KR20090129329A - 항법 고도계 및 방법 - Google Patents

항법 고도계 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090129329A
KR20090129329A KR1020090046543A KR20090046543A KR20090129329A KR 20090129329 A KR20090129329 A KR 20090129329A KR 1020090046543 A KR1020090046543 A KR 1020090046543A KR 20090046543 A KR20090046543 A KR 20090046543A KR 20090129329 A KR20090129329 A KR 20090129329A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
altitude
acceleration
return
yaw rate
loop
Prior art date
Application number
KR1020090046543A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101138815B1 (ko
Inventor
피터 반 윅 루미스
Original Assignee
트림블 내비게이션 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 트림블 내비게이션 리미티드 filed Critical 트림블 내비게이션 리미티드
Publication of KR20090129329A publication Critical patent/KR20090129329A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101138815B1 publication Critical patent/KR101138815B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P7/00—Measuring speed by integrating acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

고도 변화를 측정하기 위해 속도계 및 전방 가속도계를 이용하는 고도 추측 항법 시스템에 관한 것이다.

Description

항법 고도계 및 방법{Reckoning Altimeter and Method}
본 개시는 일반적으로 추측 항법 시스템(dead reckoning systems)에 관한 것이며 특히 고도 변화를 측정하기 위한 속도계 및 전진 가속도계(forωardlooking accelerometer)를 이용하는 추측 항법 고도계 기구(dead reckoning altimeter apparatus)에 관한 것이다. 본 개시는 또한 경사각(inclination angle)을 측정하기 위한 속도계 및 전진 가속도계를 이용하는 경사계 기구(inclinometer apparatus)에 특히 관련된다.
추측 항법(dead reckoning; DR)은 이전에 결정된 위치를 기초로 현재 위치를 측정하고 측정된 속도, 방향 및/또는 가속도에 그 위치를 선행하는 과정이다. DR은 처음 알려진 위치, 또는 위치(fix)로 시작한다. 위치(fix)는 레이징(ranging), 삼각측량 또는 맵 매칭(map matching)을 이용하여 결정될 수 있다. 추측 항법을 시작하는 것에서 초기 위치(initial position fix)를 설정하기 위한 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)에서 레이징하기 위해 무선 신호를 이용하는 것은 일반적이다. .
추측 항법 속도는 많은 방법으로 측정될 수 있다. 현대 기구(modern instrumentation)를 이용하기 전에, 로그(log)라고 불리는, 나무 부표(wood float)를 배 밖으로 던지고 배가 물을 헤쳐 전진할 때 모래시계로 측정한 시간 동안 선원의 손을 통과한 부표에 묶인 선에 매듭을 세어서 DR 속도를 결정하였다. 많은 현대 상선들은 물 속도를 측정하기 위해 엔진 rpm, 즉 자동적인 로그 또는 저면 탐지 도플러 수중음파탐지기(bottom looking Doppler sonar)를 이용한다. 도로 차량(road vehicles)은 전형적으로 그들의 바퀴의 회전 속도(revolution rates)를 측정해서 그 속도를 측정한다. 도로 차량은 또한 속도 측정을 위해 엔진 rpm 및 도플러 수중 음파 탐지기 또는 도플러 레이더를 이용할 수 있다. 수평 방향은 자기 게이트 콤파스(magnetic gate compass) 또는 플럭스 게이트 콤파스(flux gate compass)로 측정될 수 있다. 추측 항법 방향은 또한 각속도 센서(angular rate sensor)에 의해 감지된 각 변화의 속도를 통합해서 결정될 수 있다. 각속도 센서는 자이로(gyro)로 불리기도 한다. 방향 선형 가속도를 통합하는 관성 장치(inertial system)는 추측 항법에, 특히 항공기에 이용될 수 있다.
글로벌 네비게이션 위성 시스템(global navigation satellite system; GNSS)의 편리성 및 정확도의 측면에서 발전에도, 연속 GNSS 위치(fix)를 얻을 수 없거나 잡음이 많은 경우에 추측 항법이 계속 필요하다. 게다가, 글로벌 네비게이션 위성 시스템의 위치 결정은 수평 위치 및 수평 헤딩 각도보다 고도 및 수직 헤딩 각도가 덜 정확하고 더 잡음이 많은 경향이 있다.
대체로, 본 명세서는 고도 변화를 측정하기 위해 속도계 및 전진 가속도계를 이용하는 고도 추측 항법 시스템에 관련된다.
본 명세서는 전진 운동(forward motion)을 측정함으로써 고도 변화를 측정하는 기구 및 방법을 기술한다. 본 명세서는 또한 전진 운동을 측정해서 경사각을 결정하는 기구 및 방법을 기술한다.
일 실시예는 전진 속도(forward speed)를 결정하는 속도계(speedometer); 전진 가속도(forward acceleration)를 측정하는 가속도계(accelerometer); 및 속도 및 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 DR 계산기(DR calculator);를 포함하는 추측 항법 고도계(dead reckoning altimeter)를 제공한다. 고도계는 또한 요각속도(yaw angle rate)를 측정하는 요레이트 센서(yaw rate sensor) 및 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 요보정장치(yaw compensator)를 포함하며 DR 계산기는 고도 변화를 계산하기 위해 속도와 함께 보정된 가속도를 이용하도록 형성될 수 있다.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 것; 전진 가속도를 측정하는 것; 및 속도 및 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 것;을 포함하는 추측 항법 고도(dead reckoning altitude)를 위한 방법을 제공한다. 방법은 또한 요각속도를 측정하는 것, 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 것 및 고도 변화를 계산하기 위해 속도와 함께 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 속도계; 전진 가속도를 측정하는 가속도계; 및 속도변화율 및 측정된 가속도를 기초로 경사각을 계산하는 경사각 계산기((incline angle calculator);를 포함하는 경사계(inclinomemter)를 제공한다. 경사계는 또한 요각속도를 측정하는 요레이트 센서 및 측정된 가속도를 보정하기 위해 요각속도를 이용하도록 형성된 요보정장치를 포함하며 경사각 계산기는 경사각을 계산하기 위해 속도변화율과 함께 보정된 가속도를 이용하도록 형성될 수도 있다.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 것; 전진 가속도를 측정하는 것; 및 측정된 가속도 및 속도변화율을 기초로 경사각을 계산하는 것;을 포함하는 경사각 결정 방법을 제공한다. 방법은 또한 요각속도를 측정하는 것, 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 것 및 경사각을 계산하기 위해 속도변화율과 함께 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함할 수도 있다.
한 실시예에서 고도 변화는 전진 속도 및 전진 가속도를 기초로 결정된다.
한 실시예에서 경사각은 전진 속도변화율 및 전진 가속도를 기초로 결정된다.
한 실시예에서 측정된 가속도는 요각속도를 보정한다.
한 실시예에서 측정된 가속도는 선형 위치 오프셋(linear position offset)에 따라 요각속도를 보정한다.
한 실시예에서 선형 위치 오프셋은 반대 방향 루프(opposite direction loops)를 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다.
한 실시예에서 측정된 가속도는 요 얼라이먼트 각(yaw alignment angle)에 따라 요각속도를 보정한다.
한 실시예에서 요 얼라이먼트 각은 반대 방향 루프(opposite direction loop)를 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다.
한 실시예에서 측정된 가속도는 가속도계 바이어스(accelerometer bias)를 보정한다.
한 실시예에서 설치 가속도계 바이어스(installation accelerometer bias)는 반대 대향 방향을 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다.
한 실시예에서 재가동(restart) 가속도계 바이어스는 마지막 경사각을 기초로 결정된다.
한 실시예에서 업데이트된 가속도계 바이어스는 외부 고도 위치(fix) 및 선위 추측된 고도(dead reckoned altitudes) 사이의 차이를 기초로 보정된다(calibrated).
본 발명의 상기 실시예와 다른 실시예 및 본 발명의 상기 속성과 다른 속성은 뒤에 오는 상세한 설명을 읽고 각종 그림을 본 후에 기술분야에서 일반적인 기술을 가진 자에게 자명하게 될 것이다.
바람직한 실시예의 세부사항 및 본 발명의 아이디어를 실행함에 있어 최선 형태를 설명할 것이다. 본 발명의 아이디어를 실행하기 위해 바람직한 실시예의 세부사항 모두를 채택할 필요가 없음을 이해해야 한다.
도 1은 각각 참조 번호 10 및 12로 표시된 추측 항법(DR) 고도계 기구 및 경사계 기구를 도시한다. 기구(10, 12)는 수평면(18)에서 미지의 경사각(θ)을 가지는 전진 운동 방향(16)을 가지는 차량(14)으로 운반되는 것으로 예정된다. 차 량(14)은 뒷바퀴(22) 및 앞바퀴(23)가 지면(25)에 위치하는 자동차, 트럭, 기차, 트롤리(trolley) 등일 수 있다.
기구(10, 12)는 속도계(32) 및 전방 선형 가속도계(34)를 포함한다. 차량(14)은 차량(14)의 회전 중심(turn center; 92)(도 5)을 통과하고 차량(14)에 수직인 회전 반경선(turn radius line; R)(도 5)을 가진다. 앞바퀴(23)로 도는 차량(14)에 있어 회전 반경선(R)은 뒷바퀴(22)의 차축을 거의 통과한다. 가속도계(34)는 회전 반경선(R)에 대하여 설치 선형 위치 오프셋(L)을 가진다. 선형 위치 오프셋(L)은 전진 방향(16)으로 설명된다.
DR 고도계 기구(10)는 DR 고도 계산기(40)(도 2)를 포함한다. 경사계 기구(12)는 경사각 계산기(42)(도 2)를 포함한다. 속도계(32)는 알려진 기간 동안에 측정된 거리를 기초로 전진 속도(v(t))를 계산하기 위한 계산 장치를 포함하는 속도 측정기(speed measuring device) 또는 거리 측정기(distance measuring device)일 수도 있다. 속도계(32)는 거리를 측정하고 일정 시간 동안 뒷바퀴(22) 또는 앞바퀴(23)의 회전수를 기초로 전진 방향(16)의 속도(v(t))를 계산하는 회전속도계(tachometer) 또는 주행계(odometer)일 수도 있다. 또는, 속도계(32)는 도플러 레이더 또는 도플러 수증 음파 탐지기 또는 지면(25)에서 반사된 신호에서 측정하는 광학장치를 가지는 차량(14)의 전진 속도(v(t))를 측정할 수도 있다. 예를 들면 비행기는 도플러를 기초로 속도(v(t))를 계산하는 속도계(32)를 가진 기구(10, 12)를 이용할 수도 있다. 가속도계(34)는 전진 방향(16)의 가속도(αm(t))를 측정하기 위해 탑재된 단축 장치(single axis device)일 수도 있고, 둘 또는 세 개의 축 선형 가속도 측정장치의 선형 조합을 이용하여 전진 방향(16)의 가속도(αm(t))를 측정하는 두축 또는 삼축 장치(two or three axis device)일 수도 있다.
도 1a는 차량(14)의 전진 방향(16)에 대하여 요 얼라이먼트 각(γ)을 가지는 측정 방향(46)을 가지는 가속도계(34)의 물리적 탑재를 도시한다. 간단한 경우에 측정 방향(46)은 전진 방향(16)과 동일하다. 그러나, 가속도계(34)를 위한 센서는 수평면에서 요 얼라이먼트 각(γ)만큼 측정 방향(46)이 전진 방향(16)과 차이가 나도록 탑재될 수도 있다.
도 2는 DR 고도 계산기(40) 및 경사각 계산기(42)를 가지는 추측 항법 고도 기구(10) 및 경사계 기구(12)의 블록도이다. 기구(10, 12)는 가속도 보정장치(50) 및 요레이트 센서(52)를 포함한다. 요레이트 센서(52)는 요각속도(ω(t))를 측정한다. 가속도 보정장치(50)는 보정된 가속도(αc(t))를 결정하기 위해 요각속도(ω(t))의 영향 및 가속도계 바이어스(β)의 영향에 대한 측정된 가속도(αm(t))를 보정한다.
DR 고도 계산기(40)는 고도 변화(ΔH)를 계산하기 위해 전진 속도(v(t)) 및 보정된 전진 가속도(αc(t))를 이용한다. 경사각 계산기(42)는 시간에 대한 속도 변화율(Δv/Δt)을 결정하기 위해 속도(v(t))를 이용하는 속도율 계산기(speed rate calculator; 55)를 포함하며 경사각(θ)을 계산하기 위해 보정된 전진 가속도(α c(t))와 함께 속도율(Δv/Δt)을 이용한다.
도 3은 가속도 보정장치(50)의 기능적 블록도이다. 가속도 보정장치(50)는 요 거리 보정장치(yaw distance compensator; 64) 및 요 얼라이먼트 보정장치(yaw alignment compensator; 66)를 포함하는 요보정장치(yaw compensator; 62)를 포함한다. 요 거리 보정장치(64)는 차량(14)이 회전할 때(빗나갈 때(yawing)) 발생하는 위치 오프셋 가속도 측정 에러(position offset acceleration measurement error)를 계산하기 위해 측정된 요각속도(ω(t)) 및 오프셋(L)을 이용하고, 이 에러를 측정된 가속도(am(t))에 보정한다. 위치 오프셋 에러는 ω2(t)×L로 계산된다. 차량(14)이 회전할 때(빗나갈 때(yawing)) 발생하는 요 얼라이먼트 각 가속도 측정 에러(yaw alignment angle acceleration measurement error)를 계산하기 위해 요 얼라이먼트 보정장치(66)는 측정된 요각속도(ω(t)), 속도(v(t)) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 이용하며, 이 에러를 측정된 가속도(αm(t))에 보정한다. 요 얼라이먼트 각 에러는 ω(t)×v(t)×γ로 계산된다.
가속도 보정장치(50)는 또한 리턴-투-포지션 보정 검출기(return-to-position compensation detector; 72), 재가동 바이어스 검출기(restart bias detector ;74) 및 가속도계 바이어스 보정장치(accelerometer bias compensator; 76)를 포함한다.
보정 검출기(72)는 트리거(trigger) 사이의 고도 변화(ΔH)를 추적하고, 트 리거 사이의 고도 변화(ΔH)의 합이 0이 되도록, 또는 리턴 고도(HR)가 시작 고도(H1)와 같아지도록 설치 가속도계 바이어스(βI)를 결정한다. 주차위치 피치 각의 효력을 제거하기 위하여, 차량(14)은 고도(HR 및 H1)를 결정하기 위해 반대 방향을 향하여 주차될 수도 있다. 합이 0인 고도 변화(ΔH's)에 기인하는 가속도계 바이어스(βI)가 결정된다. 기구(10, 12)가 수평 위치가 복귀된 것을 감지할 때, 또는 수동으로 작동자가 같은 위치로 복귀했음을 알았을 때 트리거는 (가급적이면 수동 작동(enablement) 후에) 자동화될 수 있다. 가속도계 바이어스(βI), 선형 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)의 조합을 결정하기 위하여, 차량(14)은 적어도 한번은 시계 방향 루프에서 또한 적어도 한번은 반시계 방향에서 시작 위치로 재회전(loop back)하도록 구동된다. 이 작동은 도 8 및 도 7b와 7c의 순서도에 도시되어 있고 동반된 상세한 설명에 기술되어 있다.
재가동 바이어스 검출기(74)는 차량(14)가 움직이기 시작할 때의 속도(v(t))가 여전히 거의 영이라는 아이디어 및 움직이기 시작할 때의 경사각(θ)이 차량(14)이 멈추기 직전의 마지막 경사각(θL)과 거의 같다는 아이디어를 이용한다. 그러므로, 재가동 가속도계 바이어스(β0)는 식 1로 계산된다. 식 1에서 가속도(α)는 바람직하게 요각속도(ω(t))로 가속도를 보정한 후에 취한다. g는 중력 가속도 상수이다.
식 1) β0 =α-g sinθL
기구(10, 12)가 전원이 꺼진 후 워밍업할 때 가속도계 바이어스(β)가 급속하게 변화할 수도 있다. 가속도계 바이어스(β)가 정확하게 측정(calibration)되기에 충분히 안정되기 전에는 워밍업 시간이 길어질 것이다. 움직이기 시작할 때의 경사각(θL)이 멈추기 직전 마지막으로 움직일 때 마지막에 계산된 경사각(θL)에서 변하지 않았다는 가정 및 움직이기 시작할 때의 속도(v(t))가 0이라는 가정 하에 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 결정하여 이 문제를 식 1에 따라 경감시킬 수 있다.
가속도계 바이어스 보정장치(76)는 측정된 가속도(αm(t))를 보정하기 위해 설치 바이어스(βI) 및/또는 재가동 바이어스(β0) 및/또는 외부 네비게이션 정보와 비교하여 결정된 바이어스(β)를 이용한다. 바이어스(β)를 연속적으로 더 잘 측정하기 위해 칼만 필터(80)(도 4)가 가속도계 바이어스 보정장치(76)의 일부로서 포함될 수도 있다. 칼만 필터가 새로운 보정(calibration)을 얻을 때 바이어스 보정장치(76)는 설치 가속도계 바이어스(βI), 재가동 가속도계 바이어스(β0) 및 새로 보정된 가속도계 바이어스(β) 사이에서 전환하기 위한 바이어스 스위치를 포함할 수도 있다.
g×sin(수직 미스얼라이먼트 각(vertical misalignment angle))의 거의-일정 한 중력가속도 바이어스 용어(near-constant gravity bias term)에 의해 가속도(αm(t)) 측정값을 변경하기 위해 가속도계(34)의 작은 수직 미스얼라이먼트 각(vertical misalignment angle)이 중력 가속도(g)와 작용한다. 이 중력 바이어스 용어는 결정되고 보정된 가속도계 바이어스(β)를 유효하게 추가한다 (또는 감한다).
도 4는 칼만 필터(80) 및 하나 이상의 외부 위치결정 소스(external positioning source; 82)를 가지는 기구(10, 12)의 블록도이다. 대표적인 외부 소스(82)는 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS) 수신기(84), 기압 고도계(baroaltimeter; 85) 및 맵 매처(map matcher; 86)를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. GNSS 수신기(84)는 GNSS-기반 외부 고도 위치(GNSS-based external altitude fix)(HEXT)를 포함하는 3차원 위치, 시간, 삼차원 속도, 경사각을 포함한 3차원 방향(heading), 위성 신호 도플러(satellite signal Dopplers), 위성 의사 거리(satellite pseudoranges) 등과 같은 GNSS-기반 위치 결정 정보(GNSS-based positioning information)를 제공하기 위해 GNSS 신호를 수신하고 처리한다. 기압 고도계(85)는 기압-기반 외부 고도 위치(air pressure based external altitude fix)(HEXT)를 제공한다. 전자 맵 상의 선에 도로 또는 트랙 상의 위치를 맞추고 방향 지시 정보(direction heading information)에 따라 도로 또는 트랙의 좌 또는 우측을 맞추기 위해 위치가 조정된 맵을 제공하기 위해 맵 매처(86)는 GNSS 수신기(84)로부터 위치 및 방향을, 또는 칼만 필터(80)의 출력을 이용한다. 그러고 나 서 맵 매처(86)는 도로 또는 트랙 또는 선을 따른 위치를 측정한 것에 가장 잘 맞는 맵을 제공한다. 도로, 트랙 또는 선에 따른 위치는 칼만 필터(80)에 의해 이용될 수 있는 지형 지도(topographic map)로서 고도(HEXT)에 기초한 맵(map based altitude)을 가질 수도 있다.
속도계(32), 가속도계(34), 및 요레이트 센서(52)는 칼만 필터(80)에 속도 (v(t)), 측정된 가속도(αm(t)), 및 요각속도(ω(t))를 제공한다. 칼만 필터(80)는 입력 시의 잡음 및/또는 불연속 외부 고도 위치(HEXT's) 및 출력시의 추측 항법 고도(H's) 사이의 차이를 여과하며, 추측 항법 고도(H)는 고도 변화(ΔH)를 축적하여 결정된다. 여과된 차이는 가속도계 바이어스(β)의 보정된 버전을 제공하기 위해 피드백 루프에서 이용된다. 칼만 필터(80)는 지시를 실행하기 위해 기기(10, 12) 등과 같은 컴퓨터 장치를 지시하기 위해 컴퓨터-판독가능한 지시로서 유형매체(tangible medium)에 저장될 수도 있다.
가속도 바이어스(β), 고도 변화(ΔH's), 속도계(32)의 속도(v(t)) (또는 속도(v(t))가 ΔS/Δt에서 계산될 수 있는 속도계(32)에서의 거리(ΔS)), 측정된 전진 가속도(αm(t)) (또는 일부 보정된 가속도 또는 완전히 보정된 가속도(αc(t))) 및 외부 고도(HEXT)를 포함하나 이에 제한되지 않는 외부 소스(82))의 위치결정 네비게이션 정보를 포함하나 이에 한정하지 않는 이용가능한 어떤 정보도 필터(80)는 이용한다. 칼만 필터(80)는 고도(H)를 포함한 3차원 위치, 3차원 속도 및 경사각 (θ)을 포함하는 3차원 방향을 계산하기 위해 이 정보를 이용한다.
칼만 필터(80)는 지속적으로 3D 방향, 3D 위치 및 3D 속도를 업데이트하여 측정하기 위해 다양한, 연속하고 정확한 몇 네비게이션 입력을 이용한다. 네비게이션 입력은 기압(barometric pressure), GNSS 위성 의사거리(pseudoranges), GNSS 수신기(84)에서의 도플러, 위도(latitude), 경도(longgitude) 및 외부 고도(HEXT)를 위한 맵 매칭, 방향을 위한 맵 매칭, 요각속도(ω(t))의 측정을 위해 자이로일 수 있는 요레이트 센서(52), 속도계(32)로부터 속도(v(t)) 또는 거리(S) 측정값 및 가속도계(34)에 의한 전진 가속도(αm(t)) 측정값을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. GNSS 수신기(84)는 글로벌 위치결정 시스템(Global Positioning System; GPS) 수신기일 수 있다.
칼만 필터(80)의 내부 또는 숨겨진 가동은 측정된 가속도(αm(t))를 보정하고, 방향, 위치 및 속도 출력을 정정 및/또는 스무딩(smoothing)하기 위해 이용되는 가속도계 바이어스(β) 보정을 제공한다. 칼만 필터(80)는 "GPS의 적응 가중을 위한 위치 및 속도 측정 시스템 및 추측 항법 정보(position and velocity estimation system for adaptive weighting of GPS and dead reckoning information)"라는 표제의 Geier 등의 미국특허 5,416,712에서 기술된 칼만 필터와 유사한 방식으로 작동하며, 상기 특허는 본 출원에 참조로서 통합된다. 칼만 필터(80)의 필터링 기술을 더 잘 이해하기 위해 ISBN 1-1-58053-894-0, 저작권 2006, 매사추세츠, 노르우드사, 아트테크 하우스에 의해 발행된, 제2판, Elliot Kaplan 및 Christopher Hegarty에 의한, "GPS의 이해: 이론 및 적용"을 제공한다. Geier 등의 육상 차량에서의 센서 통합에 대한 9.3장이 특히 유익하다.
도 5는 가속도계(34)와 차량(14)의 회전 중심(92)을 통과하는 차량(14)에 수직인 회전 반경선(R) 사이의 전진 방향(16)의 위치 오프셋(L)을 도시한다. 회전에 앞바퀴(23)를 이용하는 차량(14)에 있어, 회전 반경선(R)은 뒷바퀴(22)의 차축을 거의 통과한다. 요 얼라이먼트 각(γ)은 가속도계(34)의 전진 방향(46)과 차량(14)의 전진 방향(16) 사이의 각이다.
도 6은 고도 변화(ΔH) 및 경사각(θ)을 결정하는 순서도이다. 방법의 단계는 상기 단계를 실행하기 위해 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한 형태로 유체 매체(100)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계에서 실행되도록 컴퓨터로 기능, 작용 및 운영될 수도 있다. 단계(102)에서 가속도(αm(t))를 측정한다. 단계(104)에서 속도(v(t))를 결정한다. 단계(106)에서 요각속도(ω(t))를 측정한다. 단계(110) 및 단계(112)에서 요율(ω(t))의 영향을 가속도(αm(t))에 보정한다. 단계(110)에서 요각속도(ω(t))의 함수로서 가속도에 선형 위치 오프셋(L)을 보정한다. 단계(112)에서 요각속도(ω(t)) 및 속도(v(t))의 함수로서 가속도에 요 얼라이먼트 각(γ)을 보정한다. 단계(114)에서 가속도에 가속도계 바이어스(β)를 보정한다. 설치 보정에서, 가속도계 바이어스(β)는 가속도계 바이어스(βI)로서 리턴-투-포지션 방법(return to position method; 도 8)으로부터 결정될 수도 있다. 재가동시에, 가속도계 바이어스(β)는 가속도계 바이어스(β0)로서 마지막 경사각 (θL)에서 계산될 수도 있다(도 7a).
단계(116)에서 속도(v(t)) 및 보정된 가속도(αc(t))로부터 고도 변화(ΔH)를 계산한다. 단계(118)에서 위치, 의사거리(pseudoranges), 고도, 도플러 및 방향과 같은 외부 위치결정 정보를 외부 위치결정 소스(82)에서 수신한다. 단계(122)에서 DR 고도(H)를 제공하기 위하여 고도 변화(ΔH)를 축적한다. 연속 작동을 위해 DR 고도계(10)는 DR 고도(H's)의 연속 순차(continuous sequence)를 제공하기 위해 마지막 이전의 DR 고도(H)에 일련의 고도 변화(ΔH's)를 축적한다. 단계(124)에서 고도(H)를 포함한 3차원 위치, 3차원 속도 및 경사각(θ)을 포함한 3차원 방향을 계산하기 위해 칼만 필터링 기술을 이용하여 외부 위치결정 정보를 기초로 DR 고도(H)를 거른다. 단계(126)에서 DR 고도(H) 및 보정된 가속도(αc(t))를 제공하기 위해 이용된 가속도계 바이어스(β)를 업데이트하기 위해 적용된 외부 위치결정 정보를 이용하여 칼만 필터링 기술로 가속도계 바이어스(β)를 재보정한다. 일반적으로 단계(124) 및 단계(126)는 최신의 칼만 필터링 기술로 실행된다.
단계(132)에서 속도(v(t)) 및 시간으로부터 속도변화율(Δv/Δt)을 계산한다. 단계(134)에서 하기의 식 4를 이용하여 보정된 가속도(αc(t)) 및 속도변화율(Δv/Δt)로부터 경사각(θ)을 계산한다.
도 7a는 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 계산하는 방법의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위한 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능 한(computer-readable) 형태로 유형 매체(tangible medium; 150)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계를 실행하기 위해 컴퓨터로 기능, 가동 및 운영될 수도 있다. 단계(152)에서 경사각(θ's)을 계산한다. 기구(10, 12)의 전력을 끌 때, 계산된 마지막 경사각(θL)을 저장한다.
임의 시간 동안 휴지 상태 또는 꺼진 상태로 기구(10, 12)의 전력을 끈다. 단계(154)에서 기구(10, 12)를 켜고 작동하기 시작한다. 단계(155)에서 기구(10, 12)는 상기 식 1에 가속도(α)를 제공하기 위해 가속도(αm(t))를 측정하고, 측정된 가속도(αm(t))에 요각속도(ω(t))를 보정하도록 작동한다. 단계(156)에서 식 1에서 경사각(θL)으로부터 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 계산한다.
도 7b는 리턴-투-포지션 보정 방법 실시예의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위한 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한(computer-readable) 형태로 유체 매체(200)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계를 실행하기 위하여 컴퓨터로서 기능, 작동 및 운영할 수도 있다. 단계(202)에서 이용자로부터 리턴-투-포지션 트리거를 수신하고 기구(10, 12)는 그것의 위치 및 제1 고도(H1)를 결정한다. 단계(204)에서 기구(10, 12)가 그 움직임을 검출한다. 단계(206)에서 기구(10, 12)가 미리 결정된 시간 범위 안에서 1 내지 3 미터의 한계(thrhold) 내에 동일한 2차원 수평 위치로 복귀했다고 결정할 때 리턴 루프 고도(HR)를 결정한다. 시간의 길이는 몇 초 내지 몇 분일 수도 있다. 또는, 제2 트리 거가 수신될 때 리턴 루프 고도(HR)를 측정한다.
간단한 경우, 차량을 주차하고 같은 주차 위치로 루프 백으로 운전할 때 운전자가 기구(10, 12)로 트리거를 보낸다(issue). 이 방법은 기구(10, 12)가 동일한 수평위치로 복귀하거나 두 번째 트리거된 것을 검출할 때 리턴 루프 고도(HR)가 시작 고도(H1)와 동일할 것이라고 가정한다. 단계(208)에서 기구(10, 12)는 고도 변화(ΔH's)의 합계를 0이 되게 하는 가속도계 바이어스(β)를 결정하거나 시작 고도(H1) 및 리턴 루프 고도(HR)가 같아지도록 하는 가속도계 바이어스(β)를 결정한다.
도 7c는 리턴-투-포지션 보정(return-to-position calibration)을 위한 차량 이동의 도표이다. 차량(14)은 위치(250)에서 시작하여, 단일 루프 보정을 위해 시작 위치(250)로 반시계 방향 루프(252)를 이동한다. 이중 루프 보정을 위해 차량(14)은 시계방향 루프(254)를 통해 시작 위치(250)로 다시 복귀한다. 루프(252) 및 루프(254) 둘 중 하나 또는 둘 다 여러 번 반복될 수도 있고 평균된 결과 및 루프는 정확하게 원형일 것을 요구되지 않는다.
도 8은 가속도계 바이어스(β)를 위한 설정값(βI) 및 선형 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 위한 값을 결정하기 위해 리턴-투-포지션 방법을 이용한 이중 루프 보정의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위해 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한(computer-readable) 형태로 유체 매체(300) 에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 단계를 실행하기 위해 컴퓨터로서 기능, 작동 및 운영할 수도 있다. 단계(304)에서 기구(10, 12)가 워밍업된다. 워밍업은 가속도계 바이어스(β)를 안정화시킨다. 단계(306)에서 차량(14)은 제1 방향을 향하여 주차한다. 제1 가속도(αm(t))를 측정한다. 차량(14)이 움직이지 않기 때문에 이 측정된 가속도(αm(t))는 작을 것이다.
단계(308)에서 동일 주차 공간으로 복귀하기 위해 차량(14)이 천천히 구동 되고 반대 방향을 향하여 멈춘다. 제2 가속도(αm(t))가 측정된다. 차량(14)가 움직이지 않기 때문에 이 측정된 가속도(αm(t))는 작을 것이다. 단계(314)에서 가속도계 바이어스(βI) 및 지면(25)의 주차 경사각에 대한 중력가속도(g)의 효과를 구별하는데 제1 및 제2 측정된 가속도(αm(t)) 사이의 차이를 이용한다.
단계(316)에서 시작 고도(H1)를 결정하기 위해 기구(10, 12)는 계산된 가속도계 바이어스(βI) 및 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)의 미리 선택된 추정값을 이용한다. 단계(318)에서 차량(14)은 주차 공간으로 시계방향 (또는 반시계방향) 루프 백에서 급속하게 구동된다. 작동 중에 발생할 요각속도(ω(t)'s)와 유사한 요각속도(ω(t))를 유발하기에 충분히 빨리 구동되어야 한다. 단계(322)에서 제1 리턴-투-포지션(RTP) 고도(HR1)를 결정한다. 단계(324)에서 주차 공간으로 반대 방향 루프백에서 차량(14)을 빠르게 구동한다. 작동 중에 발생할 요각속도 (ω(t)'s)와 유사한 요각속도(ω(t))를 유발하기에 충분히 빨리 구동되어야 한다. 단계(326)에서 제2 리턴-투-포지션(RTP) 고도(HR2)를 결정한다. 단계(328)에서 시작 고도(H1), 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2)로부터 하기 식 2 및 3을 이용하여 유효한 설치 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 계산한다. 단계(328)는 시작 고도(H1) 및 제1 RTP 고도(HR1) 사이 및 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2) 사이의 고도 변화(ΔH)의 합이 0이 되도록 가속도계 바이어스(βI), 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 결정한다; 또는 시작 고도(H1), 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2)가 동일하게 되는 가속도계 바이어스(βI), 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 결정한다.
고도 및 경사각의 결정
다음의 섹션은 고도 변화(ΔH) 및 경사각(θ)을 계산하는 기구(10, 12)의 작동을 나타낸다. 식 2는 측정 시간(ΔT) 및 중력가속도 상수(g)에 대한 보정된 가속도(αc(t)) 및 속도(v(t))를 기초로 한 고도 변화(ΔH)의 계산을 나타낸다.
식 2)
Figure 112009031985289-PAT00001
식 3은 측정된 가속도(αm(t)), 가속도계 바이어스(β), 위치 요레이트 에러(ω2(t)×L), 및 얼라이먼트 요레이트 에러(ω(t)×v(t)×γ)의 함수로서 보정된 가속도(αc(t))를 나타낸다.
3) αc(t)=αm(t)+β-ω2(t)L-ω(t)v(t)γ
위치 요레이트 에러는 좌회전 또는 우회전에 대해 동일하다. 얼라이먼트 요레이트 에러는 동일하며 좌회전 및 우회전에 대해 반대이다. 식 4는 보정된 가속도(αc(t)) 및 시간에 대한 속도 변화율(Δv/Δt)의 함수로서 경사각(θ)을 나타낸다.
4) θ=Sin-1{[αc(t))-Δv/Δt]/g}
일반적인 이익
실시예는 GPS 수신기, 요레이트 자이로(yaw rate gyro) 또는 방향 자이로(heading gyro), 전송 샤프트 또는 휠 속도 측정 장치를 포함하는 차량 네비게이션 기구의 성능 및 선택적으로 맵-매치 성능을 향상시킬 수도 있다. 차등 GPS(differential GPS) 측정 없이, 1~2 미터 내에서 이 기구의 정확도를 향상시키기 위해; 및 연속 또는 스무드(smooth) GPS 측정 없이 연속 및 스무드 고도 및 경사각을 제공하기 위해, 실시예는 전진 방향 선형 가속도계 및 일부 가속도계 보정 알고리즘을 추가할 수도 있다.
GPS 위도와 경도 측정이 고도 상의 에러와 관련 있다는 것은 공지되어 있다. 고도에 대한 지식을 향상시켜서, 이 상호 관계를 통해 위도와 경도 지식이 향상될 수도 있다. 시야가 제한된 상황에서, GPS 속도는 잡음이 많을 수도 있고, 또는 GPS 위성 신호의 구성(geometry)(DOP)이 빈약할 수도 있으며, 또는 단지 3개의 GPS 위성 신호만 유효할 수도 있다. 그러한 경우에 향상된 고도 측정은 위도 및 경도 측정을 상당히 향상시킨다.
GPS 정확도보다 우수할 수도 있는 고도의 직접 지식을 고도 정보를 포함하는 맵-매칭 데이터베이스와 조합하여 이용한다. 정확한 고도 또는 고도 변화 정보를 이용하여, 맵-매치 알고리즘은 차량이 고속도로-오프 경사로(highway-off ramp)에서 두 평행 트랙 중 하나에 있는지, 그 중의 하나가 상승하는지 또는 하강하는지, 그 중에 하나가 아닌지 여부를 빨리 결정할 수 있다. GPS 및 방향 자이로만 이용하면 두 가능한 경로가 GPS 정확도에 알맞은 거리만큼 맵-매치 데이터베이스에서 수 평으로 분리된 점으로, 실질적인 거리만큼 이동할 때까지 그런 결정을 하기 위해 필요한 정확도를 생성할 수 없을 수도 있다. 차량이 고속도로를 떠났는지 여부의 지식은 경로 정보를 신속하게 결정함에 있어 중요하다. 고도의 직접 지식은 또한 GPS 적용범위(coverage) 또는 부정확한 GPS-기초 고도 없이 다층 주차 구조에 있을 때 차량의 수직 위치를 설정할 수도 있다.
도 9a는 층(floor; 512)이 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별되지 않을 때 나선형 경사로(spiraling ramp)에 의해 접속된 층(512) 사이를 구별하는데 DR 고도(H)가 이용되는 주차장의 층(512)을 도시한다.
도 9b는 고속도로(522), 상방 접속 도로 경사로(524) 및 하방 접속 도로 경사로(526)를 도시하며 경사로 도로가 GNSS-기반 방향에 의해 신뢰가능하게 구별되지 않을 때 경사각(θ)의 측정을 통해 상방 경사로 도로(524) 및 하방 경사로 도로(526)를 구별한다.
본 발명은 실시예의 측면에서 기술되더라도, 이와 같은 개시는 제한하는 것으로 해석되지 않는다고 이해될 것이다. 다양한 상위집합, 부분집합 및 동등안이 상기 개시를 읽은 후의 당업자에게 명백함은 의심할 바가 없다. 그러나, 이들 상위집합, 부분집합 및 동등안은 발명의 아이디어를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 따라서, 하기의 청구항은 본 발명의 진정한 정신 및 범위를 덮는 것으로 해석될 것이다.
개념
개념 1. 전진 속도를 결정하는 속도계;
전진 가속도를 측정하는 가속도계; 및
상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 DR 고도 계산기;를 포함하는 추측 항법 고도계.
개념 2. 요각속도를 측정하는 요레이트 센서; 및
보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 요보정장치;를 더 포함하며,
상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.
개념 3. 상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요각속도를 상기 측정된 가속도에 보정하는 요 위치 보정장치를 포함하는 상기 개념 2의 고도계.
개념 4. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 상기 개념 3의 고도계.
개념 5. 상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각으로 상기 요각속도를 측정된 가속도에 보정하도록 형성된 요 얼라이먼트 보정장치를 포함하는 상기 개념 2의 고도계.
개념 6. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 상기 개념 5의 고도계.
개념 7. 보정된 가속도를 결정하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 바이어스 보정장치를 더 포함하며,
상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.
개념 8. 상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 여과하도록 형성된 칼만 필터를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.
개념 9. 상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생된 상기 개념 8의 고도계.
개념 10. 상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생된 상기 개념 8의 고도계.
개념 11. 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.
개념 12. 반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.
개념 13. 상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 경사각 계산기; 및
정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 재가동 바이어스 검출기;를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.
개념 14. GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 GNSS 수신기; 및
요각속도를 측정하는 요레이트 센서를 더 포함하며,
상기 DR 고도 계산기는 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.
개념 15. 주차장의 층을 가지는 맵을 더 포함하며,
상기 DR 고도는 상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 이용되는 상기 개념 14의 고도계.
개념 16. 전진 속도를 결정하는 것;
전진 가속도를 측정하는 것; 및
상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 것;을 포함하는 추측 항법 고도를 위한 방법.
개념 17. 요각속도를 측정하는 것; 및
보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것;을 더 포함하며,
상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법.
개념 18. 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요 각속도를 보정하는 것을 포함하는 상기 개념 17의 방법.
개념 19. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 18의 방법.
개념 20. 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각을 상기 요각속도에 보정하는 것을 포함하는 상기 개념 17의 방법.
개념 21. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 요 얼라이먼트 각을 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 20의 방법.
개념 22. 보정된 각속도를 제공하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것을 더 포함하며,
상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법.
개념 23. 상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 칼만 필터링하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법.
개념 24. 상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생되는 상기 개념 23의 방법.
개념 25. 상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생되는 상기 개념 23의 방법.
개념 26. 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법.
개념 27. 반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법.
개념 28. 상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 것; 및
정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것;을 더 포함하는 상 기 개념 22의 방법.
개념 29. GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 것; 및
요각속도를 측정하는 것;을 더 포함하며,
상기 DR 고도 계산하는 것은 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법.
개념 30. 주차장의 층을 가지는 전자 맵을 제공하는 것; 및
상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 상기 DR 고도를 이용하는 것;을 더 포함하는 상기 개념 29의 방법.
도 1은 추측 항법 고도계 및 경사계를 포함하는 차량을 도시한다;
도 1a는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 가속도계를 위한 요 얼라이먼트 각을 도시한다;
도 2는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 블록도이다;
도 3은 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 가속도 보정장치의 블록도이다;
도 4는 3차원 위치, 속도(velocity) 및 방향(heading)의 정확도를 향상하기 위한 칼만 필터(Kalman Filter)를 포함하는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 블록도이다;
도 5는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계를 위한 가속도계 위치 오프셋 및 요 얼라이먼트 각을 도시한다;
도 6은 고도 변화 및 경사각 및 추측 항법 위치, 속도(velocity) 및 방향(heading)을 결정하는 방법의 순서도이다;
도 7a는 재가동을 위한 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 방법의 순서도이다;
도 7b는 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 리턴-투-포지션 방법(return-to-position method)의 순서도이다;
도 7c는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계를 위한 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 카운터 로테이션 루프(counter rotation loop)가 이용 되는 차량 이동을 나타내는 도표이다;
도 8은 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계 및 도 6의 방법을 위한 가속도계 바이어스, 선형 위치 오프셋 및 요 얼라이먼트 각을 결정하는 리턴-투-포지션 초기 설치 방법(return-to-position initial installation method)의 순서도이다;
도 9a 및 9b는 도 1의 추측 항법 고도계 및/또는 경사계가 유리하게 이용되는 주차장의 층(floor) 및 고속도로 연결 경사로(highway connecting ramp roads)를 도시한다.

Claims (30)

  1. 전진 속도를 결정하는 속도계;
    전진 가속도를 측정하는 가속도계; 및
    상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 DR 고도 계산기;를 포함하는 추측 항법 고도계.
  2. 제1항에 있어서,
    요각속도를 측정하는 요레이트 센서; 및
    보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 요보정장치;를 더 포함하며,
    상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 추측 항법 고도계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요각속도를 상기 측정된 가속도에 보정하는 요 위치 보정장치를 포함하는 추측 항법 고도계.
  4. 제3항에 있어서,
    시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각으로 상기 요각속도를 측정된 가속도에 보정하도록 형성된 요 얼라이먼트 보정장치를 포함하는 추측 항법 고도계.
  6. 제5항에 있어서,
    시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  7. 제1항에 있어서,
    보정된 가속도를 결정하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 바이어스 보정장치를 더 포함하며,
    상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 추측 항법 고도계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 여과하도록 형성된 칼만 필터를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생된 추측 항법 고도계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생된 추측 항법 고도계.
  11. 제7항에 있어서,
    리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  12. 제7항에 있어서,
    반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 경사각 계산기; 및
    정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 재가동 바이어스 검출기;를 더 포함하는 추측 항법 고도계.
  14. 제1항에 있어서,
    GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 GNSS 수신기; 및
    요각속도를 측정하는 요레이트 센서를 더 포함하며,
    상기 DR 고도 계산기는 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하도록 형성된 추측 항법 고도계.
  15. 제14항에 있어서,
    주차장의 층을 가지는 맵을 더 포함하며,
    상기 DR 고도는 상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 이용되는 추측 항법 고도계.
  16. 전진 속도를 결정하는 것;
    전진 가속도를 측정하는 것; 및
    상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 것;을 포함하는 추측 항법 고도를 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    요각속도를 측정하는 것; 및
    보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것;을 더 포함하며,
    상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요각속도를 보정하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각을 상기 요각속도에 보정하는 것을 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 요 얼라이먼트 각을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    보정된 각속도를 제공하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것을 더 포함하며,
    상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 칼만 필터링하는 것을 더 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생되는 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생되는 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  27. 제22항에 있어서,
    반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 것; 및
    정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것;을 더 포함하는 방 법.
  29. 제16항에 있어서,
    GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 것; 및
    요각속도를 측정하는 것;을 더 포함하며,
    상기 DR 고도 계산하는 것은 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하는 것을 포함하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    주차장의 층을 가지는 전자 맵을 제공하는 것; 및
    상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 상기 DR 고도를 이용하는 것;을 더 포함하는 방법.
KR1020090046543A 2008-06-11 2009-05-27 항법 고도계 및 방법 KR101138815B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/157,519 2008-06-11
US12/157,519 US7856336B2 (en) 2008-06-11 2008-06-11 Forward-looking altitude detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090129329A true KR20090129329A (ko) 2009-12-16
KR101138815B1 KR101138815B1 (ko) 2012-05-10

Family

ID=41317990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090046543A KR101138815B1 (ko) 2008-06-11 2009-05-27 항법 고도계 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7856336B2 (ko)
KR (1) KR101138815B1 (ko)
CN (1) CN101603825B (ko)
DE (1) DE102009024930B4 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011081467A2 (ko) * 2009-12-30 2011-07-07 (주)마이크로인피니티 차량 항법 시스템

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8566034B1 (en) * 2008-06-11 2013-10-22 Trimble Navigation Limited Inclinometer with calibration
US9157737B2 (en) * 2008-06-11 2015-10-13 Trimble Navigation Limited Altimeter with calibration
US8150651B2 (en) * 2008-06-11 2012-04-03 Trimble Navigation Limited Acceleration compensated inclinometer
US20100324774A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Robert Bosch Gmbh Vehicle occupant safety system and method including a seat-back acceleration sensor
US8467967B2 (en) * 2010-08-25 2013-06-18 Trimble Navigation Limited Smart-phone bracket for car and truck navigation
US8406996B2 (en) * 2010-08-25 2013-03-26 Trimble Navigation Limited Cordless inertial vehicle navigation
JP2013145177A (ja) * 2012-01-13 2013-07-25 Cellstar Kogyo Kk 道路交通情報受信装置
US20130197724A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-01 David Miller Ellis Gust compensated total energy variometers
EP2944922B1 (en) * 2014-05-14 2017-08-16 Volvo Car Corporation Method and system for determining on which floor of a parking area a vehicle is positioned
US10234292B2 (en) 2014-08-08 2019-03-19 Stmicroelefctronics S.R.L. Positioning apparatus and global navigation satellite system, method of detecting satellite signals
CN104316025B (zh) * 2014-10-16 2017-01-11 哈尔滨工程大学 一种基于船体姿态信息估计海浪浪高的系统
FR3043023B1 (fr) * 2015-10-28 2017-12-01 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de localisation d’un vehicule motorise par rapport a un espace confine
DE102015221551A1 (de) * 2015-11-03 2017-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren, Computer-lesbares Medium, System, und Fahrzeug umfassend das System zum Bestimmen einer Position eines Fahrzeugs
CN106895818A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 中国电信股份有限公司 基于传感器识别高度变化的方法、装置和移动终端
KR101809843B1 (ko) 2016-05-31 2017-12-15 현대위아 주식회사 지피에스 실 도로 고도 데이터 보정 방법 및 시스템
CN106829664B (zh) * 2017-01-17 2019-02-15 江苏建筑职业技术学院 基于吊桶运行安全综合防护系统的吊桶运动参数监测方法
CN107289924A (zh) * 2017-05-12 2017-10-24 北京航空航天大学 一种基于位置信息的地图自适应切换方法
DE102017212506A1 (de) * 2017-07-20 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Ermittlung von Höhen-Information für ein Fahrzeug
CN108051839B (zh) * 2017-10-27 2021-11-05 成都天合世纪科技有限责任公司 一种车载三维定位装置及三维定位的方法
CN114910045B (zh) * 2021-12-10 2024-04-19 浙江利尔达客思智能科技有限公司 一种基于六轴获取偏航角的方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2659985A (en) 1947-08-16 1953-11-24 North American Geophysical Co Method of and apparatus for pendulum compensating
US4586138A (en) 1982-07-29 1986-04-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Route profile analysis system and method
US4584646A (en) 1983-06-29 1986-04-22 Harris Corporation System for correlation and recognition of terrain elevation
JPH03165265A (ja) 1989-11-24 1991-07-17 Japan Aviation Electron Ind Ltd 標高差計測装置
JP3165265B2 (ja) 1992-11-05 2001-05-14 三菱アルミニウム株式会社 熱交換器用アルミニウム偏平管の製造方法
US5416712A (en) 1993-05-28 1995-05-16 Trimble Navigation Limited Position and velocity estimation system for adaptive weighting of GPS and dead-reckoning information
JPH0783659A (ja) 1993-09-10 1995-03-28 Mitsubishi Electric Corp 車両用傾斜角度検出装置
DE69824218T2 (de) 1997-03-07 2005-06-23 Pioneer Electronic Corp. Navigationsvorrichtung
DE19748127A1 (de) 1997-10-31 1999-05-06 Bosch Gmbh Robert Navigationseinrichtung für Kraftfahrzeuge
JP4194724B2 (ja) 1999-10-07 2008-12-10 株式会社豊田中央研究所 車両走行状態検出装置
US6531981B1 (en) 2000-05-01 2003-03-11 Skynetix, Llc Global augmentation to global positioning system
US6704650B1 (en) 2000-05-31 2004-03-09 Skynetix, Llc Technique for accurate distance and velocity calculations using the global positioning system (GPS)
US6552681B1 (en) 2000-10-02 2003-04-22 Skynetix, Llc Method for determining vertical and horizontal GPS position using altitude information
ATE303581T1 (de) 2000-12-11 2005-09-15 Luca Ghislanzoni Fahrrad-neigungsmesser mit beschleunigungssensor und raddrehzahl-sensor zur berechnung der fahrbahnneigung, der bergauf erzeugten energie, der höhenlage und der pedaltrittfrequenz
CN1361409A (zh) * 2000-12-23 2002-07-31 林清芳 增强型导航定位之方法及其系统
DE10154341A1 (de) 2001-11-06 2003-05-15 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer geometrischen Fahrzeugneigung eines Kraftfahrzeuges
US6714851B2 (en) 2002-01-07 2004-03-30 Ford Global Technologies, Llc Method for road grade/vehicle pitch estimation
US7239953B2 (en) 2004-10-05 2007-07-03 Vision Works, Llc Absolute acceleration sensor for use within moving vehicles
US7529609B2 (en) 2004-10-05 2009-05-05 Vision Works Ip Corporation Absolute acceleration sensor for use within moving vehicles
JP4873449B2 (ja) 2006-02-14 2012-02-08 ヤマハモーターパワープロダクツ株式会社 路面傾斜角演算装置を備えた車両
JP4321554B2 (ja) 2006-06-23 2009-08-26 トヨタ自動車株式会社 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法
JP4781300B2 (ja) 2007-03-01 2011-09-28 アルパイン株式会社 位置検出装置および位置検出方法
JP4964047B2 (ja) 2007-07-12 2012-06-27 アルパイン株式会社 位置検出装置及び位置検出方法
US8150651B2 (en) 2008-06-11 2012-04-03 Trimble Navigation Limited Acceleration compensated inclinometer
US7650252B2 (en) 2008-06-17 2010-01-19 Caterpillar Trimble Control Technologies, Llc Inclinometer measurement system and method providing correction for movement induced acceleration errors

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011081467A2 (ko) * 2009-12-30 2011-07-07 (주)마이크로인피니티 차량 항법 시스템
WO2011081467A3 (ko) * 2009-12-30 2011-11-10 (주)마이크로인피니티 차량 항법 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009024930B4 (de) 2019-06-27
CN101603825B (zh) 2012-01-11
US7856336B2 (en) 2010-12-21
CN101603825A (zh) 2009-12-16
KR101138815B1 (ko) 2012-05-10
DE102009024930A1 (de) 2009-12-17
US20090312975A1 (en) 2009-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101138815B1 (ko) 항법 고도계 및 방법
US8532899B1 (en) Inclinometer Using Acceleration
US9157737B2 (en) Altimeter with calibration
US8566034B1 (en) Inclinometer with calibration
US7711483B2 (en) Dead reckoning system
US5525998A (en) Odometer assisted GPS navigation method
JP3907170B2 (ja) 物体の位置を追跡するためのナビゲーションシステムおよび方法
US20140372026A1 (en) Method and apparatus for navigation with nonlinear models
WO2014002211A1 (ja) 測位装置
US8406996B2 (en) Cordless inertial vehicle navigation
JPH09504103A (ja) 衛星支援付き位置測定−及びナビゲーション装置
JP2000506604A (ja) 改良された車両ナビゲーションシステム及びその方法
US9683849B2 (en) Vehicle navigation system with adaptive gyroscope bias compensation
CN105910623B (zh) 利用磁强计辅助gnss/mins紧组合系统进行航向校正的方法
JP6248559B2 (ja) 車両用走行軌跡算出装置
KR20110109606A (ko) 차량의 경사각 측정방법 및 그 측정장치
JP3451636B2 (ja) 速度センサ係数算出装置
JP2017049162A (ja) 移動体の走行軌跡計測システム、移動体、及び計測プログラム
Iqbal et al. A review of sensor system schemes for integrated navigation
KR100541485B1 (ko) 차량 항법 유도 시스템 및 이를 이용한 차량 항법 유도방법
KR102350823B1 (ko) 경사도 보상을 이용한 이동거리 측정 방법 및 장치
Groves et al. Vehicle heading determination using only single-antenna GPS and a single Gyro
Phuong et al. A GPS/INS Integration System with New Orientation Measurement Scheme for Land Vehicle Application
Ahmed et al. Performance Evaluation of Low cost INS/GPS System Integration

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190411

Year of fee payment: 8