ES2309611T3 - Navegacion autonoma basada en la dinamica inercial y del vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (200) de navegación adaptado para montarse en un vehículo (110) para generar datos (S nav) de navegación estimados que describen la posición geográfica, la velocidad y la orientación del vehículo (110), comprendiendo el aparato (200): un sistema (210) de medición inercial adaptado para registrar parámetros de aceleración y velocidad angular en tres dimensiones con respecto a un sistema (b) de coordenadas de cuerpo fijo asociado con el vehículo (110), basándose en estos parámetros, producir un primer vector (am) de aceleración estimado para el vehículo (110), y basándose adicionalmente en un estado (Snav'') de navegación inicial conocido y en el primer vector (am) de aceleración estimado generar los datos (S nav) de navegación estimados; y una unidad (250) de estimación de errores adaptada para producir una primera señal (êINS) de error de navegación al menos basándose en el primer vector (am) de aceleración estimado, y retroalimentar la primera señal (êINS) de error de navegación al sistema (210) de medición inercial para ajustar los datos (Snav) de navegación estimados, caracterizado porque el aparato (200) comprende: una unidad (220) de modelado de vehículo adaptada para recibir: los datos (S nav) de navegación estimados, y un vector (M) modelo que describe la dinámica de vehículo del vehículo (110), y basándose en el vector (M) modelo, los datos (Snav) de navegación estimados y al menos un modelo (Mt, Ma) adaptativo producir un segundo vector (ae) de aceleración estimado para el vehículo (110); y la unidad (250) de estimación de errores está adaptada para: producir la primera señal (êINS) de error de navegación basándose adicionalmente en el segundo vector (ae) de aceleración estimado, producir una segunda señal (êmod) de error de navegación basándose en el primer y el segundo vector (am, ae) de aceleración estimados, y retroalimentar la segunda señal (ê mod) de error de navegación a la unidad (220) de modelado de vehículo para actualizar el al menos un modelo (Mt, Ma) adaptativo.
Description
Navegación autónoma basada en la dinámica
inercial y del vehículo.
La presente invención se refiere en general a
soluciones de navegación robustas para naves y vehículos. Más
particularmente, la invención se refiere a un aparato de navegación
según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento de
navegación según el preámbulo de la reivindicación 10. La invención
también se refiere a un programa informático según el preámbulo de
la reivindicación 19 y a un medio legible por ordenador según el
preámbulo de la reivindicación 20.
En las últimas décadas, se han desarrollado
sistemas de navegación que facilitan la determinación de la posición
de un vehículo enormemente en comparación con los procedimientos
anteriormente conocidos. En la mayoría de los casos, estos sistemas
de navegación determinan posiciones basándose en señales de radio
precisas recibidas desde una pluralidad de satélites, y se
denominan comúnmente como sistemas de navegación global por
satélite
(GNSS).
(GNSS).
Un sistema de medición inercial (INS) puede
proporcionar un medio alternativo, o complementario, de navegación.
El INS registra movimientos relativos de una nave sobre la que está
montado. Basándose en estos movimientos pueden extraerse
conclusiones en cuanto a la velocidad y la trayectoria de la nave.
Siempre que se conozcan ciertas condiciones iniciales, tales como
una posición inicial y una velocidad inicial, también es posible
producir información de posición actualizada para la nave. El INS
normalmente contiene una unidad de medición inercial (IMU), que a
su vez incluye acelerómetros y giroscopios de velocidad. Los
acelerómetros miden fuerzas específicas, que se traducen en un
marco de coordenadas conocido con ayuda de mediciones angulares
realizadas por el giroscopio de velocidad. Las leyes de movimiento
de Newton se aplican entonces para generar información de velocidad
y actitud. Basándose en datos de salida de la IMU, una unidad de
procesamiento en el INS puede producir vectores de velocidad
relevantes y generar de manera repetida indicaciones de posición
para el vehículo que lleva el INS.
Las IMU de alta precisión actuales hacen posible
diseñar un INS que produce datos de posición muy precisos en
distancias y tiempos relativamente muy cortos. Sin embargo, en
distancias y/o intervalos de tiempo más largos, estos sistemas
tienen tendencia a desviarse en las estimaciones de posición. Se
trata de un efecto de acumulación de errores en el proceso de
navegación. Por lo tanto, para permitir una calibración repetida
del INS, este sistema está ayudado normalmente por uno o más
sistemas auxiliares, tales como un receptor GNSS o un
altímetro.
Un receptor GNSS generalmente puede proporcionar
un alto rendimiento a un coste bajo en comparación. No obstante, al
menos para aplicaciones militares, un sistema auxiliar de este tipo
no es deseable porque el receptor GNSS es sensible a la congestión
y al pirateo (spoofing). El diseño también pasa a ser
dependiente del operador GNSS, y por lo tanto no es fiable en
situaciones de conflicto.
Un altímetro, por ejemplo basado en mediciones
por radar o láser, también puede usarse para reducir sustancialmente
los errores de navegación máximos del INS. Concretamente, tras
haber realizado giros en el plano horizontal pueden ser observables
errores del INS relacionados con la actitud, y el altímetro permite
compensar tales errores. No obstante, este tipo de mediciones de
altitud tienen asociados diversos problemas. Para que sea útil, o
bien debe conocerse la elevación del terreno con respecto a un nivel
de referencia (por ejemplo el nivel medio del mar) desde una base
de datos a bordo, o bien deben realizarse las mediciones en
ubicaciones en las que se conoce la elevación del terreno, es decir
sobre mar abierto. Además, en aplicaciones militares, cualquier
emisión de señales aumenta el riesgo de que el enemigo detecte el
vehículo. Por lo tanto, a ser posible, debería evitarse el uso de
radares, láser u otros sensores activos.
En consecuencia, parece necesario actualmente
escoger entre precisión de medición y sigilo/independencia.
Concretamente, las soluciones de navegación de alta precisión
conocidas o bien se basan en señales externas recibidas (por
ejemplo de un GNSS) y/o se basan en señales emitidas (por ejemplo
señales de radar o láser), mientras que las soluciones
estrictamente basadas en INS padecen problemas de desviación
relacionados con la acumulación de errores, lo que con el tiempo,
deteriora gravemente la precisión de navegación.
El documento CA 2465233 describe un sistema de
navegación para determinar la trayectoria de un vehículo. El
sistema de navegación comprende un sistema sensor principal para
medir variables de estado que describen el estado del vehículo y un
sistema sensor auxiliar para medir una variable de estado adicional.
Se dispone un núcleo de navegación para estimar variables de estado
con errores minimizados basándose en las variables de estado
medidas. El núcleo de navegación comprende un modelo de vehículo que
predice las variables de estado del vehículo y un estimador de
error que predice los errores de estimación realizados por el modelo
de vehículo y un elemento de corrección que corrige las variables
de estado predichas mediante el error de estimación predicho.
La patente estadounidense nº 5.841.537 describe
un sistema de referencia inercial para determinar la actitud y la
tasa de cambio de actitud de un vehículo, en el que se lleva a cabo
una redundancia del sistema de referencia inercial mediante
sustitución de un giroscopio de fibra óptica (FOG) por una IMU de
referencia de bajo coste. Entonces, la información que debería
haberse proporcionado por el giroscopio así eliminado se sintetiza
en su lugar a partir de la salida de los giroscopios restantes y la
salida de la IMU de referencia de bajo coste. Aunque tal
redundancia puede reducir la propagación de errores en el sistema,
el diseño sigue padeciendo la acumulación de errores anteriormente
mencionada.
El objetivo de la presente invención es por lo
tanto paliar los problemas anteriores.
Según un aspecto de la invención este objetivo
se alcanza mediante el aparato de navegación descrito al inicio, en
el que el aparato incluye una unidad de modelado de vehículo, que
está adaptada para recibir los datos de navegación estimados, y un
vector modelo que describe la dinámica de vehículo del vehículo. La
unidad de modelado de vehículo produce un segundo vector de
aceleración estimado para el vehículo basándose en el vector
modelo, los datos de navegación estimados y al menos un modelo
adaptativo. Además, la unidad de estimación de errores está
adaptada para producir la primera señal de error de navegación
basándose adicionalmente en el segundo vector de aceleración
estimado; producir una segunda señal de error de navegación
basándose en el primer y el segundo vector de aceleración
estimados; y retroalimentar la segunda señal de error de navegación
a la unidad de modelado de vehículo para actualizar el al menos un
modelo adaptativo.
Una ventaja importante que se logra mediante
este aparato es que la dinámica de vehículo influye en los datos de
navegación producidos por el INS. Esto, a su vez, mejora la calidad
de los datos e introduce un grado de redundancia, que hace el
diseño robusto y fiable.
Según una realización preferida de este aspecto
de la invención, el al menos un modelo adaptativo incluye un modelo
de empuje, que describe un comportamiento de un sistema de
propulsión del vehículo, y un modelo aerodinámico, que describe las
propiedades aerodinámicas del vehículo. De este modo, los factores
clave que afectan al comportamiento del vehículo durante el
funcionamiento pueden tenerse en cuenta al determinar un dato de
navegación actual para el vehículo.
Según otra realización preferida de este aspecto
de la invención, se supone que el vehículo es un avión, y el vector
modelo incluye datos que describen los ángulos de aletas, los
ángulos de elevador, los ángulos de timón de dirección, los ángulos
de spoiler, los empujes de motor de esta nave, y/o la
temperatura y/o la presión del aire que rodea a la nave. Tal vector
modelo es ventajoso porque cuantifica un conjunto de parámetros que
caracterizan los ajustes y el entorno de la nave.
Según una realización preferida de este aspecto
de la invención, el aparato incluye una unidad de estimación de
viento que está adaptada para estimar un vector de viento, que
describe un viento experimentado por el vehículo. Además, la unidad
de modelado de vehículo está adaptada para recibir el vector de
viento y producir un segundo vector de aceleración estimado
basándose adicionalmente en el vector de viento. En consecuencia,
el vector de viento también influye en el parámetro de aceleración
producido por la unidad de modelado de vehículo. Esto mejora aún
más la calidad de los datos de navegación.
Según otra realización preferida de este aspecto
de la invención, la unidad de estimación de errores está adaptada
para producir una tercera señal de error de navegación basándose en
el primer y el segundo vector de aceleración estimados, y
retroalimentar la tercera señal de error de navegación para
actualizar el vector de viento estimado. De este modo, se cierra un
bucle de retroalimentación también con respecto a la estimación del
vector de viento. Esto hace posible mejorar de manera continua el
algoritmo de estimación de viento.
Según otra realización preferida más de este
aspecto de la invención, el aparato de navegación está asociado con
un aparato de navegación auxiliar, que está adaptado para
proporcionar al menos una señal de calibración a la unidad de
estimación de errores. Además, la unidad de estimación de errores
está adaptada para ajustar la primera y la segunda señal de error
de navegación, y posiblemente también la tercera señal de error de
navegación en respuesta a la al menos una señal de calibración del
aparato de navegación auxiliar. El aparato de navegación auxiliar
preferiblemente incluye un sensor activo a través del cual pueden
realizarse mediciones de referencia geográficas, al menos
ocasionalmente. Por tanto, el aparato de navegación principal
propuesto puede calibrarse de manera repetida.
Según otra realización preferida más de este
aspecto de la invención, el aparato de navegación auxiliar incluye
un receptor GNSS, que está adaptado para recibir un conjunto de
señales de navegación externas, y basándose en las mismas producir
una primera señal de referencia fuente. El aparato de navegación
auxiliar también incluye una unidad de predicción, que está
adaptada para recibir los datos de navegación estimados, y basándose
en los mismos producir una primera señal de referencia predicha.
Una primera unidad de suma en el aparato de navegación auxiliar
está adaptada para generar una de dicha al menos una señal de
calibración en respuesta a la primera señal de referencia fuente y
a la primera señal de referencia predicha. De este modo, la
precisión de los cálculos realizados por la unidad de estimación de
errores puede mejorarse de manera significativa.
Según una realización preferida de este aspecto
de la invención, el aparato de navegación auxiliar incluye un
altímetro, que está adaptado para medir una segunda señal de
referencia fuente que representa un parámetro de elevación con
respecto al vehículo. Además, una segunda unidad de suma en el
aparato de navegación auxiliar está adaptada para generar una de
dicha al menos una señal de calibración en respuesta a la segunda
señal de referencia fuente y una estimación de altitud generada por
el sistema de medición inercial. De nuevo, esto mejora de manera
significativa la precisión de los cálculos realizados por la unidad
de estimación de errores.
Según otro aspecto de la invención este objetivo
se consigue mediante el procedimiento de navegación descrito al
inicio, en el que se reciben los datos de navegación estimados y un
vector modelo que describe la dinámica de vehículo del vehículo. Un
segundo vector de aceleración estimado para el vehículo se produce
entonces basándose en el vector modelo, los datos de navegación
estimados y al menos un modelo adaptativo. El procedimiento también
implica producir la primera señal de error de navegación basándose
adicionalmente en el segundo vector de aceleración estimado;
producir una segunda señal de error de navegación basándose en el
primer y el segundo vector de aceleración estimados; y
retroalimentar la segunda señal de error de navegación a la unidad
de modelado de vehículo para actualizar el al menos un modelo
adaptativo.
Este procedimiento es ventajoso, dado que de
este modo la dinámica de vehículo influye en los datos de navegación
que se producen por el INS. Esto, a su vez, mejora la calidad de
los datos e introduce un grado de redundancia, lo que hace la
estrategia robusta y fiable.
Según una realización preferida de este aspecto
de la invención, el al menos un modelo adaptativo incluye un modelo
de empuje que describe un comportamiento de un sistema de propulsión
del vehículo, y un modelo aerodinámico que describe las propiedades
aerodinámicas del vehículo. Concretamente, estos modelos describen
factores clave que afectan al comportamiento del vehículo durante
el funcionamiento, y por lo tanto influyen en la determinación de
una posición actual para el vehículo.
Según otra realización preferida de este aspecto
de la invención, se supone que el vehículo es un avión, y el vector
modelo contiene datos que describen los ángulos de aletas, los
ángulos de elevador, los ángulos de timón de dirección, los ángulos
de spoiler, los empujes de motor de la nave y/o la
temperatura y/o la presión del aire que rodea a la nave. Tal vector
modelo es ventajoso porque cuantifica un conjunto de parámetros que
caracterizan los ajustes y el entorno de la nave.
Según otra realización preferida más de este
aspecto de la invención, el procedimiento implica estimar un vector
de viento que describe un viento experimentado por el vehículo, y
producir un segundo vector de aceleración estimado basándose
adicionalmente en el vector de viento. Por tanto, el vector de
viento también influye en el parámetro de aceleración producido por
la unidad de modelado de vehículo. Esto mejora adicionalmente la
calidad de los datos de navegación.
Según otra realización preferida de este aspecto
de la invención, el procedimiento implica producir una tercera
señal de error de navegación basándose en el primer y el segundo
vector de aceleración estimados, y retroalimentar la tercera señal
de error de navegación para actualizar el vector de viento estimado.
Esto cierra una retroalimentación también con respecto a la
estimación del vector de viento, como resultado es posible mejorar
continuamente el algoritmo de estimación de viento.
Según otra realización preferida más de este
aspecto de la invención, el procedimiento implica recibir al menos
una señal de calibración que representa datos derivados de al menos
una fuente de información que es independiente del vehículo; y
ajustar la primera y la segunda señal de error de navegación, y
posiblemente también la tercera señal de error de navegación en
respuesta a la al menos una señal de calibración. De este modo,
pueden realizarse mediciones de referencia geográficas, al menos
ocasionalmente, y por tanto permitir de manera repetida la
calibración del procedimiento de navegación.
Según otra realización preferida de este aspecto
de la invención, el procedimiento implica recibir un conjunto de
señales de navegación externas; producir una primera señal de
referencia fuente basándose en el conjunto de señales de navegación
externas; producir una primera señal de referencia predicha
basándose en los datos de navegación estimados; y generar una de
dicha al menos una señal de calibración en respuesta a la primera
señal de referencia fuente y la primera señal de referencia
predicha.
Según un aspecto adicional de la invención estos
objetivos se consiguen mediante un programa informático que puede
cargarse directamente en la memoria interna de un ordenador, que
comprende software para controlar el procedimiento de navegación
anteriormente propuesto cuando dicho programa se ejecuta en un
ordenador.
Según otro aspecto de la invención estos
objetivos se consiguen mediante un medio legible por ordenador, que
tiene un programa grabado en el mismo, en el que el programa hace
que el ordenador controle el procedimiento de navegación
anteriormente propuesto.
De este modo, la invención ofrece una solución
de navegación para aplicaciones críticas en las que se desea tanto
una alta precisión como una gran fiabilidad, y al mismo tiempo, se
requiere independencia de cualquier entrada externa generada
artificialmente. En consecuencia, la invención es adecuada para
aplicaciones militares, tales como aviones de combate, vehículos
aéreos sin tripulación (UAV) y misiles.
Otras ventajas, características ventajosas y
aplicaciones de la presente invención resultarán evidentes a partir
de la siguiente descripción y de las reivindicaciones
dependientes.
La presente invención va a explicarse ahora más
detalladamente mediante realizaciones preferidas, que se dan a
conocer como ejemplos, y con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra un vehículo en relación a un
sistema de coordenadas y vectores que son representativos de la
solución según la invención.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un
aparato de navegación según una primera realización de la
invención.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un
aparato de navegación según una segunda realización de la
invención, y
la figura 4 ilustra, mediante un diagrama de
flujo, un procedimiento general de producción de datos de navegación
según la invención.
Para explicar los mecanismos en los que se basa
la presente invención, se empezará comentando las condiciones
físicas que influyen en un vehículo en movimiento, por ejemplo un
avión que se desplaza por el espacio aéreo. También se describirán
las interrelaciones entre algunos de los parámetros que pueden
calcularse por un INS a bordo y un modelo que describe la dinámica
de vehículo de un vehículo, así como estimaciones de error de estos
parámetros y este modelo.
La figura 1 muestra un vehículo 110 en relación
a un sistema b de coordenadas de cuerpo fijo que presenta los ejes
de coordenadas: x, y y z expresando una dirección frontal, derecha y
descendente respectivamente del vehículo 110. Un sistema n de
coordenadas geográfico que presenta los ejes de coordenadas: N, E y
D expresa una posición absoluta para el vehículo 110 en cuanto a
parámetros de norte, este y elevación geográficos, respectivamente
(representados habitualmente por longitud, latitud y altitud por
encima del nivel medio del mar).
Se supone que el vehículo 110 se desplaza a una
velocidad \overline{V}^{n} en relación a la tierra, donde:
es un vector que tiene una
componente norte V_{N}, una componente este V_{E} y una
componente de elevación V_{D} en relación al sistema n de
coordenadas
geográfico.
La orientación 110 del vehículo en relación al
sistema n de coordenadas geográfico puede expresarse mediante una
matriz de transformación C^{b}_{n}, donde:
y C_{11}, C_{12}, C_{13},
C_{21}, C_{22}, C_{23}, C_{31}, C_{32} y C_{33}
representan coeficientes de conversión del sistema n de coordenadas
geográfico al sistema b de coordenadas de cuerpo
fijo.
El vehículo 110 tiene un vector de
velocidad:
en relación al espacio
aéreo.
La figura 1 también muestra un vector de
viento:
que se supone que tiene una
componente norte W_{N}, una componente este W_{E} y una
componente vertical W_{D} (es decir en la dirección D de
elevación hacia/desde la superficie del suelo). El vector
\overline{W}^{n} de viento puede considerarse como un parámetro
de ajuste entre el vector de velocidad (absoluta)
\overline{V}^{n} y de velocidad \overline{V}a^{n} en
relación al aire. En consecuencia, el vector \overline{V}a^{n}
de velocidad también puede expresarse
como:
en el sistema n de coordenadas
geográfico.
Por tanto, una velocidad Va en relación al aire
se obtiene como:
Pueden calcularse direcciones \alpha y \beta
de viento relativo del vector \overline{V}a^{n} de velocidad en
relación al aire con respecto al vehículo 110 a partir de una
velocidad \overline{V}a^{b} en relación al aire expresada en el
sistema b de coordenadas de cuerpo fijo, es decir:
Dirigiéndonos ahora a la figura 2, se observa un
diagrama de bloques de un aparato 200 de navegación según una
primera realización de la invención.
El aparato 200 está adaptado para montarse en un
vehículo, tal como el avión 110 en la figura 1, un UAV o un misil.
No obstante, según la invención, el vehículo puede ser igualmente
cualquier tipo de vehículo aéreo, terrestre o acuático
alternativo.
Siempre que se introduzcan datos S_{nav}' que
especifican un estado de navegación inicial conocida en cuanto a
posición, velocidad y orientación del sistema b de coordenadas de
cuerpo fijo del vehículo con respecto al sistema n de coordenadas
geográfico, el aparato 200 genera datos S_{nav} de navegación
actualizados estimados que describen la posición geográfica,
velocidad y orientación del vehículo, mientras el vehículo se
desplaza desde la posición inicial.
Según la invención, el aparato 200 incluye un
sistema 210 de medición inercial (INS), una unidad 220 de modelado
de vehículo y una unidad 250 de estimación de errores. El INS 210
registra parámetros de aceleración y velocidad angular en tres
dimensiones con respecto al sistema de coordenadas de cuerpo fijo
asociado al vehículo. Basándose en los parámetros registrados, el
INS 210 produce un primer vector a_{m} de aceleración estimado
para el vehículo. Más importante, sin embargo, dado el primer
vector a_{m} de aceleración estimado y el estado S_{nav}' de
navegación inicial conocido, el INS 210 también genera los datos
S_{nav} de navegación actualizados estimados en cuanto a
posición, velocidad y orientación del vehículo en relación al
sistema n de coordenadas geográfico.
La unidad 220 de modelado de vehículo recibe los
datos S_{nav} de navegación y un vector \overline{M} modelo.
Este vector describes la dinámica de vehículo del vehículo en el
que está montado el aparato 200. Basándose en el vector
\overline{M} modelo, los datos S_{nav} de navegación y al menos
un modelo M_{t}, M_{a} adaptativo, la unidad 220 de modelado
produce un segundo vector a_{e} de aceleración estimado para el
vehículo.
Siempre que el vehículo sobre el que está
montado el aparato 200 sea un avión, el vector \overline{M} modelo
puede incluir datos que describen los ángulos de aletas, los
ángulos de elevador, los ángulos de timón de dirección, los ángulos
de spoiler y/o los empujes del motor del vehículo. También es
ventajoso si el vector \overline{M} modelo especifica una
temperatura del aire ambiente y/o una presión del aire ambiente. Por
supuesto, si el vehículo es terrestre o acuático es ventajoso
incluir un conjunto de parámetros diferentes en el vector
\overline{M} modelo.
Preferiblemente, un módulo 240 de suma está
incluido en el aparato 200 para recibir los vectores a_{m} y
a_{e} de aceleración, y en respuesta a los mismos generar un
vector a_{adj} de aceleración estimado compuesto resultante, por
ejemplo: a_{adj} = a_{m} - a_{e}. La unidad 250 de estimación
de errores recibe el vector a_{adj} de aceleración estimado
compuesto. La unidad 250 puede incluir un procesador que implementa
un filtro Kalman, que está adaptado para estimar cualquier fuente
de error y cantidad de errores del INS 210 y la unidad 220 de
modelado de vehículo, y con el fin de permitir una compensación de
tales errores, producir señales \hat{e}_{INS} y
\hat{e}_{mod}. Específicamente, la unidad 250 de estimación de
errores produce una primera señal \hat{e}_{INS} de error de
navegación y una segunda \hat{e}_{mod} señal de error de
navegación basándose en el primer y el segundo vector a_{m} y
a_{e} de aceleración estimados (es decir normalmente a_{adj})
La primera señal \hat{e}_{INS} de error de navegación se
retroalimenta al INS 210, en el que la señal provoca un ajuste de
los datos S_{nav} de navegación estimados en cuanto a posición,
velocidad y orientación, así como cualquier fuente de error INS
estimada, tal como errores de medición IMU. De manera
correspondiente, la segunda señal \hat{e}_{mod} de error de
navegación se retroalimenta a la unidad 220 de modelado de vehículo,
en la que la señal provoca una actualización del al menos un modelo
M_{t}, M_{a} adaptativo.
Según una realización preferida de la invención,
el al menos un modelo adaptativo puede incluir un modelo M_{t} de
empuje que describe un comportamiento de un sistema de propulsión
del vehículo sobre el que el aparato 200 está montado. El al menos
un modelo adaptativo también puede incluir un modelo M_{a}
aerodinámico que describe las propiedades aerodinámicas de este
vehículo. De nuevo, si el vehículo es de base en superficie, puede
ser relevante en lugar de esto un modelo dinámico diferente.
Particularmente, si el vehículo sobre el que el
aparato 200 está montado es un vehículo aéreo, el aparato 200 puede
incluir preferiblemente (o al menos estar asociado a) una unidad 230
de estimación de viento. Esta unidad 230 proporciona una estimación
de un vector de viento \overline{W}^{n} actual, que describe un
viento experimentado por el vehículo. Un vector
\overline{W}^{n} de viento inicial puede derivarse de la
información introducida en el aparato 200 antes de una misión. Sin
embargo, si no está disponible tal información puede aplicarse en su
lugar una estimación cero inicial del vector \overline{W}^{n}
de viento.
En un funcionamiento estable del aparato 200, el
vector \overline{W}^{n} de viento se alimenta a la unidad 220 de
modelado de vehículo, que produce el segundo vector a_{e} de
aceleración estimado basándose adicionalmente en este vector
\overline{W}^{n}.
Naturalmente, el modelo aplicado por la unidad
230 de estimación de viento también puede necesitar ajustarse
debido a diversas fuentes de error. Por lo tanto, basándose en el
primer y el segundo vector a_{m} y a_{e} de aceleración
estimados respectivamente, la unidad 250 de estimación de errores
preferiblemente produce una tercera señal \hat{e}_{W} de error
de navegación. Esta señal \hat{e}_{W} se retroalimenta a la
unidad 230 de estimación de viento para actualizar el vector
\overline{W}^{n} de viento estimado.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un
aparato 200 de navegación según una segunda realización de la
invención. En este caso, el aparato 200 está asociado con un aparato
300 de navegación auxiliar. Específicamente, el aparato 300 de
navegación auxiliar proporciona señales h_{ajd} y/o GNSS_{adj}
de calibración a la unidad 250 de estimación de errores. En este
caso, la unidad 250 de estimación de errores está adaptada
adicionalmente para ajustar la primera y la segunda señal
\hat{e}_{INS} y \hat{e}_{mod} de error de navegación
respectivamente en respuesta a las señales h_{ajd} y/o
GNSS_{adj} de calibración. Preferiblemente, la unidad 250 de
estimación de errores está asimismo adaptada para ajustar la
tercera señal \hat{e}_{W} de error de navegación en respuesta a
las señales h_{ajd} y/o GNSS_{adj} de calibración.
Para producir una primera señal GNSS_{s} de
referencia fuente, el aparato 300 de navegación auxiliar incluye un
receptor 330 GNSS, que está adaptado para recibir un conjunto de
señales de navegación externas, por ejemplo de varios satélites o
estaciones base. En respuesta a las señales recibidas, el receptor
330 GNSS genera la primera señal GNSS_{s} de referencia
fuente.
Adicionalmente, el aparato 300 de navegación
auxiliar incluye una unidad 310 de predicción, que recibe los datos
S_{nav} de navegación estimados (por ejemplo posición y/u otra
información relativa a la navegación) del INS 210. Basándose en
estos datos, la unidad 310 de predicción produce una primera señal
GNSS_{pred} de referencia predicha.
Una primera unidad 320 de suma en el aparato 300
de navegación auxiliar recibe la primera señal GNSS_{s} de
referencia fuente y la primera señal GNSS_{pred} de referencia
predicha. En respuesta a estas señales, la unidad 320 genera la
primera señal GNSS_{adj} de calibración, donde por ejemplo
GNSS_{adj} = GNSS_{s} - GNSS_{pred}.
Como complemento o alternativa al receptor 330
GNSS, el aparato 300 de navegación auxiliar puede incluir un
altímetro 350. El altímetro 350 está adaptado para generar una
segunda señal h_{s} de referencia fuente, que representa un
parámetro de elevación con respecto al vehículo sobre el que están
montados los aparatos 200 y 300. Es decir, normalmente, el
altímetro 350 mide la altitud del vehículo, o bien por encima del
suelo o bien por encima del nivel medio del mar. El altímetro 350
puede basarse en tecnología radar o láser, y/o puede registrar la
presión del aire ambiente.
Una segunda unidad 340 de suma en el aparato 300
de navegación auxiliar recibe la segunda señal h_{s} de
referencia fuente y una estimación h_{INS} de altitud del INS 210.
En respuesta a estas señales, la unidad 340 genera una segunda
señal h_{ajd} de calibración, donde por ejemplo h_{adj} = hs -
h_{INS}.
En consecuencia, la primera y la segunda señal
h_{ajd} y/o GNSS_{adj} de calibración permiten una calibración
repetida del procedimiento de navegación controlado por la unidad
250 de estimación de errores.
A continuación se describirá un modelo de
medición específico que puede implementarse por la unidad 250 de
estimación de errores si el vehículo que lleva el aparato 200 (y
posiblemente 300) es un vehículo aéreo, tal como un avión, un misil
o un UAV.
Para diseñar el modelo de medición para comparar
una aceleración a_{e} estimada basándose en un modelo dinámico de
vehículo con una aceleración a_{m} medida por un INS es necesario
expresar cómo cualquier error \deltaVa, \delta\alpha y
\delta\beta en las velocidades \overline{V}a^{n}
anteriormente definidas y direcciones \alpha y \beta de viento
relativo dependen de errores \deltaVn y \deltaWn en la velocidad
\overline{V}^{n} medida por el INS y la estimación
\overline{W}^{n} de viento, respectivamente.
Así, los errores \deltaVa, \delta\alpha y
\delta\beta deberán calcularse en función de los errores en la
velocidad medida por el INS, es decir:
\vskip1.000000\baselineskip
Un vector \overline{\varepsilon}^{n} de
ángulo erróneo describe aquí una orientación de un sistema de
coordenadas geográfico que se calcula por el INS en relación al
sistema \hat{n} de coordenadas geográfico "real", es
decir:
\vskip1.000000\baselineskip
De manera correspondiente, un vector de viento
erróneo:
describe los errores en la
estimación \overline{W}^{n} de
viento.
Se propone que los errores \deltaVa,
\delta\alpha y \delta\beta anteriormente mencionados se
expresen en función de \delta\overline{V}^{n} y
\delta\overline{W}^{n}, y que tal función se derive mediante
una linearización alrededor de datos sin errores. Así, suponemos
que x es una función de y y z, es decir:
x =
f(y,z).
De este modo:
\newpage
En consecuencia
Como se mencionó anteriormente, la velocidad
V_{a} en relación al aire viene dada por:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Esto significa que el error \deltaVa de
velocidad es:
\vskip1.000000\baselineskip
De manera análoga a lo anterior:
y
\vskip1.000000\baselineskip
Como una preparación para la determinación de
los errores \delta\alpha y \delta\beta de ángulo, se define
una velocidad \overline{V}^{b} del vehículo en el sistema b de
coordenadas de cuerpo fijo, donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Por tanto, un error en esta velocidad puede
expresarse como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde \hat{n} es el sistema de
coordenadas geográfico calculado por el INS, y C^{n}_{\hat{n}} es
una matriz de transformación de este sistema de coordenadas al
sistema n de coordenadas geográfico "real". Como se mencionó
anteriormente, \hat{n} se obtiene a partir de n mediante una
rotación descrita por el vector \overline{\varepsilon}^{n}
angular erróneo. Siempre que este vector
\overline{\varepsilon}^{n} angular erróneo sea relativamente
pequeño, es válida la siguiente
aproximación:
\newpage
donde I es la matriz de identidad y
\tilde{\varepsilon}^{n} es una denominada forma simétrica
oblicua del vector \tilde{\varepsilon}^{n} angular erróneo, que
es:
Usando la aproximación se C^{n}_{\hat{n}}
\approx I + \tilde{\varepsilon}^{n} obtiene:
que significa que el error
\delta\overline{V}^{b}
es:
Siempre que el producto de los términos de error
C^{b}_{n}\tilde{\varepsilon}^{n}\delta\overline{V}^{n}
pueda despreciarse, es válida la aproximación siguiente del error
\delta\overline{V}^{b}:
donde
y
El error \delta\alpha angular para la
dirección \alpha de viento relativa se deriva de la expresión:
Puesto que el ángulo \alpha normalmente es
relativamente pequeño:
Por lo tanto:
Sustituyendo:
se obtiene el error
\delta\alpha angular en la dirección a del viento relativo
como:
lo que
da:
De manera análoga a lo anterior, comentamos el
error \delta\beta angular en la dirección \beta del viento
relativo como sigue:
Por tanto
El error \delta\beta angular se define
como:
\newpage
Sin embargo,
Por lo tanto:
\vskip1.000000\baselineskip
En consecuencia:
\vskip1.000000\baselineskip
Sumando las variables y parámetros anteriores,
se obtiene: la matriz de transformación
que describe la relación entre el
sistema b de coordenadas de cuerpo fijo y el sistema n de
coordenadas geográfico; la velocidad \overline{V}a^{n} en
relación al aire expresada en el sistema n de coordenadas
geográfico,
donde
y los errores correspondientes
son:
y
respectivamente;
y los errores \delta\alpha y \delta\beta
angulares en las direcciones \alpha y \beta de viento relativo
pueden aproximarse como:
y
Un modelo ejemplar para una fuerza F^{a}_{A}
aerodinámica del modelo M_{a} aerodinámico anteriormente
mencionado puede definirse como:
donde:
\rho es la densidad del
aire,
S representa un área de referencia,
Va es la velocidad en relación al aire,
\alpha define un ángulo de ataque (positivo
desde abajo),
\beta define un ángulo de deslizamiento
lateral (positivo desde el lado derecho), y
C_{to}, C_{co}, C_{no}, C_{n\alpha} y
C_{n\beta} representan coeficientes aerodinámicos sin unidad.
Un modelo ejemplar para un vector F^{a}_{T} de
empuje de vehículo del modelo M_{t} de empuje anteriormente
mencionado puede definirse como:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
F_{P} es una fuerza de propulsión, y
\thetaT define un ángulo de cabeceo del vector
de empuje.
De manera análoga a los errores \deltaV_{a},
\delta\alpha y \delta\beta, se derivan los errores en la
aceleración a_{e} estimada mediante una linearización alrededor de
datos sin errores. Así, la aceleración a_{e} se expresa como:
Por lo tanto:
Según lo anterior
y en
consecuencia:
Por tanto, es posible obtener expresiones que
describen cómo los errores en el vector a_{e} de aceleración
estimado dependen de errores en el INS (es decir
\delta\overline{V}^{n} y , los errores de estimación de
viento (es decir \delta\overline{W}^{n}) y los errores en el
al menos un modelo adaptativo (dC_{to}, dC_{co}, dC_{no},
dC_{n\alpha}, dC_{n\beta} y dF^{a}_{T}) respectivamente. Según
la invención, la unidad 250 de estimación de errores utiliza tales
expresiones para producir señales de error de navegación basándose
en un vector de aceleración medido (es decir a_{m}) y un vector
de aceleración estimado (es decir a_{e}). Preferiblemente, estas
señales de error de navegación se basan en una diferencia entre
dichos vectores de aceleración.
Ahora bien, en resumen, el procedimiento general
de producción de datos de navegación según la invención, se
describirá con referencia al diagrama de flujo de la figura 4.
Una primera etapa 410 recibe un estado de
navegación inicial en cuanto a posición, velocidad y orientación
para representar un valor inicial a un INS. La posición inicial
puede o bien introducirse manualmente, o puede ser basándose en una
medición por un receptor GNSS. Entonces, una etapa 420 registra
parámetros de aceleración y velocidad angular en tres dimensiones
con respecto a un sistema de coordenadas de cuerpo fijo.
Normalmente, una IMU registra estos parámetros. Basándose en los
parámetros de la etapa 420, una etapa 430 produce un primer vector
a_{m} de aceleración estimado para el vehículo con respecto al
cual la etapa 420 registró los parámetros de aceleración y
velocidad angular. Basándose adicionalmente en el primer vector
a_{m} de aceleración estimado y las coordenadas de la posición
inicial, una etapa 440 genera datos de navegación estimados, es
decir una posición, velocidad y orientación actualizadas.
Una etapa 450 recibe un vector modelo que
describe la dinámica de vehículo del vehículo para el que la etapa
420 ha registrado los parámetros de aceleración y velocidad angular.
A continuación, aplicando al menos un modelo adaptativo al vector
modelo y a los datos de navegación estimados, una etapa 460 produce
un segundo vector de aceleración estimado a_{e} para el vehículo.
Preferiblemente, la etapas 450 y 460 se ejecutan esencialmente en
paralelo con las etapas 420, 430 y 440.
Una etapa 470 produce una primera señal de error
de navegación basándose en el primer vector a_{m} de aceleración
estimado y el segundo vector de aceleración estimado a_{e}. La
etapa 470 también produce una segunda señal de error de navegación
basándose en el primer vector a_{m} de aceleración estimado y el
segundo vector de aceleración estimado a_{e}. Naturalmente, según
la invención, la primera y la segunda señal de error de navegación
pueden producirse igualmente en dos etapas separadas.
Después de esto, una etapa 480 retroalimenta la
primera y la segunda señal de error de navegación para ajustar los
datos de navegación estimados y el al menos un modelo adaptativo
respectivamente. Entonces, el procedimiento vuelve en un bucle a
las etapas 420 y 450 de nuevo.
Por supuesto, en una implementación real de este
procedimiento, esencialmente todas las etapas 420 a 480 son activas
simultáneamente, sin embargo operando sobre diferentes datos de
fuente. Esto significa que, por ejemplo mientras la etapa 470
produce la primera y la segunda señal de error de navegación con
respecto a un conjunto de vectores de aceleración para una posición
particular, las etapas 420 y 450 registran parámetros de aceleración
y velocidad angular respectivamente reciben un vector modelo de
dinámica de vehículo relevante para una posición algo posterior, y
así sucesivamente. Por tanto, el procedimiento secuencial de la
figura 4 es válido con respecto a una determinada posición
estimada.
Todas las etapas de proceso, así como cualquier
subsecuencia de etapas, descritas con referencia a la figura 4
anterior pueden controlarse mediante un aparato informático
programado. Además, aunque las realizaciones de la invención
descritas anteriormente con referencia a los dibujos comprenden
aparatos informáticos y procesos realizados en un aparato
informático, la invención también se extiende a programas
informáticos, particularmente a programas informáticos sobre o en
un soporte, adaptado para poner en práctica la invención. El
programa puede ser en forma de código fuente; código de objetos,
una fuente intermedia de código y código de objetos tal como en
forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada
para su uso en la implementación del proceso según la invención. El
soporte puede ser cualquier entidad o dispositivo que pueda llevar
el programa. Por ejemplo, el soporte puede comprender un medio de
almacenamiento, tal como una memoria Flash, un ROM, por ejemplo un
CD o un ROM semiconductor, un EPROM, un EEPROM, o un medio de
grabación magnético, por ejemplo un disquete o disco duro. Además,
el soporte puede ser un soporte transmisible tal como una señal
eléctrica u óptica que puede transportarse a través de cable
eléctrico u óptico o por radio o por otros medios. Cuando el
programa está implementado en una señal que puede transportarse
directamente por un cable u otro dispositivo o medio, el soporte
puede estar constituido por tal cable o dispositivo o medio.
Alternativamente, el soporte puede ser un circuito integrado en el
que está incrustado el programa, estando adaptado el circuito
integrado para realizar, o para usarse en la realización de, los
procesos relevantes.
El término "comprende/comprendiendo" cuando
se usa en esta memoria descriptiva se toma para especificar la
presencia de características, enteros, etapas o componentes
indicados. Sin embargo, el término no excluye la presencia o
adición de una o más características, enteros, etapas o componentes
adicionales, o grupos de los mismos.
La invención no se restringe a las realizaciones
descritas en las figuras, sino que puede variarse libremente dentro
del alcance de las reivindicaciones.
Claims (20)
1. Un aparato (200) de navegación adaptado para
montarse en un vehículo (110) para generar datos (S_{nav}) de
navegación estimados que describen la posición geográfica, la
velocidad y la orientación del vehículo (110), comprendiendo el
aparato (200):
un sistema (210) de medición inercial adaptado
para registrar parámetros de aceleración y velocidad angular en
tres dimensiones con respecto a un sistema (b) de coordenadas de
cuerpo fijo asociado con el vehículo (110), basándose en estos
parámetros, producir un primer vector (a_{m}) de aceleración
estimado para el vehículo (110), y basándose adicionalmente en un
estado (S_{nav}') de navegación inicial conocido y en el primer
vector (a_{m}) de aceleración estimado generar los datos
(S_{nav}) de navegación estimados; y
una unidad (250) de estimación de errores
adaptada para producir una primera señal (\hat{e}_{INS}) de
error de navegación al menos basándose en el primer vector
(a_{m}) de aceleración estimado, y retroalimentar la primera
señal (\hat{e}_{INS}) de error de navegación al sistema (210) de
medición inercial para ajustar los datos (S_{nav}) de navegación
estimados, caracterizado porque el aparato (200)
comprende:
una unidad (220) de modelado de vehículo
adaptada para recibir:
los datos (S_{nav}) de navegación estimados,
y
un vector (\overline{M}) modelo que describe
la dinámica de vehículo del vehículo (110), y
basándose en el vector (\overline{M}) modelo,
los datos (S_{nav}) de navegación estimados y al menos un modelo
(M_{t}, M_{a}) adaptativo producir un segundo vector (a_{e})
de aceleración estimado para el vehículo (110); y
la unidad (250) de estimación de errores está
adaptada para:
producir la primera señal (\hat{e}_{INS}) de
error de navegación basándose adicionalmente en el segundo vector
(a_{e}) de aceleración estimado,
producir una segunda señal (\hat{e}_{mod})
de error de navegación basándose en el primer y el segundo vector
(a_{m}, a_{e}) de aceleración estimados, y
retroalimentar la segunda señal
(\hat{e}_{mod}) de error de navegación a la unidad (220) de
modelado de vehículo para actualizar el al menos un modelo
(M_{t}, M_{a}) adaptativo.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El aparato (200) según la reivindicación 1,
caracterizado porque el al menos un modelo adaptativo
comprende
un modelo (M_{t}) de empuje que describe un
comportamiento de un sistema de propulsión del vehículo (110),
y
un modelo (M_{a}) aerodinámico que describe
las propiedades aerodinámicas del vehículo (110).
\vskip1.000000\baselineskip
3. El aparato (200) según la reivindicación 2,
en el que el vehículo (110) es un avión, caracterizado porque
el vector (\overline{M}) modelo comprende datos que describen al
menos uno de: ángulos de aletas, ángulos de elevador, ángulos de
timón de dirección, ángulos de spoiler o empujes del motor
del vehículo (110), y una temperatura del aire ambiente o una
presión del aire ambiente.
4. El aparato (200) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
una unidad (230) de estimación de viento adaptada para estimar un
vector (\overline{W}^{n}) de viento que describe un viento
experimentado por el vehículo (110); y la unidad (220) de modelado
de vehículo está adaptada para recibir el vector
(\overline{W}^{n}) de viento y producir el segundo vector
(a_{e}) de aceleración estimado basándose adicionalmente en el
vector (\overline{W}^{n}) de viento.
5. El aparato (200) según la reivindicación 4,
caracterizado porque la unidad (250) de estimación de errores
está adaptada para:
producir una tercera señal (\hat{e}_{w}) de
error de navegación basándose en el primer y el segundo vector
(a_{m}, a_{e}) de aceleración estimados, y
retroalimentar la tercera señal
(\hat{e}_{w}) de error de navegación a la unidad (230) de
estimación de viento para actualizar el vector
(\overline{W}^{n}) de viento estimado.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El aparato (200) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato
(200) está asociado con un aparato (300) de navegación auxiliar
adaptado para proporcionar al menos una señal (h_{ajd},
GNSS_{adj}) de calibración a la unidad (250) de estimación de
errores, y la unidad (250) de estimación de errores está adaptada
para ajustar la primera y la segunda señal (\hat{e}_{INS},
\hat{e}_{mod}) de error de navegación en respuesta a la al
menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de calibración.
7. El aparato (200) según la reivindicación 5
en combinación con la reivindicación 6, caracterizado porque
la unidad (250) de estimación de errores está adaptada para ajustar
la tercera señal (\hat{e}_{W}) de error de navegación en
respuesta a la al menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de
calibración.
8. El aparato (200) según una cualquiera de la
reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el aparato (300)
de navegación auxiliar comprende:
un receptor (330) GNSS adaptado para recibir un
conjunto de señales de navegación externas, y basándose en las
mismas producir una primera señal (GNSS_{s}) de referencia
fuente,
una unidad (310) de predicción adaptada para
recibir los datos (S_{nav}) de navegación estimados y basándose
en los mismos producir una primera señal (GNSS_{pred}) de
referencia predicha,
una primera unidad (320) de suma adaptada para
generar una primera señal (GNSS_{adj}) de calibración de dicha al
menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de calibración en
respuesta a la primera señal (GNSS_{s}) de referencia fuente y la
primera señal (GNSS_{pred}) de referencia predicha.
\vskip1.000000\baselineskip
9. El aparato (200) según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el aparato (300)
de navegación auxiliar comprende:
un altímetro (350) adaptado para generar una
segunda señal (h_{s}) de referencia fuente que representa un
parámetro de elevación con respecto al vehículo (110), y
una segunda unidad (340) de suma adaptada para
generar una segunda señal (h_{ajd}) de calibración de dicha al
menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de calibración en
respuesta a la segunda señal (h_{s}) de referencia fuente y una
estimación (h_{INS}) de altitud generada por el sistema (210) de
medición inercial.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Un procedimiento de navegación para generar
datos (S_{nav}) de navegación estimados que describen una
posición geográfica, una velocidad y una orientación de un vehículo
(110), comprendiendo el procedimiento:
registrar parámetros de aceleración y velocidad
angular en tres dimensiones con respecto a un sistema (b) de
coordenadas de cuerpo fijo asociado con el vehículo (110),
producir un primer vector (a_{m}) de
aceleración estimado para el vehículo (110) basándose en los
parámetros de aceleración y velocidad angular,
generar los datos (S_{nav}) de navegación
estimados basándose en un estado (S_{nav}') de navegación inicial
conocido y el primer vector (a_{m}) de aceleración estimado,
producir una primera señal (\hat{e}_{INS})
de error de navegación al menos basándose en el primer vector
(a_{m}) de aceleración estimado, y
retroalimentar la primera señal
(\hat{e}_{INS}) de error de navegación al sistema (210) de
medición inercial para ajustar los datos (S_{nav}) de navegación
estimados, caracterizado el procedimiento por
recibir los datos (S_{nav}) de navegación
estimados y un vector (\overline{M}) modelo que describe la
dinámica de vehículo del vehículo (110), y
producir un segundo vector (a_{e}) de
aceleración estimado para el vehículo (110) basándose en el vector
(\overline{M}) modelo, los datos (S_{nav}) de navegación
estimados y al menos un modelo (M_{t}, M_{a}) adaptativo,
producir la primera señal (\hat{e}_{INS}) de
error de navegación basándose adicionalmente en el segundo vector
(a_{e}) de aceleración estimado,
producir una segunda señal (\hat{e}_{mod})
de error de navegación basándose en el primer y el segundo vector
(a_{m}, a_{e}) de aceleración estimados, y
retroalimentar la segunda señal
(\hat{e}_{mod}) de error de navegación a la unidad (220) de
modelado de vehículo para actualizar el al menos un modelo
(M_{t}, M_{a}) adaptativo.
\vskip1.000000\baselineskip
11. El procedimiento según la reivindicación
10, caracterizado porque el al menos un modelo adaptativo
comprende:
un modelo (M_{t}) de empuje que describe un
comportamiento de un sistema de propulsión del vehículo (110),
y
un modelo (M_{a}) aerodinámico que describe
las propiedades aerodinámicas del vehículo (110).
\vskip1.000000\baselineskip
12. El procedimiento según la reivindicación
11, en el que el vehículo (110) es un avión, caracterizado el
procedimiento porque el vector (\overline{M}) modelo comprende
datos que describen al menos uno de: ángulos de aletas, ángulos de
elevador, ángulos de timón de dirección, ángulos de spoiler o
empujes del motor del vehículo (110), y una temperatura del aire
ambiente o una presión del aire ambiente.
13. El procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por:
estimar un vector (\overline{W}^{n}) de
viento que describe un viento experimentado por el vehículo (110)
basándose en el vector (\overline{V}a^{b}) de velocidad, y
producir el segundo vector (a_{e}) de
aceleración estimado basándose adicionalmente en el vector
(\overline{W}^{n}) de viento.
\vskip1.000000\baselineskip
14. El procedimiento según la reivindicación
13, caracterizado por:
producir una tercera señal (\hat{e}_{w}) de
error de navegación basándose en el primer y el segundo vector
(a_{m}, a_{e}) de aceleración estimados, y
retroalimentar la tercera señal
(\hat{e}_{W}) de error de navegación a la unidad (230) de
estimación de viento para actualizar el vector
(\overline{W}^{n}) de viento estimado.
\vskip1.000000\baselineskip
15. El procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado por:
recibir al menos una señal (h_{ajd},
GNSS_{adj}) de calibración que representa datos derivados de al
menos una fuente de información que es independiente del vehículo
(110), y
ajustar la primera y la segunda señal
(\hat{e}_{INS}, \hat{e}_{mod}) de error de navegación en
respuesta a la al menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de
calibración.
\vskip1.000000\baselineskip
16. El procedimiento según la reivindicación 14
en combinación con la reivindicación 15, caracterizado por
ajustar la tercera señal (\hat{e}_{w}) de error de navegación en
respuesta a la al menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj}) de
calibración.
17. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado por:
recibir un conjunto de señales de navegación
externas,
producir una primera señal (GNSS_{s}) de
referencia fuente basándose en el conjunto de señales de navegación
externas,
producir una primera señal (GNSS_{pred}) de
referencia predicha basándose en los datos (S_{nav}) de navegación
estimados, y
generar una primera señal (GNSS_{adj}) de
calibración de dicha al menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj})
de calibración en respuesta a la primera señal (GNSS_{s}) de
referencia fuente y la primera señal (GNSS_{pred}) de referencia
predicha.
\vskip1.000000\baselineskip
18. El procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizado por:
generar una segunda señal (h_{s}) de
referencia fuente que representa un parámetro de elevación con
respecto al vehículo (110), y
generar una segunda señal (h_{ajd}) de
calibración de dicha al menos una señal (h_{ajd}, GNSS_{adj})
de calibración en respuesta a la segunda señal (h_{s}) de
referencia fuente y una estimación (h_{INS}) de altitud.
\newpage
19. Un programa informático que puede cargarse
directamente en la memoria interna de un ordenador, que comprende
software para controlar las etapas de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 18 cuando dicho programa se ejecuta en el
ordenador.
20. Un medio legible por ordenador, que tiene
un programa grabado en el mismo, siendo el programa para hacer que
el ordenador controle las etapas de cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 18.
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