NL8601952A - Landvoertuignavigatie-inrichting voorzien van een filtereenheid voor het bepalen van een optimale richtingshoek uit aangeboden orientatie signalen, en filtereeheid te gebruiken in die navigatie-inrichting. - Google Patents

Description

S' PHN 11.831 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Landvoertuignavigatie-inrichting voorzien van een filtereenheid voor het bepalen van een optimale richtingshoek uit aangeboden oriëntatie signalen, en filtereenheid te gebruiken in die navigatie-inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een navigatie-inrichting voor een voertuig bevattende een kompas voor het opnemen van de oriëntatie van het voertuig en voorzien voor het vormen van eerste oriëntatie signalen door regelmatige bemonstering van de opgenomen 5 oriëntatie, een meeteenheid voor het bepalen van de veranderingen in de oriëntatie van het voertuig en voorzien voor het vormen van tweede oriëntatie signalen uit regelmatig opgenomen bemonsteringen van genoemde verandering van de oriëntatie, een digitale filtereenheid die voorzien is voor het filteren van ontvangen eerste en tweede 10 oriëntatiesignalen.

Een dergelijke navigatiesysteem is bekend voor een watervoertuig uit het Amerikaanse oktrooischrift nr. 3,630,079. Bij het bekende navigatiesysteem worden de oriëntatiesignalen door middel van de filtereenheid gekombineerd om hieruit de oriëntatie langs de welke 15 het voertuig zich verplaatst met grotere nauwkeurigheid te bepalen. Deze laatstgenoemde oriëntatie wordt dan gebruikt om positiekoördinaten van het voertuig te bepalen. In die bekende navigatie-inrichting wordt een gyrokompas gebruikt voor het bepalen van het eerste oriëntatiesignaal en het tweede oriêntatiesignaal wordt afgeleid uit 20 door middel van doppler-effekt gemeten snelheden. De bekende navigatie-inrichting maakt gebruik van een komputer die monsters van de aangeboden signalen verwerkt, en de aangeboden signalen weegt op basis van hun foutmarges.

Een nadeel van het bekende navigatie-inrichting is dat 25 het weinig geschikt is om te gebruiken in landvoertuigen zoals auto's of vrachtwagens. Immers de kostprijzen van een gyrokompas en van een snelheidsmeeteenheid gebaseerd op het dopplereffekt zijn hoog ten opzichte van die van het landvoertuig.

De uitvinding beoogt een navigatie-inrichting voor 30 landvoertuigen te realiseren die met eenvoudigere en goedkopere middelen funktioneert en bovendien toch een betrouwbare waarde afgeeft voor de oriëntatie.

6601952

V

PHN 11.831 2 £

Een navigatiesysteem volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de filtereenheid in een landvoertuig navigatielnrichting is opgenomen en een eerste laagdoorlaatfilter bevat voor het filteren van door het kompas, welke een elektronisch 5 kompas is, gevormde eerste oriëntatiesignalen, en een hoogdoorlaat filter bevat voor het filteren van de tweede oriëntatiesignalen, welke filtereenheid een regeleenheid bevat die voorzien is voor het genereren van een eerste filter parameter uit de ontvangen oriëntatiesignalen en deze eerste filterparameter als stuursignaal aan de eerste laagdoorlaat 10 filter en het hoogdoorlaat filter ter besturing van derzelver filterkarakteristieken toevoert, welke filtereenheid een uitgangseenheid bevat die door het eerste laagdoorlaat filter en het hoogdoorlaatfilter wordt gevoed om uit de ontvangen gefilterde oriëntatiesignalen een gewogen voertuigoriëntatiesignaal te genereren, die de 15 bewegingsrichting van het voertuig aangeeft. Een elektronisch kompas is veel goedkoper dan een gyrokompas en levert waarden voor het eerste oriëntatiesignaal die geschikt zijn voor gebruik in een landvoertuig. Daar de gemeten oriëntatie gevoelig is voor stoorpieken biedt het eerste laagdoorlaatfilter een oplossing om deze stoorpieken te 20 onderdrukken. Het tweede oriëntatiesignaal is daarentegen gevoelig voor verschuiving van de gelijkstroomcomponent, en die wordt door het hoogdoorlaatfilter onderdrukt. De regeleenheid bepaalt de filterparameter ter besturing van de filterkarakteristiek. Hierdoor wordt dus een navigatie-inrichting gerealiseerd dat met eenvoudige 25 middelen toch een betrouwbare waarde voor de richtingshoek bepaalt.

Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een navigatie-inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de regeleenheid een eerste module bevat die voorzien is voor het genereren van een eerste storingswaarde door de hoog frequent componenten uit het eerste 30 oriëntatiesignaal te bepalen, en welke regeleenheid een tweede module bevat die voorzien is voor het genereren van een tweede storingswaarde door het bepalen van de laag frequent component uit het tweede oriëntatiesignaal, welke regeleenheid een derde module bevat om uit ontvangen eerste en tweede storingswaarde genoemde eerste 35 filterparameter te bepalen. Het genereren van de hoog frequent componenten met het eerste oriëntatiesignaal geeft een goede indicatie voor de aanwezigheid van stoorpieken in het eerste oriëntatiesignaal.

8601952 PHN 11.831 3

Het genereren van de laag frequent componenten uit het tweede oriëntatiesignaal geeft een goede indicatie voor de verschuiving in het gelijkspanningsniveau in dat signaal.

Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een navigatie-5 inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de regeleenheid voorzien is van een: a) eerste rekenmodule, voor het bepalen van de hoog frequent componenten uit het eerste oriëntatiesignaal; b) een eerste verschilbepaler voor het genereren van een eerste 10 verschilsignaal door bepaling van het verschil uit telkens opeenvolgende monsters van genoemde hoog frequent componenten uit het eerste oriëntatiesignaal; c) een tweede verschilbepaler, welke de door het hoogdoorlaat filter gefilterde tweede oriëntatiesignalen ontvangt en voorzien is voor het 15 genereren van een tweede verschilsignaal door bepaling van het verschil uit telkens opeenvolgende monsters van het gefilterde tweede oriëntatiesignaal; d) een tweede rekenmodule voor het bepalen van een eerste storingssignaal op basis van het eerste en het tweede verschilsignaal; 20 e) een derde rekenmodule voor het bepalen van de laag frequent componenten uit de eerste en tweede oriëntatiesignalen en van een tweede storingssignaal op basis daarvan; f) een vierde rekenmodule voor uit ontvangen eerste en tweede storingssignaal genoemde eerste filter-parameter te bepalen. Door 25 gebruik te maken van verschilbepalers is het eerste storingssignaal met een grotere nauwkeurigheid te bepalen, daar de in de fouten verscholen goede informatie zodoende wordt herkend.

Het is gunstig dat de eerste rekenmodule een eerste submodule bevat voor het bepalen van genoemde hoog frequent componenten 30 op basis van het verschil tussen het eerste oriëntatiesignaal en het gefilterde eerste oriëntatiesignaal. Zodoende is het eerste laagdoorlaatfilter eveneens te gebruiken voor het bepalen van de hoog frequent componenten en wordt er een filter gespaard.

Het is gunstig dat de eerste en de tweede verschilbepaler 35 het verschilsignaal telkens bepalen uit het verschil van twee opeenvolgende monsters van ontvangen signalen. De drift op het gelijkspanningsniveau tussen twee opeenvolgende monsters is klein en 8601952 ί* ΡΗΝ 11.831 4 zodoende ook het effect daarvan op het eerste verschilsignaal.

De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van de tekening waarin: figuur 1 een uitvoeringsvoorbeeld laat zien van een 5 gedeelte van een navigatie-inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een uitvoeringsvoorbeeld laat zien van een meer gedetailleerde opbouw van een filtereenheid volgens de uitvinding; figuur 3 een vereenvoudigd stroomdiagram laat zien voor het bepalen van een optimale waarde van de richtingshoek; 10 figuur 4 laat een verder uitvoeringsvoorbeeld zien van een filtereenheid volgens de uitvinding; figuur 5 het gedrag van een gesimuleerde storing laat zien; figuur 6 het gedrag van het eerste storingssignaal zonder 15 gebruik te maken van de verschilbepalers zien; figuur 7 het gedrag van het eerste storingssignaal laat zien met gebruikmaking van de verschilbepalers.

figuur 8 (a en b) laat een stroomdiagram zien voor het bepalen van de waarden <pa E en <PR/E· 20 Figuur 1 laat een uitvoeringsvoorbeeld zien van een gedeelte uit een voertuignavigatie-inrichting voor een voertuig gekonstrueerd voor verplaatsing over wegen te land. De voertuignavigatie-inrichting bevat een filtereenheid 8 die geschikt is voor het bepalen van een gewogen waarde voor de richtingshoek welke de richting 25 (bijvoorbeeld ten opzichte van het noorden) aangeeft langs welke het voertuig zich verplaatst. Aangezien de kenmerkende eigenschappen van een voertuignavigatiesysteem volgens de uitvinding in hoofdzaak gelegen zijn in de filtereenheid 8, zal de beschrijving van de uitvinding in hoofdzaak gericht zijn op de beschrijving van de werking van deze 30 filtereenheid. Een voorbeeld van de werking van een complete voertuignavigatie-inrichting is bijvoorbeeld beschreven in het artikel "EVA-Ortungs- und Navigationssystem für Landfahrzeuge" van E.P. Neukirchner, 0. Pilsak en D. Schlögl en verschenen in Nachrichten Zeitschrift Bd 36 (1983) Heft 4, regels 214-218.

35 De inrichting afgebeeld in figuur 1 bevat een eenheid 1 voor het bepalen van veranderingen in de oriëntatie van het voertuig In dit uitvoeringsvoorbeeld wordt deze verandering 8601952 PHN 11.831 5 * bepaald op basis van oriëntatiegegevens opgenomen door bijvoorbeeld wielsensoren die op een stelsel wielen behorende tot eenzelfde as van het voertuig zijn aangebracht. In het hierboven genoemde artikel wordt beschreven hoe deze veranderingen van de oriëntatie van het voertuig 5 alsook daaruit een oriëntatiesignaal of richtingshoek (®R) door middel van wielsensoren wordt bepaald. De gemeten waarde is echter onnauwkeurig en deze onnauwkeurigheid manifesteert zich als een driftcomponent waartoe ook de elektronika noodzakelijk voor het bepalen van de gemeten waarden een bijdrage levert. Een middel om deze 10 driftcomponent weg te werken is een HoogDoorlaatFilter 15 (HDF). Immers wanneer er drift optreedt, zijn de laag frequentcomponenten onbetrouwbaar. Een HDF filtert deze laag frequentcomponenten uit het signaal. In de filtereenheid afgebeeld in figuur 1 wordt daarom het oriëntatiesignaal of de richtingshoek <pR zoals bepaald door de 15 hoekmeeteenheid 1 aan een HDF 5 aangeboden.

Een andere methode om de oriëntatie van het voertuig te bepalen maakt gebruik van een elektronisch kompas. Een oriëntatie signaal gemeten door het elektronisch kompas zal als een richtingshoek worden aangeduid. De werking van een elektronisch kompas is 20 bijvoorbeeld beschreven in het artikel "Electronic Compass using a fluxgate sensor" van N. Pollock, verschenen in wireless World van oktober 1982, pagina's 49-54. In de navigatie-inrichting van figuur 1 is het element 2 een elektronisch kompas. De door het kompas gemeten analoge waarde van φα wordt door de A/D-omzetter 3 in een digitaal 25 signaal omgezet, welk aan een laagDoorLaat-Filter (LDF) 6 wordt aangeboden. Immers het signaal afkomstig van zo'n elektronisch kompas is behept met stoorpieken, die zich manifesteren als het snel veranderen van het signaal als funktie van de afgelegde weg, en ontstaan ten gevolge van lokale storingen op het gemeten aardmagneetveld, 30 bijvoorbeeld als gevolg van de aanwezigheid langs de weg van stalen bruggen of hekwerken.De stoorpieken manifesteren zich als een hoog frequentcomponent, die door middel van een laagdoorlaatfilter weg zijn te filteren.

De filtereenheid 8 afgebeeld in figuur 1 bevat verder 35 een regeleenheid 4 aan welke zowel de richtingshoeken φκ als de ΦΑ worden aangeboden. Uit deze richtingshoeken bepaalt de regeleenheid een filterparameter (L1) die een maat geeft voor de betrouwbaarheid van 8601952 •d PHN 11.831 6 deze beide signalen ipR en ipA. Fouten in ipR ontstaan uit storingen die optreden ten gevolge van bijvoorbeeld ongelijke bandendruk en/of slijtage alsook van eventueel optredende slip, terwijl de fout in ipA in hoofdzaak wordt bepaald door de aanwezigheid van stoorpieken en de 5 nauwkeurigheid van het elektronisch kompas. De regeleenheid zal verderop nader worden beschreven. De door de regeleenheid 4 bepaalde filterparameter L1 wordt aan de HDF 5 en de LDF 6 aangeboden. Een uitgang van de HDF respektievelijk de LDF is verbonden met een eerste respektievelijk een tweede ingang van een opteleenheid 7, alwaar de 10 uitgangssignalen van de HDF en de LDF bij elkaar worden opgeteld en het resultaat, een gewogen waarde voor de richtingshoek <popt aan een ingang van een gegist-bestek-dataverwerkingssysteem 9 wordt afgegeven. Dat dataverwerkingssysteem ontvangt verder de gemeten snelheid v, de afgelegde weg s, en de richtingshoekgegevens, en bepaalt uit deze 15 ontvangen datacoördinaten (x, y, z) die de positie van het voertuig aangeven.

Figuur 2 laat een meer gedetailleerde opbouw zien van een filtereenheid te gebruiken in een voertuignavigatiesysteem volgens de uitvinding. Overeenkomstige elementen aan die uit figuur 1 hebben 20 dezelfde verwijzingscijfers, zo is 5 een HDF, 6 een LDF en 7 een opteleenheid. De filtereenheid bevat verder een eerste rekeneenheid 10 waarvan aan een eerste ingang de richtingshoek wordt aangeboden, en waarvan een tweede ingang verbonden is met een uitgang van het LDF. Een uitgang van de eerste rekeneenheid 10 is verbonden met een ingang van 25 een kwaörateermodule 11. Een uitgang van de kwadrateermodule 11 is verbonden met een ingang van een tweede LDF waarvan een uitgang met een vierkantswortelmodule 13 is verbonden. Het door de vierkantswortelmodule bepaalde signaal wordt aan een eerste ingang van een tweede rekeneenheid 14 aangeboden.

30 De richtingshoek <f>R wordt aan een ingang van een derde LDF 15 aangeboden, waarvan een uitgang met een tweede ingang van de tweede rekeneenheid 14 verbonden is. Een uitgang van de tweede rekeneenheid 14 is verbonden met een stuuringang van de LDF 6 en een stuuringang van de HDF 5.

35 De signalen voor de richtingshoeken ipR en φΑ worden bemonsterd. Tussen twee opeenvolgende bemonsteringen heeft het voertuig een voorafbepaalde vaste afstand δη = sR - sn_^ (1) afgelegd £601952 PHN 11.831 7 ft (né foj). Het is echter ook mogelijk om op vaste tijdstippen te bemonsteren (t„ = nï_) (2), waarbij ï_ een tijdconstante is.

Aangezien bemonsterd wordt, worden alleen diskrete waarden sn, φα n en φ|^η bepaald voor de afstanden respektievelijk 5 de richtingshoeken. φ^η en φΚίΛ zijn de richtingshoeken, zoals bemonsterd na het afleggen van een afstand ηδπ of op een tijdstip tn = nig. Deze waarden zijn geldig in het s-domein. Onder s-domein wordt verstaan een referentie stelsel waarbij de abscis een afstandswaarde, bijvoorbeeld in meters, voorstelt en de ordinaat een 10 hoekwaarde, bijvoorbeeld in radialen. Voor het verwerken van deze waarden is het noodzakelijk een transformatie van het s-domein naar het Z-domein uit te voeren.

De Z-getransformeerde voor deze funktie f is dan gegeven door 15 a 2(fn) = F fn z'n (3). n=0

Nadere informatie over Z-transformaties zijn 20 bijvoorbeeld gegeven in het boek "Control System Theory" van 0.1.

Elgerd; Mac Graw Hill Book Company, New York 1967 pagina 384, paragraaf 9.4.4.

In het Z-domein wordt nu gedefinieerd; ®A = ^(ΦΑ,η1 25 $R - £<*R,n>

Gedefinieerd in het Z-domein luidt de overdrachtsfunktie van: a) een DDF 30 1 - (4) 1+^ (7.-1! n 8601952 PHN 11.831 8

b) een HDF

k ,z-1) - (5) 5 1+^<z-1) un

Voor de filterinrichting zoals weergegeven in figuur 2, heeft δη de betekenis zoals gegeven in uitdrukking (1), en de waarde bedraagt bijvoorbeeld 5n=5m. Voor het eerste LDF (6) en voor het HDF 10 is I<a=L··] een filterparameter. Een beginwaarde voor deze filter-parameter is bijvoorbeeld, L.|=50m, de afstand afgelegd tussen twee opeenvolgende korrekties in het gegist bestekdataverwerkingssysteem.

Voor het tweede LDF (12) is bijvoorbeeld La=L2=500m, een waarde gekozen afhankelijk van de magnetische eigenschappen van de 15 omgeving. Voor het derde LDF (15) is bijvoorbeeld La=L3=100m, een waarde afgeleid uit de mate van storing ten gevolge van wieldrift.

Wanneer nu op een plaats ηδη, φΑ n wordt bemonsterd, dan wordt aan een eerste ingang van de eerste rekeneenheid 10 de waarde <j>A aangeboden. Aan een tweede ingang van de eerste rekeneenheid wordt 20 de gefilterde waarde van φΑ zoals bepaald door het eerste LDF, aangeboden. De eerste rekeneenheid bepaalt het verschil tussen de waarde aan de ingangen aangeboden. Dit verschil geeft nu de hoogfrequent componenten van het oriëntatiesignaal <pA. Immers wanneer het signaal if>A de laagfrequent componenten (aan de uitgang van LDF 6) worden 25 afgetrokken, verkrijgt men de hoogfrequent componenten.

In het Z-domein uitgedrukt levert dit: 4,1.,1, =4-¾ t-1 («) 30 n

Daar nu echter een LDF wordt gebruikt, is het signaal aangeboden aan de 8601952 PHN 11.831 9 uitgang van DDF 6 in feite gelijk aan de gemiddelde waarde (ΦΑ) van φΑ. In de uitdrukking (6) staat dus het verschil tussen een gemeten waarde en de gemiddelde waarde. Dit verschil wordt gebruikt voor het bepalen van de middelbare fout S, die bepaald wordt 5 door

N

s24 £<®a-%>2 <’> i=1 10 waarin N het aantal meetpunten representeert. In de filter inrichting volgens de uitvinding wordt nu de middelbare fout gebruikt voor het bepalen van de gewichtsfaktor waarmede de gemeten richtingshoek ΦΑ dient te worden gewogen. Deze middelbare fout geeft immers een 15 effektieve waarde (R.M.S.) van de storing op het gemeten signaal.

Voor het bepalen van de middelbare fout is het noodzakelijk zoals blijkt uit uitdrukking (7) het kwadraat van (ΦΑ- ΦΑ) te bepalen. Hiertoe wordt de kwadrateermodule 11 gebruikt. Door de eerste rekeneenheid 10 werd de volgende operatie in 20 het Z-domein beschouwd uitgevoerd.

$L,H,L1 = 3k " 3k £ 3 25 & H L ·11+ 51 (z-1)> = II (5l (z-1>) 30 Ü,H,L, & + Z_1) - I 1ζ-1> (8)

Nu geldt er:

Ti {fv+1} = 2 /?{fv} “ 2 f0 (9)

Toepassing van uitdrukking (9) in uitdrukking (8) levert nu: 35 £(Φη+1) = - 2 %

Daar nu φ0 = 0 (beginstand)r is z <w * ζ1(ν 8601952 ΡΗΝ 11.831 10 Η

Uitdrukking (8) wordt dus, na terugtransformeren «Ά,Η,Ι,,,Ιη)^ + η,Η,Ι,.ίη+Ι) - Φα,η,Ι,,, (n) = 5 φΑ,η+1 ' φΑ,η waarbij ψΑ H ^ het signaal aan de uitgang van het filter voorstelt 10 %HfL1f(n+1) " η,Β,ι,.ι»)11 '£f + (10)

Het kwadrateren van deze uitdrukking voor tpn+1 wordt nu door de kwadrateereenheid 11 uitgevoerd: 15 qn+1 = ^A,H,L1, (n+1) ^ qn+1 * [<Ρη Π - ^ + φΑ,η+1 '^n^

Daar nu de middelbare fout gegeven is door 20

N

S2 = ^ l (ΦΑ - ΦΑ)2 (7) i=1 kan deze worden bepaald uit het gemiddelde van het kwadraat, dat wil 25 zeggen S2 = (ΦΑ - ΦΑ)2 9

Om S te bepalen, wordt gebruik gemaakt van het tweede LDF (12), want immers een LDF bepaalt het gemiddelde van het aan zijn ingang aangeboden 30 signaal. Door LDF 12 wordt nu, beschouwd in het Z-domein, de volgende operatie uitgevoerd: 8601952 PHN 11.831 11 Η ((δη) + (ζ-1)) = Q δ ίγ2 γ2

Na inverse Z-transformatie 5 hn 3» + hn+1 ” hn = qn δη % ^ ^n+1 ~ kn.(1 " + qn ®n ^3^ 10 4 ζ

Het signaal hn+1 aangeboden aan de uitgang van de tweede LDF (12) wordt aangeboden aan de vierkantswortelmodule 13. Het signaal aan een uitgang van de vierkantswortelmodule is: 15 ^n+1

Deze waarde kn+i geeft dan de effektieve waarde van de storing op de gemeten richtingshoek φΑ en vormt een eerste storingswaarde.

20 Het bepalen van de mate waarin de driftcomponent invloed heeft op de nauwkeurigheid van de richtingshoek giR gebeurt door tpR aan de ingang van een LDF aan te bieden. Immers wanneer de driftcomponent groot is, dan zullen de lage frequentiewaarden belangrijk zijn en zal aan de uitgang van het LDF een grote waarde worden 25 afgegeven. Hoe groter de absolute waarde aan de uitgang van het LDF, des te onbetrouwbaarder is het signaal tpR. Om de hiervoor genoemde reden wordt in een filtereenheid volgens de uitvinding het signaal <pR aan LDF 15 aangeboden, welke LDF ten einde de tweede storingswaarde te bepalen de volgende operatie beschouwd in het Z-domein uitvoert.

30 il,L,L3 = Ir f ) 1+ *3 (2-1) it,LrL3 (δη + Z - 1) = ^ ^3 3 35 8601952 PHN 11.831 12

Na inverse Z-transformatie (n)Lj + Wr'l'l3' (n+D *^R,L,L3,n 5 *R,n ^ l3 ^,Ι^3ι(η+1) = 10 *R,L,L3,(n) (1 ~ + Li φΙΙ,η (15)

De tweede rekeneenheid 14 bepaalt nu het signaal: L1 = L0 + 0!kn+1 + fl®RfL,L3l (n+1) (16) 15 Hierin zijn Lq een konstante (bijvoorbeeld I.Q=50m) en α en 6 gewichts-faktoren bepaald door de kwaliteit van de sensoren waarmede ΦΑ respektief ipR zijn opgenomen. Aangezien een grote waarde aan de uitgang van LDF 15 een grote onnauwkeurigheid betekent, wordt voor β een negatieve waarde gekozen. De waarde L1 bepaald door de tweede 20 rekeneenheid wordt dan toegevoerd aan LDF 6 en HDF 5. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid om de gewichtsfaktor voor LDF 6 en HDF 5 te variëren. De signalen aan de uitgang van LDF 6 en HDF 5 zijn dus gewogen signalen, en ze worden door opteller 7 opgeteld en zodoende vormen ze een aan de uitgang van opteller 7 een signaal tpopt die een 25 optimale waarde geeft voor de oriëntatie van het voertuig. De filtereenheid biedt dus de mogelijkheid om uit twee met onnauwkeurigheid behepte signalen een optimaal signaal te bepalen, waarbij afhankelijk van de betrouwbaarheid, gewichtsfaktoren worden bepaald. Ten einde het betrouwbaarste signaal zwaarder te laten wegen.

30 Door opteller 7 wordt de volgende bewerking beschouwd in het Z-domein uitgevoerd: n 35 5opt = :-+ - 1 + ίΐ1(Ζ“1) 1 + ïl(z-1) δη δη 8601952 PHN 11.831 13 5opt(i + itu-u =ij + hR(z-i) 5n 6n 5 ïopt ώ + z-1)= h. ^ + Ru-u

Na inverse Z-transformatie; 10 optjn^fcy·1^ + opt,n+l " R,n+-“ A,n 1- waarbij Δψ^ = <PRfn+1 - opt,n+l ~ optjn^V1^ + R,n + ~ A,n 17 15 L1 L1

De waarde van (pQpt wordt nu bijvoorbeeld in het voertuignavigatie-systeem gebruikt voor het genereren van de voertuigpositiekoördinaten xn+1 = xn + 5nco4 < «opt,n+1 + Φορζ,ρ* 20 Yr>+1 = Yn + VinZ ( fopt.n+l + t0pt,n)

De filtereenheid afgebeeld in figuur 2 maakt gebruik van diskrete komponenten. Een alternatieve implementatie van een filtereenheid volgens de uitvinding maakt gebruik van een dataprocessor-eenheid, bijvoorbeeld een mikroprocessor, voor het bepalen van ® 25 Figuur 3 laat een vereenvoudigd stroomdiagram zien van de verschillende stappen welke onder besturing van de dataprocessoreenheid worden uitgevoerd voor het bepalen van de waarde van 5>opt.

Na het starten (30), bijvoorbeeld door het starten van het navigatiesysteem, worden telkens monsters van (pAjn, Φ£ίΠ en sn' 30 gemeten na het afleggen van een afstand ηδη, opgehaald en in een eerste register opgeslagen (31). Uit de waarde van Sn+i en SQ, welke beide in het eerste register opgeslagen zijn (Sn opgeslagen tijdens een voorafgaand doorlopen van de routine, of Sn=0 in de begintoestand) wordt 35 5nsSn+-j~Sn bepaald (32).

Bij stappen 33 tot en met 39 worden de hieronder gegeven waarden bepaald en telkens in een respektievelijk register opgeslagen: 8601952 PHN 11.831 14 stap 33 : Φ^,Η,Ιί , (n+1) (uitdrukking 10) stap 34 : ®RfL(L3i(n+1) (uitdrukking 15) stap 35 : qn+i (uitdrukking 11) stap 36 : hR+^ (uitdrukking 13) 5 stap 37 : kn+.j (uitdrukking 14) stap 38 : (uitdrukking 16) stap 39 : <pQpt (uitdrukking 17).

De waarde van ipopt wordt dan aan een data-uitgang van de dataproces-soreenheid aangeboden. Daarna wordt een teller met één stap 10 verhoogd, en telkens wordt de overbodige data uit de register geveegd, (40) ten einde de routine vanaf stap 31 opnieuw te doorlopen voor een volgende bemonstering.

Bij de filtereenheid zoals afgebeeld in figuur 2 wordt de gewichtsfaktor L·^ bepaald op basis van de richtingshoeken φΑ en 15 <pR door gebruik te maken van LDF 6 in combinatie met rekeneenheid 10, alsook door gebruik te maken van LDF 12 en LDF 15. De hoog frequent componenten voor de richtingshoek φΑ zoals bepaald door LDF 6 in combinatie met rekeneenheid 10 bevatten behalve storing tevens goede hoog frequent componenten. Het laagdoorlaatfilter 12 zal nu echter deze 20 goede hoog frequent componenten als storing interpreteren waardoor de waarde van de gewichtsfaktor L^ wordt vervormd. Deze vervorming kan ongedaan worden gemaakt door de gewichtsfaktor L^ te bepalen op basis van toe- of afname in de opeenvolgende bemonsteringswaarden voor de richtingshoeken tpft en ipR.

25 Figuur 4 laat een uitvoeringsvoorbeeld zien van een filtereenheid waarin de waarde van de gewichtsfaktor L^ wordt bepaald op basis van de toe- of afnames in de opeenvolgende bemonsteringswaarden voor de richtingshoeken tpA en φβ. Overeenkomstige elementen aan diegene afgebeeld in figuur 2 dragen in figuur 4 hetzelfde 30 verwijzingscijfer. In de filtereenheid afgebeeld in figuur 4 is de uitgang van de eerste rekenmodule 10 verbonden met een ingang van een eerste verschilbepaler 23., wiens uitgang met een eerste ingang van een derde rekeneenheid 20 verbonden is. Een uitgang van het hoogdoorlaatfilter 5 is verbonden met een ingang van een tweede 35 verschilbepaler 24, wiens uitgang met een tweede ingang van de derde rekeneenheid 20 verbonden is. Een uitgang van de derde rekeneenheid is verbonden met een ingang van de kwadrateermodule 11.

8601952 PHN 11.831 15

De eerste en tweede verschilbepaler (23; 24) zijn voorzien om het verschil tussen twee opeenvolgende aangeboden bemonsteringen (Pn, Pn+-j; Pn+-| - Pn) te bepalen. Hiertoe zijn de verschilbepalers bijvoorbeeld voorzien van een schuifregister (16; 17) 5 en een daarmee verbonden aftrekkingseenheid (19; 21). De schuifregisters bevatten elk een eerste (R^) en een tweede (R2) deelregister.

Wanneer nu een monster Pn+1 aan het schuifregister wordt aangeboden, dan wordt de in het deelregister opgeslagen waarde Pn naar R2 geschoven en in R^ wordt de waarde Pn+i opgeslagen. Na deze operatie 10 worden de waarden PR+1 en Pn aan de respektievelijke ingangen van de aftrekkingseenheid aangeboden ten einde de waarde pn+1 ” pn te bepalen.

De bemonsterde signalen voor de richtingshoek j, worden, nadat ze door het HDF 5 zijn gepasseerd aan de tweede 15 verschilbepaler 24 aangeboden. Deze tweede verschilbepaler bepaalt een tweede verschilsignaal door uitvoering van de volgende operatie: *X,H,L1f(n+1) ” ®R,H,L1f(n) “ A®R,H.fLt 18 20 ^R,H,Ln = ^R,H,L.j(n) + %,n+1 ~ %,n 19

Door het verschil te bepalen tussen opeenvolgende bemonsteringen wordt de storing, geïntroduceerd door de wieldrift (immers ipR werd bepaald door middel van wielsensoren) nagenoeg geëlimineerd. De storing 25 geïntroduceerd door de wieldrift uit zich namelijk in een verschuiving van het gelijkspanningsniveau van de gemeten waarden. Door nu opeenvolgende bemonsteringswaarden van elkaar af te trekken wordt deze verschuiving in het gelijkspanningsniveau geëlimineerd. Bij voorkeur worden direct opeenvolgende bemonsteringswaarden van elkaar 30 afgetrokken. Immers wanneer de opeenvolgende bemonsteringen snel op elkaar volgen, (δη = 5 m) dan is de verandering in het gelijkspanningsniveau tussen deze twee opeenvolgende bemonsteringen minimaal. Hiertoe zijn voor het register 17 dan ook slechts twee deelregisters noodzakelijk. Het zal echter duidelijk zijn dat ook 35 alternatieve oplossingen zoals bijvoorbeeld ®R,H,L·,, (n+2) - *r,h,1,,00 “gelijk zi3». deze leveren geen verbetering, integendeel.

860 1 9 i· i.

PHN 11.831 16

Aangezien nu voor de richtingshoek <pR gebruik gemaakt wordt van het tweede verschilsignaal Δφβ zoals bepaald met de tweede verschilbepaler 24, is het eveneens noodzakelijk, ten einde een zinvolle waarde voor de filterparameter te bepalen, om voor de 5 richtingshoek φα een eerste verschilsignaal A«pAfHfIi te bepalen.

Hiertoe bevat de filtereenheid een eerste verschilbepaler 23, welke de volgende operatie uitvoert op de bemonsterde signalen voor de richtingshoek φα R ^ 10 <i>A,H,L1, (n+1) -φΑ,Η,Ι·1,(η) = ΔφΑ,Η,Ι1 20 substitutie van (10) in (20) levert: A(pA,H,L1 = "èf vArHrL1, (η) + φΑ,η + ΓφΑ,η 21 15

De verschilsignalen Δφα η en A®RfHfI( worden aan de derde rekeneenheid 20 aangeboden, welke hierop de volgende operatie uitvoert, ten einde een eerste storingssignaal φα E te bepalen.

20 ΦΑ,Ε = ΔφΑ,H,L1 “ Δ%,Η,Ε1 22 substitutie van 21 en 19 in 22 levert: δη 25 φΑ,Ε = ΙΓ|'ίφΑΙΗ,Ι.1 f (n) ' ®R,H,L1f(n)ï + (φΑ,η+1 " ®R,n+1* + (tpR,n ~ ^,η5 23

Het eerste storingssignaal φΑ E geeft nu informatie over de storing 30 welke op de gemeten waarde van φΑ aanwezig is. Immers het HDF 5 en de tweede verschilbepaler 24 hebben de storingen uit de gemeten waarden voor de richtingshoek verwijderd zodat Δφβ R L als nagenoeg storingsvrij kan worden beschouwd, is dus een betrouwbare waarde. In de veronderstelling dat Δφα R L eveneens nagenoeg 35 storingsvrij zou zijn, dan moet de waarde φΑ E nagenoeg gelijk aan nul zijn, want φα en φβ stellen natuurlijk dezelfde richtingshoek voor.

De afwijking tussen φα en φε wordt gegeven door de hoeveelheid 8601952 PHN 11.831 17 storing op die monsters. Aangezien nu A<pRjR ^ als betrouwbaar is verondersteld, geeft de hoeveelheid die φΑ E van nul afwijkt, een graad voor de fout op de gemeten waarde voor φΑ.

Het detecteren van de wielsensoren drift aanwezig op de 5 aangeboden monsters voor de richtingshoek $R, geschiedt door gebruik te maken van de LDF's 15 en 18 en van de rekeneenheid 22. De richtingshoek φΑ bevat geen laag frequent storingscomponent ten gevolge van drift, wanneer gebruik gemaakt wordt van een regressie-cirkel om deze drift component in <pA te elimineren. Het gebruik van 10 een regressie-cirkel is bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse

octrooischrift no. 4,414,753. Door gebruik te maken van zorn regressie-cirkel bevatten de laag frequent componenten van de richtingshoek ipA betrouwbare informatie. Een storing in de richtingshoek $R kan nu worden gedetecteerd door de laag frequent componenten van <pR en φΑ 15 te vergelijken. Hiervoor is het vierde laagdoorlaatfilter 18 in de filtereenheid opgenomen. Aan een ingang van dit vierde DDF wordt de gemeten bemonsteringswaarde van de richtingshoek <pA aangeboden. Dit vierde LDF opereert met dezelfde filterparameter als het derde LDF

15. De uitgangen van het derde respektievelijk het vierde DDF zijn met 20 respektievelijke ingangen van een vierde rekeneenheid 22 verbonden, wiens uitgang met een ingang van de tweede rekeneenheid 14 is verbonden. Dat DDF 15 en LDF 18 met dezelfde filterparameter L-j opereren is noodzakelijk in verband met het feit dat de monsters van zowel φα als ipR met eenzelfde filterparameter dienen te worden 25 gefilterd voor het bepalen van het verschil tussen beide gefilterde bemonsteringen door de vierde rekeneenheid 22. De rekeneenheid 22 voert beschouwd in het Z-domein de volgende operatie uit, ten einde een tweede storingssignaal te bepalen.

30 1 *K,E = - ΙΛ][-] 24 ®R,E = (1"^)(5lR,t,l3,n “ «Α,Ε,Ι,,η1 + 25 - ®A,n> 35 8601952 PHN 11.831 18

Om de werking van een filtereenheid volgens figuur 4 te illustreren, en met name het voordeel van het gebruik maken van de verschilbepalers 23 en 24 duidelijk te maken is een storing op de richtingshoek φα gesimuleerd. Het gedrag van deze storing is afgebeeld 5 in figuur 5. Langs de Y-as is de grootte (in radialen) van de richtingshoek afgebeeld en langs de X-as de afgelegde weg.

Figuur 6 laat een grafiek zien waarin langs de X-as opnieuw de afgelegde weg is weergegeven en langs de Y-as de waarde f ΦΑ,Ε= ΦΑ,H,Li " %,HtL1· 10 Deze waarde ipAjE is verkregen zonder gebruik te maken van de verschilbepalers 23 en 24. Deze grafiek laat duidelijk zien dat de storing aangebracht op tpA, voornamelijk voor kleine waarden van x, dus in het beginstadium, nog onvoldoende door de filtereenheid wordt herkend.

15 Dit is namelijk te herkennen aan het onregelmatige patroon van de grafiek voornamelijk in het beginstadium. Immers in dat beginstadium is de waarde van de filterparameter nog te onnauwkeurig waardoor de instelling van de filters 5 en 6 nog onvoldoende nauwkeurig is en zodoende φβ H L en Φ& h L no? 20 storingsbijdragen bevat die worden meegenomen bij de bepaling van φ'α,Ε.

Figuur 7 laat een grafiek zien waarin nu langs de Y-as de waarden φα E is afgebeeld. Deze waarden voor φα E is nu verkregen door gebruik te maken van de verschilbepalers 23 en 24. Oit deze grafiek 25 komt nu duidelijk naar voren dat de storing op φα herkend is alsmede de wieldriftbijdrage is weggefilterd, zelfs in het beginstadium wanneer de filterparameter nog onvoldoende nauwkeurig bekend is. Deze grafiek laat dus duidelijk het voordeel zien van het gebruik van de verschilbepalers.

30 De waarden voor φα E en E zijn eveneens te bepalen door gebruik te maken van een daartoe bestemd programma dat door middel van een dataprocessor eenheid kan worden afgehandeld. Figuur 8 (a + b) laat een voorbeeld zien van een stroomdiagram voor een programma waarmee de waarden φα e en φβ e te bepalen zijn. Dat programma bevat twee 35 subroutines, een eerste (Fig. 8a) voor het bepalen van φΑ£ welke is in te voegen tussen de stappen 34 en 35 van het programma afgebeeld in figuur 3, en een tweede (Fig. 8b) voor het bepalen van φε E welke is 8601952 PHN 11.831 19 in te voegen tussen de stappen 37 en 38 van het programma afgebeeld in figuur 3. Bij de verschillende stappen van deze subroutines worden de volgende handelingen uitgevoerd: 5 A] Figuur 8a: 50 M1 -> M2 f&.H.L, -> «1

De nieuwe waarde bepaald voor 10 ®A,HfLi ^stap 33) wordt in een register M1 opgeslagen nadat de aldaar aanwezige waarde in een register M2 werd overgedragen.

15 51 M1 - M2 -> M3

Het verschil tussen de waarden opgeslagen in de registers en M2 wordt bepaald en opgeslagen in een register M3 (uitdrukking 21).

20 52 M4 -> M5 ®R,HrL1 _> M4

De nieuwe waarde bepaald voor (stap 34) wordt in een register M4 25 opgeslagen nadat de aldaar aanwezige waarde in een register Mg werd overgedragen.

53 M4 - M5 -> M6 30 Het verschil tussen de waarden opgeslagen in de registers M4 en Mg wordt bepaald en opgeslagen in een register Mg (uitdrukking 19).

35 54 M3 - M6 -> M7

Het verschil tussen de waarden opgeslagen in de registers M3 en Mg wordt bepaald 8601952 PHN 11.831 20 en opgeslagen in een register M7 (uitdrukking 23).

In het register M7 is nu de waarde φαε opgeslagen.

5 B] Figuur 8b 60 ®AfLfL3 _> M8

De waarden ΦΑ ^ L worden bepaald. Dit zijn de laagfreguent 10 componenten van de monsters voor de richtingshoek φα (filterparameter L3; LDF 18). De opeenvolgende waarden φα>Ιι ^ worden telkens in een register Mg opgeslagen.

61 φβ;Ε 15 Uitdrukking 25 wordt berekend op basis van de waarden opgeslagen in Mg en de waarden bepaald bij stap 38.

8601952

Claims (12)

1. Navigatie-inrichting voor een voertuig bevattende een kompas voor het opnemen van de oriëntatie van het voertuig en voorzien voor het vormen van eerste oriëntatie signalen door regelmatige 5 bemonstering van de opgenomen oriëntatie, een meeteenheid voor het bepalen van de veranderingen in de oriëntatie van het voertuig en voorzien voor het vormen van tweede oriëntatie signalen uit regelmatig opgenomen bemonsteringen van genoemde verandering van de oriëntatie, een digitale filtereenheid die voorzien is voor het filteren van 10 ontvangen eerste en tweede oriëntatiesignalen, met het kenmerk, dat de filtereenheid in een landvoertuig navigatielnrichting is opgenomen en een eerste laagdoorlaatfilter bevat voor het filteren van door het kompas, welke een elektronisch kompas is, gevormde eerste oriëntatiesignalen, en een hoogdoorlaat filter bevat voor het filteren 15 van de tweede oriëntatiesignalen, welke filtereenheid een regeleenheid bevat die voorzien is voor het genereren van een eerste filter parameter uit de ontvangen oriëntatiesignalen en deze eerste filterparameter als stuursignaal aan de eerste laagdoorlaat filter en het hoogdoorlaat filter ter besturing van derzelver filterkarakteristieken toevoert, 20 welke filtereenheid een uitgangseenheid bevat die door het eerste laagdoorlaat filter en het hoogdoorlaatfilter wordt gevoed om uit de ontvangen gefilterde oriëntatiesignalen een gewogen voertuigoriêntatiesignaal te genereren, die de bewegingsrichting van het voertuig aangeeft.

2. Navigatie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de regeleenheid een eerste module bevat die voorzien is voor het genereren van een eerste storingswaarde door de hoog frequent componenten uit het eerste oriëntatiesignaal te bepalen, en welke regeleenheid een tweede module bevat die voorzien is voor het genereren 30 van een tweede storingswaarde door het bepalen van de laag frequent componenten uit het tweede oriëntatiesignaal, welke regeleenheid een derde module bevat om uit ontvangen eerste en tweede storingswaarde 8601952 PHN 11.831 22 genoemde eerste filterparameter te bepalen.

3. Navigatie-inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste module voorzien is om de hoog frequent componenten uit het eerste oriëntatiesignaal te bepalen op basis van 5 het verschil tussen het eerste oriëntatiesignaal en het door het eerste laagdoorlaatfilter gefilterde eerste oriëntatiesignaal, en welke derde module van een eerste deelmodule is voorzien voor het kwadrateren van de eerste storingswaarde, een tweede laagdoorlaatfilter bevat voor het filteren van de gekwadrateerde eerste storingswaarde, 10 waarbij de filterkarakteristiek van het tweede laagdoorlaatfilter door een tweede filterparameter bestuurbaar is, welke derde module verder een vierkantswortelmodule voor het bepalen van de vierkantswortel van de door het tweede laagdoorlaatfilter gefilterd eerste storingswaarde, welke derde module tevens een opteleenheid bevat voor het bepalen van de 15 eerste filter parameter door optelling met een voorafbepaalde gewichtsfactor van de waarden aangeboden door de vierkantswortelmodule en de tweede storingswaarde.

4. Navigatie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de regeleenheid voorzien is van een: 20 a) eerste rekenmodule, voor het bepalen van de hoog frequent componenten uit het eerste oriëntatiesignaal; b) een eerste verschilbepaler voor het genereren van een eerste verschilsignaal door bepaling van het verschil uit telkens opeenvolgende monsters van genoemde hoog frequent componenten uit het eerste 2. oriëntatiesignaal; c) een tweede verschilbepaler, welke de door het hoogdoorlaat filter gefilterde tweede oriëntatiesignalen ontvangt en voorzien is voor het genereren van een tweede verschilsignaal door bepaling van het verschil uit telkens opeenvolgende monsters van het gefilterde tweede 30 oriëntatiesignaal; d) een tweede rekenmodule voor het bepalen van een eerste storingssignaal op basis van het eerste en het tweede verschilsignaal; e) een derde rekenmodule voor het bepalen van de laag frequent componenten uit de eerste en tweede oriëntatiesignalen en van een 35 tweede storingssignaal op basis daarvan; f) een vierde rekenmodule voor uit ontvangen eerste en tweede storingssignaal genoemde eerste filter-parameter te bepalen. 8601952 PHN 11.831 23

5. Navigatie-inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de vierde rekenmodule een kwadrateermodule bevat voor het kwadrateren van het eerste storingssignaal, een tweede laagdoorlaat filter bevat voor het filteren van het gekwadrateerde eerste 5 storingssignaal, waarbij de filterkarakteristiek van het tweede laagdoorlaat filter door een tweede filterparameter bestuurbaar is, welke vierde rekenmodule een vierkantswortelmodule voor het bepalen van de vierkantswortel van het door het tweede laagdoorlaatfilter gefilterde eerste storingssignaal, welke vierde rekenmodule een opteleenheid bevat 10 voor het bepalen van de eerste filterparameter door optelling van gewogen waarden aangeboden door de vierkantswortelmodule en het tweede storingssignaal.

6. Navigatie-inrichting volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de eerste rekenmodule een eerste submodule bevat voor het 15 bepalen van genoemde hoog frequent componenten op basis van het verschil tussen het eerste oriëntatiesignaal en het gefilterde eerste oriëntatiesignaal.

7. Navigatie-inrichting volgens één der conclusies 4, 5, of 6, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede verschilbepaler het 20 verschilsignaal telkens bepalen uit het verschil van twee opeenvolgende monsters van ontvangen signalen.

8. Navigatie-inrichting volgens één der conclusies 4, 5, 6 of 7 met het kenmerk, dat de tweede rekenmodule het eerste storingssignaal bepaalt door aftekking van het eerste en tweede 25 verschilsignaal.

9. Navigatie-inrichting volgens één der conclusies 4, 5, 6, 7 of 8, met het kenmerk, dat de derde rekenmodule van een derde en een vierde laagdoorlaat filter is voorzien voor het bepalen van de laag frequent componenten uit de eerste en tweede oriëntatiesignalen, 30 waarbij de filterkarakteristiek van het derde en vierde laagdoorlaat filter door een derde filterparameter bestuurbaar is.

10. Navigatie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bemonstering voor het eerste en tweede oriëntatiesignaal geschieden telkens wanneer het voertuig een 35 vooraf bepaalde afstand heeft afgelegd.

11. Filtereenheid te gebruiken in een navigatie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de 8601952 PHN 11.831 24 filtereenheid een eerste laagdoorlaatfilter bevat voor het filteren van door het kompas gevormde eerste oriëntatiesignalen en een hoogdoorlaatfilter bevat voor het filteren van de tweede oriëntatiesignalen, welke eerste laagdoorlaat filter en welk 5 hoogdoorlaatfilter door eenzelfde eerste filterparameter, bepaald door de regeleenheid, bestuurbaar zijn.

12. Landvoertuig voorzien van een navigatie-inrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat het landvoertuig het elektronisch kompas, de meeteenheid en de filtereenheid 10 bevat. 8601952