SE1050836A1 - Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätningsorgan - Google Patents

Abstract

Forfarande for att driftkompensera ett positionsmatnings- organ monterat på en farkost (l) som 'under drift utsatts åtminstone for rotationsrorelser som ar centrerade kring ett jamviktslage som farkosten (l) antar under operativ drift, vilka rotationsrorelser utfors kring en eller flera axlar (X,Z) som i jamviktslaget ar horisontella, samt for vertikalatranslationsrorelser, vilken farkost (l) vidare innefattaråtminstone ett gyro (50) for matning av vridning av farkosten (l) kring en axel (X,Y,Z) och en treaxlig accelerometer (20) for matning znr farkostens (l) acceleration langs med tre riktningar (X,Y,Z) som tillsammans spanner upp det tredimen- sionella rummet, dar utsignalen från gyrot (50) bringas att lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstad-koms, dar en lutningssignal, (20) som bringas att utgoras av acce- lerometerns matvarde eller beraknas utifrån accelerome- terns (20) matvarden, vilken lutningssignal representerar vridning av farkosten (l) kring namnda axel (X,Y,Z), bringasatt lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad lutningssig-(5l,52,53) (20) nal åstadkoms, dar en regulator bringas att kom- pensera utsignalen från gyrot betraffande gyrodrift, vilken kompensation baseras på skillnaden mellan de båda lågpassfiltrerade signalerna. Uppfinningen utmarks av att lutningssignalens lågpassfiltre-rings gransfrekvens valjs så att den år storre an åtminstoneen typisk svangningsperiod for de vertikala translationsro-relserna, av att en total kraftvektor bringas att beraknas utifrån accelerometerns (20) tre matvarden, vilken totala kraftvektor representerar farkostens (l) totala acceleration,och av att lutningssignalen bringas att beraknas på basis av den totala kraftvektorn. Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE

Description

15 20 25 30 Det ovan angivna svenska patentet tar inte hänsyn till att olika typer av svängningsrörelser hos till exempel ett fartyg har olika typiska frekvenser, varav en del sådana svängningar kan ha väsentligen lägre frekvenser än andra. Rörelser hos farkosten som har en period som är längre än gränsfrekvensen inte att för nämnda lågpassfiltreringen kommer emellertid elimineras av lågpassfiltreringen.

Exempelvis på långperiodiga rörelser innefattar sjöhävningar i en båt, utdragna accelerationer, retardationer och girar.

Ovan angivna amerikanska patent och artikel lider båda av problemet att de inte tillfredsställande kan hantera vertika- la translationsrörelser hos farkosten.

Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.

Således hänför sig uppfinningen till ett förfarande för att driftkompensera ett positionsmätnings-organ monterat på en farkost som under drift utsätts åtminstone för rotationsrö- relser som är centrerade kring ett jämviktsläge som farkosten antar under operativ drift, vilka rotationsrörelser utförs kring en eller flera axlar som i jämviktsläget är horisontel- la, samt för vertikala translationsrörelser, vilken farkost vidare innefattar åtminstone ett gyro för mätning av vridning av farkosten kring en axel och en treaxlig accelerometer för mätning av farkostens acceleration längs med tre riktningar som tillsammans spänner upp det tredimensionella rummet, där utsignalen från gyrot bringas att lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstadkoms, där en lutningssignal, som bringas att utgöras av accelerometerns nátvärde eller beräknas utifrån accelerometerns mätvärden, vilken lutnings- signal representerar vridning av farkosten kring nämnda axel, bringas att lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad lut- Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 ningssignal åstadkoms, där en regulator bringas att kompense- ra utsignalen från gyrot beträffande gyrodrift, vilken kom- pensation baseras på skillnaden mellan de båda lågpassfiltre- rade signalerna.

Uppfinningen utmärks av att lutningssignalens lågpassfiltre- rings gränsfrekvens väljs så att den är storre än åtminstone en typisk svängningsperiod för de vertikala translationsrö- av att en total kraftvektor bringas att beräknas (20) relserna, utifrån accelerometerns tre mätvärden, vilken totala kraftvektor representerar farkostens (l) totala acceleration, och av att lutningssignalen bringas att beräknas på basis av den totala kraftvektorn.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen och de bifogade ritningarna, där: Figur l illustrerar ett koordinatsystem med en farkost; och Figur 2 visar ett blockschema som beskriver ett forfarande enligt föreliggande uppfinning.

I figur l visas ett koordinatsystem hänforligt till en far- kost l, exemplifierat med ett fartyg. I figur l pekar Y-axeln vinkelrätt upp från farkosten, Z-axeln i farkostens längdaxel framåt och X-axeln tvärs farkostens längdaxel. När farkosten rullar i sidled (eng. rolling) vrids den i rotationsriktning- en 6 runt Z-axeln. När farkosten rullar i längdled (eng. pitching) vrids den i rotationsriktningen o runt X-axeln. När farkosten ändrar färdriktning (eng. heading) vrids den i rotationsriktningen w runt Y-axeln. Det inses att samma koor- dinatsystem är användbart for andra typer av flytande, fly- gande eller markbundna farkoster som rör sig kring ett jäm- Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 viktsläge där farkosten är upprätt, såsom. andra typer av båtar, flygplan, helikoptrar, bilar, och så vidare.

Farkosten l utsätts under drift för rotationsrörelser som är centrerade kring det upprätta jämviktsläge i vilket farkosten visas i figur l. Rotationsrörelserna utförs kring en eller flera axlar som i jämviktsläget är horisontella, med andra ord i det ifrågavarande exemplet i och o. rullningsriktningarna 0 Dessutom utsätts farkosten 1 under drift for vertikala dvs. translationsrörelser, rörelser i den vertikala riktning- en Y. För sådana rörelser uppnår ett förfarande enligt före- liggande uppfinning tillfredsställande resultat, även om förfarandet kan utformas, såsom beskrivs nedan, för att dess- utom åstadkomma fullgod gyrodriftskompensering vid rörelser i riktningarna w, X och Z.

Figur 2 illustrerar med hjälp av ett blockschema ett förfa- rande enligt föreliggande uppfinning. Ett gyro 50 mäter far- kostens ]_ momentana relativa vridning i åtminstone en av rotationsriktningarna. 0 och o, företrädesvis i alla rota- tionsriktningarna du 0 och ö, vilket senare fall visas i figur 2. Gyrot 50 mäter företrädesvis de uppmätta vridningar- na i en och samma punkt, och innefattar helst ett treaxligt gyro i en enhet. Gyrot 50 är fast monterat på farkosten l, där det är anordnat som en del av ett positionsmätningsorgan, företrädesvis för att bestämma en position för farkosten l i förhållande till något föremål vars position i_ sin tur är känd, såsom en satellit. Med farkostens l position menas häri dess vinkelläge i förhållande till ett sådant föremål, och eventuellt även dess geografiska position samt höjd över havet i relation till ett sådant föremål.

Farkosten l innefattar vidare en fast monterad, treaxlig accelerometer 20 för mätning av' farkostens l acceleration Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 längs med tre riktningar. Det är föredraget att riktningarna är ortogonala, och helst att de är parallella med axlarna X, Y och Z. Emellertid går ett förfarande enligt uppfinningen att tillämpa så länge som de tre riktningarna inte befinner sig i samma plan, eftersom de då tillsammans spänner upp det tredimensionella rummet. Accelerometern 20 är helst anordnad att mäta accelerationen, i de olika riktningarna, i en och samma punkt.

Exempel på lämpliga gyron är gyron som försäljs under beteck- ningen KVH DSP-3000 från företaget KVH Industries, Inc. Ett exempel på en lämplig accelerometer är en som utbjuds av Schweitz.

STMicroelectronics i Geneve, Accelerometern samplas med en för varje tillämpning lämplig frekvens, företrädesvis mellan 5 och 50 gånger per sekund.

Var och en av de momentant uppmätta vridningarna w, 0 och ö, vilka utgör utsignaler från gyrot 50, lágpassfiltreras i ett respektive lågpassfiltreringssteg 51, 52, 53, varvid en läg- passfiltrerad gyrosignal åstadkoms för var och en av vrid- ningsvärdena.

De momentant uppmätta värdena från accelerometern 20 sänds till en beräkningsmodul 23, som beräknar en lutningssignal på basis av värdena från accelerometern 20 enligt en förutbe- stämd, konventionell funktion F. Det inses att ett analogt förfarande tillämpas i det fall accelerometern 20 som utvärde levererar en färdigberäknad lutningssignal, varvid utsignalen från accelerometern 20 kan delas upp i komposanter som däref- ter kan användas i det vidare förfarandet. I det följande beskrivs en accelerometer som levererar en separat utsignal för varje axelriktning.

Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 Den nämnda lutningssignalen är anordnad att representera vridning av farkosten l kring åtminstone en av ovan nämnda horisontella rullningsaxlar 0 och (L och den förutbestämda funktionen F utgörs av matristransformationer och geometriska som beräkningar som accepterar accelerometerns 20 utvärden inparametrar. De beräknade lutningssignalerna lågpassfiltre- ras därefter i respektive lågpassfiltreringssteg 24, 25, så att en lågpassfiltrerad lutningssignal åstadkoms.

Vidare förefinns en respektive regulator 54, 55, 56, för att kompensera åtminstone en av de respektive utsignalerna från var och en av de av gyrot 50 uppmätta vridningsvärdena w, 0 och o, hellre samtliga av dessa utsignaler, så att driften hos gyrot 50 elimineras och vridningsvärdena blir korrekta och tillförlitliga. Regulatorerna 54, 55, 56 kan implemente- ras som enskilda komponenter eller utgöra olika funktioner hos en och samma regulator.

Kompenseringen baseras på skillnaden mellan de båda lågpass- filtrerade signalerna från å ena sidan gyrot 50 och å andra sidan accelerometern 20.

Farkostens l såsom. beskrivs vridningsrörelser mäts, ovan, parallellt både av accelerometern 20 och av gyrot 50. Såsom närmare beskrivs i det ovan angivna svenska patentet SE53l778 är ett gyro väl lämpat att mäta små relativa vinkelföränd- ringar, men lider av problem med gyrodrift över tid vilket gör att absoluta vinklar inte kan uppmätas tillförlitligt. En accelerometer är däremot väl lämpad att mäta absoluta vinklar under statiska förhållanden, men är å andra sidan sämre läm- pad att mäta förändringar under dynamiska förhållanden och är känslig för translationsaccelerationer som stör mätningen av den absoluta vinkelmätningen.

Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 Varje respektive regulator 54, 55, 56 accepterar således som invärde dels en lågpassfiltrerad signal från accelerometern 20, dels en lågpassfiltrerad, driftskompenserad (se nedan) signal från gyrot 50, vilka båda signaler representerar vrid- ning kring samma axel. Baserat på de båda signalerna beräknar sedan regulatorn 54, 55, 56 en kompenseringssignal som adde- ras, i en respektive additionsmodul 57, 58, 59, till det momentana mätvärdet från respektive gyroaxel. De respektive utvärdena från additionsmodulerna 57, 58, 59 utgör alltså både inparameter till de respektive lågpassfiltren 51, 52, 53 och slutligt driftskompenserade gyrovärden w, 0 och o.

Eftersom farkostens l vridningsrorelser i riktningarna 0 och o är centrerade kring ovan nämnda jämviktsläge, utgör det lågpassfiltrerade lutningsvärdet från accelerometern 20 be- träffande dessa vridningar ett mycket exakt värde på farkos- tens jämviktsläge i förhållande till monteringsorienteringen för accelerometern 20. Detsamma gäller gyrot 50. Därmed utgör den negativa skillnaden mellan dessa båda signaler till en första approximation en lämplig kompensationssignal, vilken kan tjäna till att kontinuerligt kalibrera gyrots 50 momenta- na signal. Det är emellertid föredraget att varje respektive regulator 54, 55, 56 implementerar en lämpligt kalibrerad regleralgoritm av typen PID, exempelvis en algoritm av typen PD.

Det är föredraget att både lågpassfiltreringen av accelerome- tersignalen och av gyrosignalen har samma gränsfrekvens, för att uppnå goda resultat för rörelser hos farkosten l med olika typiska frekvenser.

För rörelser hos farkosten l där farkosten svänger kring ovan angivna jämviktsläge fungerar en kompensation av den ovan beskrivna typen väl så länge som rörelsernas svängning kring Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 jämviktsläget har frekvenser som är väsentligt högre än gränsfrekvensen för den ovan beskrivna lågpassfiltreringen av accelerometersignalen. För rörelser med lägre frekvenser blir resultaten typiskt inte tillfredsställande, eftersom den lågpassfiltrerade accelerometersignalen då kommer att inne- hålla långperiodigt brus som får genomslag i gyrodriftkompen- seringen.

On en gränsfrekvens för lutningssignalens lågpassfiltrering väljs som är tillräckligt låg för att fånga upp och jämna ut även lågfrekventa rörelser kommer å andra sidan svarstiden för gyrokompenseringen att bli alltför lång för att åstadkom- ma tillräckligt exakta resultat i många tillämpningar till sjöss, till havs eller när en landburen farkost rör sig på ojämnt underlag.

Enligt uppfinningen väljs gränsfrekvensen för lutningssigna- lens lågpassfiltrering därför så att den är större än åtmin- stone en typisk period för de vertikala translationsrörelser- na. Med andra ord väljs gränsfrekvensen så att den är högre än frekvensen för de mest långperiodiga rörelser som är ka- raktäristiska för de vertikala translationsrörelserna. Ett sådant val av gränsfrekvens ger tillräckligt snabba svarsti- der samtidigt som de långperiodiga vertikala translationsrö- relserna kan kompenseras för enligt vad som beskrivs i det följande.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform väljs vidare gränsfrekvensen så att den är lägre än de typiska perioderna för vridningsrörelser kring det ovan beskrivna jämviktsläget vid normal färd med farkosten l i en rikting rakt fram utan kursförändringar.

Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 En typ av lågfrekventa störningsrörelser som typiskt sett är närvarande framförallt vid tillämpningar på öppet hav, men även i luften och på land, är vertikala translationsrörelser hos farkosten 1. På sjön utgörs dessa av relativt långsamma sjöhävningar, i luften av höjdförändringar, på land av för- ändringar av markens höjd över havet.

Enligt uppfinningen beräknar modulen 23 en total kraftvektor utifrån accelerometerns 20 tre mätvärden X, Y, Z, där den totala kraftvektorn representerar farkostens 1 totala momen- tana acceleration, inklusive tyngdaccelerationen och eventu- ell ytterligare päförd acceleration pà grund av farkostens 1 rörelser. Därefter beräknar modulen 23 lutningssignalen på basis av den beräknade totala kraftvektorn, exempelvis enligt följande: 9=Sin_1( X ); Ftotal (p I sin 1 (Herul),- Fwta, = .

Eftersom den acceleration av farkosten sun uppkommer till följd av vertikala translationsrörelser är parallell med tyngdkraften, kommer de beräknade värdena för vinklarna 0 och o att vara oberoende av vertikala accelerationstillskott, i verti- synnerhet oberoende av de ovan beskrivna lägfrekventa, kala rörelserna. Detta är inte fallet med de inledningsvis angivna, tidigare kända förfaranden för att driftskompensera gyron, eftersom de alla använder endast två accelerometerax- lar för att beräkna en lutningsvinkel som i sin tur används för att driftskompensera ett gyro. Därmed kommer lägfrekven- ta, vertikala rörelser att störa de beräknade lutnings- vinklarna och därmed gyrokompenseringen.

Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 lO När en farkost rör sig uppkommer även andra typer av lågfre- kventa rörelser som ger upphov till störande accelerationer.

Generellt kan. emellertid som orsakas via farkostens l reglage för manövrering beräknas med hjälp av information som kan tillgängliggöras med hjälp av befintliga eller speciellt installerade sensorer ombord på farkosten l, varför accelerationstillskott av denna typ kan betraktas som kända.

Enligt en föredragen utföringsform justeras accelerometerns 20 mätvärden kontinuerligt så att de kompenseras för sådan son1 momentant eventuell känd acceleration hos farkosten l åstadkoms via fartygets reglage för manövrering. Denna kom- pensering utförs genom modifieringar av de momentana accele- rometersignalerna före det att lutningssignalen beräknas av modulen 23, och utförs genom att den respektive motsvarande komponenten hos den kända accelerationen subtraheras från motsvarande mätvärde från accelerometern 20.

Uttrycket ”eventuell acceleration” är ämnat att ta fasta på att en sådan känd acceleration inte alltid är närvarande, utan kan vara noll, exempelvis vid planflygning med ett flyg- plan.

Figur 2 illustrerar ett par exempel på sådan kompensering av accelerometersignalen.

I det fall den kända accelerationen utgörs av en eventuell linjär acceleration eller en retardation i farkostens l färd- riktning kompenseras accelerometerns 20 mätvärden på grundval av indata från en på farkosten l anordnad hastighetsmätare, exempelvis i form av en befintlig GPS-mottagare 30, en be- fintlig logg 40, eller en annan lämplig anordning för hastig- Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 ll hetsmätning. Hastighetsmätaren. 30, 40 mäter kontinuerligt farkostens 1 hastighet, och eventuell acceleration eller retardation i_ färdriktningen. beräknas utifrån den uppmätta hastighet. Slutligen subtraheras det beräknade accelerations- värdet från accelerometerns 20 utsignal, vilken därmed juste- ras. I det fall accelerometern 20 är anordnad att mäta acce- leration i Z-riktningen direkt, genom att en av dess mätrikt- ningar sammanfaller med farkostens l längdriktning såsom illustreras i figur 2, subtraheras accelerationen helt enkelt från det momentana Z-mätvärdet. I annat fall modifieras acce- lerometerns 20 utvärden med hjälp av lämpliga matrisomvand- lingar så att motsvarande effekt uppnås.

Subtraktionen utförs i en beräkningsmodul 21, vilken även kan innefatta en i sig konventionell regulator för att utföra en reglertekniskt lämplig modifiering av accelerometerns 20 momentana signal som är mer komplex än en enkel subtraktion, såsom exempelvis en PID-reglering.

I det fall den kända accelerationen utgörs av en eventuell centrifugalkraft vinkelrätt mot farkostens färdriktning som uppkommer till följd av att farkosten l girar, dvs. svänger under det att den färdas framåt eller bakåt i färdriktningen Z, kompenseras accelerometerns 20 mätvärden på grundval av indata både från en på farkosten l anordnad hastighetsmätare, såsom beskrivits ovan, och från en mätanordning som kontinu- erligt mäter farkostens vridning per tidsenhet. Om hastighe- ten v (i m/s) och vridningen per tidsenhet Q (i radianer/s) är kända gäller således att accelerometerns mätvärde i X- riktningen förändras med värdet v-Q.

Alltså justeras accelerometerns 20 X-mätvärde med hjälp av en beräkningsmodul 22, vilken i likhet med modulen 2l kan inne- Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 l2 fatta en mer avancerad regulator som till exempel är av lämp- lig PID-typ, och vilken modul 22 accepterar indata både från GPS-mottagaren 30, loggen 40 eller en annan lämplig hastig- hetsmätare samt från anordningen for att mata vridningen per tidsenhet.

Enligt en foredragen utforingsform utgors nämnda anordning for att mäta vridningen per tidsenhet av gyrot 50 självt, vars utsignal passerar en beräkningsmodul 26, som. utifrån gyrots 50 utsignal på i sig konventionellt sätt och med hjälp av en förutbestämd funktion G beräknar den momentana vinkel- förändringen per tidsenhet i det aktuella girplanet.

På detta sätt justeras således accelerometerns 20 mätvärde i så att det kompenseras for den 1 färd- X-riktningen kontinuerligt, kända centrifugalkraften vinkelrätt mot farkostens från riktning, genom att det beräknade värdet subtraheras accelerometerns 20 X-mätvärde, vilket i detta fall mäts längs med en axel som är anordnad i det ovan beskrivna horisontal- planet i jämviktsläget, och vinkelrätt mot farkostens l färd- riktning. På samma sätt som beskrivits ovan beträffande acce- lerationer i farkostens l färdriktning, kan accelerometerns 20 mätvärde justeras på ett motsvarande sätt, med hjälp av lämpliga matrisomvandlingar, ifall ingen av dess mätriktning- ar är vinkelrät mot färdriktningen och anordnad i horisontal- planet.

I det ovan beskrivna exemplet, där accelerometerns 20 utvärde kontinuerligt justeras for centrifugalkrafter pà grund av girningar hos farkosten l, används alltså den momentana ut- signalen fràn gyrot 50 for att kontinuerligt kompensera den momentana utsignalen från accelerometern 20, samtidigt som den lágpassfiltrerade utsignalen från accelerometern 20 i kombination med den lågpassfiltrerade utsignalen från gyrot Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 l3 50 används för att kompensera den momentana utsignalen från gyrot 50. Samma princip kan aven användas under andra beting- elser där centrifugalkrafter påförs farkosten l Xnia dess manövreringsorgan, exempelvis under girning hos ett flygplan i vertikalplanet, såsom när en stigning påbörjas.

Det är som nämnts ovan föredraget att gyrot 50 är anordnat att mäta vridning kring tre ortogonala axlar, som helst sam- manfaller med de i figur l angivna axlarna X, Y och Z.

När det i detta fall gäller vridningen 0, och ö, kring farkostens l färdriktning Z, kring en axel X som är vinkelrät mot farkostens l färdriktning Z och även vinkelrät mot lodlinjen när farkosten l befinner sig i det ovan beskrivna jåmviktslä- get, är det föredraget att dessa vridningsmätvärden drifts- kompenseras med hjälp av den lågpassfiltrerade lutningssigna- len såsom beskrivits ovan.

När det å andra sidan gäller den av gyrot 50 uppmätta vrid- ningen i riktningen W, nämligen farkostens l vridning kring en axel Y som är parallell mot lodlinjen när fartyget l be- finner sig i jämviktsläget, är det föredraget att detta vrid- ningsmätvärde driftskompenseras med hjälp av en lågpassfil- trerad signal från en på farkosten l befintlig kompass l0, exempelvis en noggrann gyrokompass. Lågpassfiltreringen ut- förs av ett lågpassfiltreringssteg ll, som liknar lågpassfil- treringsstegen 24, 25 och som även helst använder samma gränsfrekvens för lågpassfiltreringen som stegen 24, 25. Den lågpassfiltrerade signalen från steget ll matas till regula- torn 56 på motsvarande sätt som beskrivits ovan för stegen 24, 25 i kombination med regulatorerna 54, 55.

Ett förfarande enligt föreliggande uppfinning åstadkommer således att ett gyro i ett på en farkost fast monterat posi- Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 l4 tionsbestämningsorgan kan kompenseras för gyrodrift på ett enkelt och tillförlitligt sätt, även under betingelser med lågfrekventa störningar av typen vertikala hävningar samt diverse andra lågfrekventa, störande accelerationer. Dessutom sker gyrodriftskompenseringen med användande av i sig konven- tionella och oftast redan på farkosten befintliga komponen- ter, vilket medför låga kostnader.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid är det uppenbart för fackmannen att många förändringar kan göras av de beskrivna utföringsformerna utan att frångå uppfinning- ens tanke.

Exempelvis inses det att ett förfarande enligt föreliggande uppfinning med fördel kan användas för att driftskompensera ett gyrobaserat positionsmätningsorgan som är fast monterat på vilken typ av farkost som helst som är anordnad att färdas flytande, flygande eller på marken, och som uppvisar de ovan beskrivna kring ett jämviktsläge centrerade och förhållande- vis högfrekventa rörelserna. Ett exempel är en helikopter, vars jämviktsläge exempelvis utgörs antingen av dess normala vinkelposition under horisontell flygning eller av dess nor- mala vinkelposition vid hovring.

Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad av de beskriv- na utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de bifogade kraven.

Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE

Claims (12)

10 15 20 25 30 15 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätnings- organ monterat på en farkost (1) som under drift utsatts åtminstone för rotationsrorelser som är centrerade kring ett jämviktsläge som farkosten (1) antar under operativ drift, vilka rotationsrorelser utförs kring en eller flera axlar (X,Z) som i jämviktsläget är horisontella, samt for vertikala translationsrörelser, vilken farkost (1) vidare innefattar åtminstone ett gyro (50) för mätning av vridning av farkosten (1) kring en axel (X,Y,Z) och en treaxlig accelerometer (20) för mätning av» farkostens HJ acceleration längs næd. tre (X,Y,Z) som tillsammans spänner upp det tredimen- (50) riktningar sionella rummet, där utsignalen från gyrot bringas att lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstad- koms, där en lutningssignal, som bringas att utgöras av acce- lerometerns (20) mätvärde eller beräknas utifrån accelerome- terns (20) mätvärden, vilken lutningssignal representerar vridning av farkosten (1) kring nämnda axel (X,Y,Z), bringas att lågpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad lutningssig- (51,52,53) (20) nal åstadkoms, där en regulator bringas att kom- pensera utsignalen från gyrot beträffande gyrodrift, vilken kompensation baseras på skillnaden mellan de båda lågpassfiltrerade signalerna, k ä n n e t e c k n a t a v att lutningssignalens lågpassfiltrerings gränsfrekvens väljs så att den är större än åtminstone en typisk svängningsperiod total (20) för de vertikala translationsrörelserna, awr att en kraftvektor bringas att beräknas utifrån accelerometerns tre mätvärden, vilken totala kraftvektor representerar far- kostens (1) totala acceleration, och av att lutningssignalen bringas att beräknas på basis av den totala kraftvektorn.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a V att, innan lutningssignalens värde bringas att beräknas, Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 35 l6 accelerometerns (20) mätvärde eller mätvärden kontinuerligt bringas att justeras så att det eller de lmmpenseras for eventuell känd acceleration hos farkosten (l) som momentant åstadkoms via farkostens (l) reglage for manovrering, genom att en sådan känd acceleration subtraheras från accelerome- terns (20) mätvärde eller mätvärden.

3. Forfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att accelerometerns (20) mätvärde eller mätvärden kontinuer- ligt bringas att justeras så att det eller de kompenseras for en känd acceleration i form av en eventuell linjär accelera- (Z), bringas att kontinuerligt tion eller en retardation i farkostens (l) färdriktning (30,40) hastighet, av att en hastighetsmätare mäta farkostens (l) och av att denna acceleration eller retardation bringas att beräknas utifrån nämnda hastig- het och därefter subtraheras från accelerometerns (20) mät- värde eller mätvärden vilket eller vilka därmed justeras.

4. Forfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att en av accelerometerns (20) mätriktningar (X,Y,Z) bringas att sammanfalla med farkostens (l) och av att (20) längdriktning, accelerometerns mätvärden bringas att kompenseras for den kända accelerationen på grund av en hastighetsforändring hos farkosten (l) genom att den uppmätta, kända acceleratio- nen subtraheras från accelerometerns (20) nämnda mätvärde i farkostens (l) längdriktning.

5. Forfarande enligt något av kraven krav 2-4, k ä11r1e - t e c k n a t a v att accelerometerns (20) mätvärde eller mätvärden kontinuerligt bringas att justeras sä att det eller de kompenseras for en känd acceleration i form av en eventu- ell centrifugalkraft vinkelrätt mot farkostens (l) färdrikt- ning (Z) som uppkommer till följd av att farkosten (l) girar, (30,40) hastighet, av att en hastighetsmätare bringas att kontinuerligt mäta farkostens (l) av att farkostens (l) vridning Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 20 25 30 35 17 per tidsenhet i_ girplanet kontinuerligt “bringas att mätas, och av att den kända accelerationen bringas att beräknas utifrån nämnda hastighet och vridning per tidsenhet och där- (20) efter subtraheras från accelerometerns mätvärde eller mätvärden vilket eller vilka därmed justeras.

6. Forfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t (20) aV att en av accelerometerns mätriktningar (X,Y,Z) bringas att vara anordnad i horisontalplanet och vinkelrätt mot far- (Z), (20) mätvärden bringas att kompenseras för den kända acceleratio- kostens (l) färdriktning och av att accelerometerns nen på grund av en centrifugalkraft som verkar på farkosten (l) genom att den uppmätta, kända centrifugalaccelerationen (20) nämnda mätvärde vinkel- (Z). subtraheras från accelerometerns rätt mot farkostens (l) längdriktning

7. Forfarande enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda vridning per tidsenhet bringas att beräknas baserat på mätvärdet från gyrot (50).

8. Forfarande enligt något av kraven 3-7, k ä n n e t e c k - n a t a v att farkostens (l) hastighet bringas att kontinu- erligt beräknas baserat på mätvärden från en befintlig logg (40), GPS-mottagare (30) eller dylikt på farkosten (l).

9. Forfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att ett gyro (50) bringas att vara anord- nat att mäta farkostens (l) vridning kring en axel som är (Z), att driftskompenseras parallell med farkostens färdriktning och av att detta gyro (50) bringas med. hjälp av den lågpassfiltrerade lutningssignalen.

10. l0. Forfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v att ett gyro (20) bringas att vara anord- nat att mäta farkostens (l) vridning kring en axel som är Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE 10 15 l8 vinkelrät mot farkostens (l) färdriktning (Z) och även vin- kelrät mot lodlinjen när farkosten (l) befinner sig i jäm- viktsläget, och av att detta gyro (50) bringas att driftskom- penseras med hjälp av den lägpassfiltrerade lutningssignalen.

11. ll. Forfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att ett gyro (50) bringas att vara anord- nat att mäta farkostens (1) vridning kring en axel (Y) som är parallell med lodlinjen när farkosten HJ befinner sig i jämviktsläget, och av att detta gyro (50) bringas att drifts- kompenseras med hjälp av en lägpassfiltrerad signal från en (10). på farkosten (l) befintlig kompass

12. Förfarande enligt något av föregående krav, k är1n.e - t e c k n a t a v att samtliga lågpassfiltreringar har samma gränsfrekvens. Ansökningstextdocx 2010-07-29 100149SE