SE531778C2 - Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätningsorgan - Google Patents

Description

25 30 531 778 rar objektets vridning kring nämnda axel, där utsignalen från gyrot bringas att làgpassfiltreras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstadkoms, där utsignalen från accelerometern bringas att làgpassfiltreras så att en làgpassfiltrerad acce- lerometersignal åstadkoms, där de lågpassfiltrerade signaler- na subtraheras från varandra varvid en differens uppkommer, av att differensen summeras med utsignalen från gyrot och av att den därvid bildade signalen utgör en utsignal från gyrot där gyrots drift kompenserats så att gyrots utsignals avvi- kelse på grund av drift minskar eller elimineras, och utmär- kes av, att gyrots drift bringas att kompenseras med hjälp av åtminstone två mätvärden från accelerometern, där mätvärdena bringas att vara uppmätta accelerationer i en och samma punkt i åtminstone två olika riktningar.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med ett på bifogade ritning visat utföringsexempel, där - figur 1 visar ett koordinatsystem - figur 2 visar ett blockschema över en kompensationsanord- ning för en dimension, d.v.s. för ett gyro.

I figur l visas ett koordinatsystem hänförligt till ett for- don. Nedan exemplifieras fordonet med ett fartyg. I figur l pekar Y-axeln vinkelrätt upp från fartyget, X-axeln i farty- gets längdaxel framåt och Z-axeln tvärs fartygets längdaxel.

När fartyget rullar i sidled (eng. rolling) vrids fartyget runt X-axeln, såsom pilarna 1 illustrerar. När fartyget rul- lar i längdsled (eng. pitching) vrids fartyget runt Z-axeln som pilarna 2 illustrerar.

Ett gyro mäter vridningen kring X-axeln, ett gyro kring Y- axeln och ett gyro kring Z-axeln. 10 20 25 30 531 778 En accelerometer mäter linjära rörelser utefter axlarna X, Y och Z.

Vid exempelvis rolling kommer således endast vridning kring X-axeln att mätas av ett gyro. Accelerometern mäter motsva- rande rörelse med dess sensorer i Y- och Z-axlarnas riktning- ar. Således föreligger dubbel information i systemet om roll- ningsrörelserna.

En accelerometer är dålig för att mäta snabba förändringar, men är mycket bra vad avser statiska mätvärden.

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 STMicroelectronics i Genève, Schweiz.

Föreliggande uppfinning avser således ett förfarande för att driftkompensera ett positionsmätningsorgan monterat på ett objekt, såsom ett fartyg eller annat fordon, innefattande åt- minstone ett gyro för att mäta vridning av objektet kring en axel och åtminstone en accelerometer för mätning av två in- bördes vinkelräta komposanter till jordaccelerationen på grund av objektets orientering relativt jordaccelerationen i två vinkelräta riktningar vilka tillsammans motsvarar objek- tets vridning kring nämnda axel.

Enligt uppfinningen bringas utsignalen 4 från accelerometern 3 att lågpassfiltreras i ett lågpassfilter 5. Genom att låg- passfiltrera accelerometerns rollvärde erhålles en signal som motsvarar den jämviktspunkt kring vilken fartyget rollar. 10 15 20 25 30 531 773 Utsignalen 7 från gyrot 6 bringas också att làgpassfiltreras i ett lågpassfilter 8. Då gyrodata lågpassfiltreras erhålles- rollvärden som sakta driver på grund av drift i gyrot.

Enligt uppfinningen jämföres de två lågpassfiltrerade signa- lerna och utsignalen från gyrot kompenseras med utsignalen från accelerometern så att gyrots utsignals avvikelse på grund av drift minskar eller elimineras. Den därvid bildade signalen utgör en utsignal fràn gyrot.

Enligt ett föredraget utförande subtraheras signalerna 9, lO efter respektive lågpassfiltrering från varandra i en sub- traktionskrets ll av känt slag varvid en differens 12 uppkom- mer. Denna differens passerar en i och för sig känd lämplig regulator 13. Regulatorn styr bl.a. kompenseringsfaktorns storlek. Differensen 14 efter regulatorn 13 subtraheras från utsignalen 7 från gyrot 6 i en andra lämplig känd subtrak- tionskrets l5. Den därvid bildade differensen utgör en utsig- nal 16 från gyrot 6 där gyrots drift kompenserats.

Föreliggande förfarande löser således det inledningsvis nämn- da problemet.

Den beskrivna kretsen i figur 2 kan utföras med diskreta komponenter, men enligt en föredragen utföringsform av upp- finningen bringas nämnda lågpassfiltreringar och nämnda sub- traktioner att ske i digital form i en processor, d.v.s. som en digital signalbehandling.

Det är uppenbart att för det fall flera gyron finns i nämnda positionsmätningsorgan bringas nämnda kompensering att ske separat för varje enskilt gyro, medelst två inbördes linjära 10 15 20 25 531 7?8 rörelser hos accelerometern som beskriver det aktuella gyrots vridning, som skall kompenseras.

Enligt en föredragen utföringsform bringas utsignaler från två eller flera accelerometrar 3 att signalbehandlas för att kompensera två eller flera gyron 6. Härvid beskrivs objektets läge eller rörelse i två eller tre dimensioner medelst utsig- nalerna från accelerometrarna, varefter respektive gyro kom- penseras.

I fallet med ett fartyg kan inte det gyro som mäter vridning- en kring Y-axeln kompenseras enligt föreliggande förfarande, utan kompensation av det gyrot bringas att ske mot fartygets gyrokompass.

Ovan har uppfinningen exemplifierats med ett positionsmät- ningsorgan för mätning av ett fartygs rörelser.

Uppfinningen är emellertid även tillämpbar på fordon som rör sig på markytan, exempelvis fordon som uppbär en satellitan- tenn, vars inriktning relativt fordonet hela tiden måste ändras allteftersom fordonets position ändras när det rör sig på markytan. Vidare är uppfinningen tillämpbar på flygande fordon av olika slag.

Claims (6)

10 15 20 25 30 531 778 Patentkrav

1. l. Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätnings- organ monterat på ett objekt, såsom ett fartyg eller annat fordon, innefattande åtminstone ett gyro (6) för att mäta vridning av objektet kring en axel och åtminstone en accele- rometer (3) för mätning av två inbördes vinkelräta komposan- ter till jordaccelerationen på grund av objektets orientering relativt jordaccelerationen i två vinkelräta riktningar vilka tillsammans motsvarar objektets vridning kring nämnda axel, där utsignalen (7) från gyrot (6) bringas att làgpassfiltre- ras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstadkoms, där utsignalen (4) från accelerometern (3) bringas att lågpass- filtreras så att en làgpassfiltrerad accelerometersignal åstadkoms, där de lågpassfiltrerade signalerna (9,lO) subtra- heras från varandra varvid en differens (14) uppkommer, av att differensen summeras med utsignalen (7) från gyrot (6) och av att den därvid bildade signalen (16) utgör en utsignal från gyrot (6) där gyrots drift kompenserats så att gyrots (6) utsignals (7) avvikelse på grund av drift minskar eller elimineras, k ä n n e t e c k n a t av att gyrots (6) drift bringas att kompenseras med hjälp av åtminstone två mätvärden från accelerometern (3), där mätvärdena bringas att vara uppmätta accelerationer i en och samma punkt i åtminstone två olika riktningar.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att accelerometern (3) är en treaxlig accelerometer som mäter accelerationen i en punkt i tre olika riktningar.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att en differens från de lågpassfiltrerade signa- lerna (9,10) passerar en regulator (13) som styr kompense- 10 15 20 531 778 ringsfaktorns storlek, och av att signalen från regulatorn (13) subtraheras från utsignalen (7) från gyrot (6) så att den därvid bildade signalen (16) utgör en utsignal fràn gyrot (6) där gyrots drift kompenserats så att gyrots (6) utsignals (7) avvikelse på grund av drift minskar eller elimineras.

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, n a t k ä n n e t e c k - av att nämnda lågpassfiltreringar och nämnda subtrak- tioner bringas att ske i digital form i en processor.

5. Förfarande enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t av att nämnda kompensering bringas att ske separat för varje enskilt gyro (6), (3)- medelst en accelerometer

6. Förfarande enligt krav 1, 2, 3, 4 eller 5, av att utsignaler från två eller flera accele- rometrar (3) bringas att signalbehandlas för att kompensera två eller flera gyron (6). k ä n n e - t e c k n a t