander in die positive und negative Richtung der Sensormeßachsen gedreht wird.
Inertialsystem mit 2 zweiachsigen Kreiseln, eine schon bisher gebräuchliche Sensorkon
stellation, deren einachsige Redundanz durch Richtungswechsel der Meßachsen entspre
chend der Erfindung zur Erkennung der Meßfehler ausgenutzt wird.
Anbord-Installation von zwei über einen gemeinsamen Rechner integrierten Inertialsystemen
(Dual-Installation), eine schon bisher - besonders in der Luftfahrt - gebräuchliche System
integration, deren dreidimensionale Redundanz durch Systemdrehungen entsprechend der
Erfindung zur Erkennung der Meßfehler ausgenutzt wird zur laufenden Betriebsüberwachung
und Sensorkalibration.
Stationäre Kalibrationsvorrichtung mit Inertialsensor(en) und Drehvorrichtung, mit der das
Inertialsystem und/oder der (die) externe(n) Inertialsensor(en) entsprechend der Erfindung
gedreht werden, um vor dem Einsatz die während des Betriebes konstanten Einschalt-Nicht
wiederholbarkeiten des Inertialsystems zu kalibrieren.
Die redundanten Sensoren bzw. Meßachsen werden besonderen z. B. oszillatorischen Drehbe
wegungen unterworfen, um mittels darauf abgestimmter Filteralgorithmen spezifische Antei
le der Meßfehler herauszufiltern.
Claims (1)
- Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme, gekennzeichnet dadurch, daß redundante Inertialsensoren drehbar angebracht oder mit drehbaren Meßachsen ausge führt sind und nacheinander redundante Messungen mit in unterschiedliche Richtungen ge drehten Meßachsen durchführen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19824904A DE19824904A1 (de) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19824904A DE19824904A1 (de) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19824904A1 true DE19824904A1 (de) | 1998-11-19 |
Family
ID=7869843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19824904A Withdrawn DE19824904A1 (de) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Autonome Bestimmung von Meßfehlern inertialer Sensoren und Meßsysteme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19824904A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2824393A1 (fr) * | 2001-05-03 | 2002-11-08 | Sagem | Procede et dispositif de navigation longue duree |
FR2826447A1 (fr) * | 2001-06-26 | 2002-12-27 | Sagem | Procede et dispositif de navigation inertielle hybride |
US8199316B2 (en) | 2006-02-10 | 2012-06-12 | Lkt Gmbh | Device and method for tracking the movement of a tool of a handling unit |
-
1998
- 1998-06-04 DE DE19824904A patent/DE19824904A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2824393A1 (fr) * | 2001-05-03 | 2002-11-08 | Sagem | Procede et dispositif de navigation longue duree |
US6594911B2 (en) | 2001-05-03 | 2003-07-22 | Sagem Sa | Long-term navigation method and device |
FR2826447A1 (fr) * | 2001-06-26 | 2002-12-27 | Sagem | Procede et dispositif de navigation inertielle hybride |
US8199316B2 (en) | 2006-02-10 | 2012-06-12 | Lkt Gmbh | Device and method for tracking the movement of a tool of a handling unit |
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