SE536059C2 - Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätningsorgan - Google Patents

Abstract

Förfarande för att driftkompensera ett positionsmätnings- organ monterat på en farkost (1) som under drift utsätts åtminstone för rotationsrorelser, kring horisontella axlar (X,Z), som är centrerade kring ett jämviktsläge, samt för vertikala translationsrörelser, vilken farkost innefattar ettgyro (50) (X,Y,Z) för mätning av vridning av farkosten kring en axel och en treaxlig accelerometer (20) för mätning av farkostens acceleration längs med tre riktningar, där utsig-nalen från gyrot lågpassfiltreras, där en lutningssignalberäknas utifrån accelerometerns mätvärden och lågpassfiltre-ras, där en regulator (5l,52,53) gyrodriftkompenserar utsig-nalen från gyrot baserat på skillnaden mellan de båda låg- passfiltrerade signalerna. Uppfinningen utmärks av att lutningssignalens lågpassfiltre-rings gränsfrekvens väljs så att den är större än en typisksvängningsfrekvens för translationsrörelserna men mindre änen typisk svängningsfrekvens för rotationsrörelserna, av atten total kraftvektor beräknas utifrån accelerometerns tremätvärden och representerar farkostens totala acceleration,och av att lutningssignalen beräknas på basis av den totala kraftvektorn. AnsökningstexLdocx 2011-03-31 m0 I 4955

Description

25 30 536 059 signalen från en accelerometer kan lågpassfiltreras varigenom det brus som sådana vridningar utgör elimineras, och att den sålunda lågpassfiltrerade signalen därför kan användas för att driftkompensera gyrot.

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 för nämnda lågpassfiltreringen kommer emellertid inte att elimineras av làgpassfiltreringen.

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 kompensera gyrodrift hos ett gyro (50) som är fast monterat på en farkost (1) vilket gyro (50) kosten (1) som en del av ett positionsmätningsorgan, är anordnat för mätning av vridning av far- (X,Y,Z), kring en axel och vilken farkost under drift utsätts åtminstone för relativt högfrekventa, oscillerande rotationsrörelser som. är centrerade kring ett jämviktsläge som farkosten (1) antar under operativ drift, vilka rotationsrörelser utförs kring en eller flera axlar (X,Z) som i jämviktslä- get är horisontella, samt för 10 15 20 25 30 536 Û59 relativt lågfrekventa, vertikala translationsrörel- ser, vilken farkost (1) (20) tre riktningar (X,Y,Z) vidare innefattar en treaxlig accelerome- ter för mätning av farkostens (1) acceleration längs med som tillsammans spänner upp det tredi- (50) (X,Y,Z) bringas att lågpassfilt- mensionella rummet, där utsignalen från gyrot avseende vridningen kring nämnda axel reras så att en lågpassfiltrerad gyrosignal åstadkoms, där en lutningssignal, (20) som bringas att utgöras av accelerometerns (20) vilken lutningssignal representerar vridning av mätvärde eller beräknas utifrån accelerometerns mätvärden, farkosten (1) kring nämnda axel (X,Y,Z), bringas att lågpass- filtreras så att en làgpassfiltrerad lutningssignal åstad- (5l,52,53) bringas (50) beträffande kompensation baseras pà skillnaden mellan de båda làgpass- koms, där en regulator att kompensera utsignalen från gyrot gyrodrift, vilken filtrerade signalerna.

Uppfinningen utmärks av kombinationen av för det första att lutningssignalens làgpassfiltre- rings gränsfrekvens väljs så att den är större än åtmin- stone en typisk svängningsfrekvens för de vertikala translationsrörelserna och samtidigt mindre än en typisk frekvens för rotationsrörelserna, så att den lågpassfilt- rerade lutningssignalen inte innefattar de av rotations- rörelserna som har frekvenser över nämnda gränsfrekvens, för det andra att en total kraftvektor bringas att (20) beräknas utifrân accelerometerns samtliga tre mät- värden, vilken totala kraftvektor representerar farkos- tens (l) totala acceleration inklusive tyngdacceleratio- nen, och för det tredje att lutningssignalen bringas att be- räknas på basis av den totala kraftvektorn, varvid det 10 15 20 25 30 536 059 utnyttjas att de vertikala translationsrörelserna är pa- rallella med tyngdkraften, så att den lågpassfiltrerade lutningssignalen inte påverkas av den vertikala accelera- tion av farkosten som uppkommer till följd av de vertika- la translationsrörelserna.

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 förfarande enligt föreliggande uppfinning.

I figur 1 visas ett koordinatsystem hänförligt till en far- kost 1, 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- längdled pitching) vrids den i rotationsriktningen ö runt X-axeln. När en 9 runt Z-axeln. När farkosten rullar i (eng. farkosten ändrar färdriktning (eng. heading) vrids den i rotationsriktningen W runt Y-axeln. Det inses att samma koor- fly- gande eller markbundna farkoster som rör sig kring ett jäm- dinatsystem är användbart för andra typer av flytande, viktsläge där farkosten är upprätt, såsom andra typer av båtar, flygplan, helikoptrar, bilar och så vidare.

Farkosten 1 utsätts under drift för rotationsrörelser som är centrerade kring det upprätta jämviktsläge i vilket farkosten visas i figur 1. Rotationsrörelserna utförs kring en eller flera axlar som i jämviktsläget är horisontella, med andra ord i. det ifrågavarande exemplet j. rullningsriktningarna 6 10 15 20 25 30 536 059 och ö. Dessutom utsätts farkosten 1 under drift för vertikala translationsrörelser, dvs. rörelser i den vertikala riktning- en Y. För sàdana 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 l momentana relativa vridning i åtminstone en av rotationsriktningarna 6 och o, företrädesvis i alla rota- tionsriktningarna w, 9 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 1, 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 1 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 1 innefattar vidare en fast monterad, treaxlig accelerometer 20 för mätning av farkostens 1 acceleration längs med tre riktningar. Det är föredraget att riktningarna är ortogonala, Y och Z. och helst att de är parallella med axlarna X, 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 10 15 20 25 30 536 059 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 pà en lämplig accelerometer är en som utbjuds av STMicroelectronics i Genève, Schweiz. 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, 6 och o, vilka utgör utsignaler från gyrot 50, làgpassfiltreras i ett respektive lågpassfiltreringssteg 51, 52, 53, varvid en låg- 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 pà 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.

Den nämnda lutningssignalen är anordnad att representera vridning av farkosten l kring åtminstone en av ovan nämnda horisontella rullningsaxlar 6 och ö, och den förutbestämda funktionen F utgörs av matristransformationer och geometriska beräkningar som accepterar accelerometerns 20 utvärden som inparametrar. De beräknade lutningssignalerna làgpassfiltre- 10 15 20 25 30 536 059 ras därefter i respektive lågpassfiltreringssteg 24, 25, så att en lågpassfiltrerad lutningssignal àstadkoms.

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, 9 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 pà skillnaden mellan de båda lågpass- filtrerade signalerna från å ena sidan gyrot 50 och å andra sidan accelerometern 20.

Farkostens 1 vridningsrörelser mäts, såsom beskrivs 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- tid Vilket gör att absoluta vinklar inte kan uppmätas tillförlitligt. En ringar, men lider av problem med gyrodrift över 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.

Varje respektive regulator 54, 55, 56 accepterar således som invärde dels en lågpassfiltrerad signal från accelerometern 20, dels en làgpassfiltrerad, driftskompenserad (se nedan) signal från gyrot 50, vilka båda signaler representerar vrid- ning kring samma axel. Baserat på de båda signalerna beräknar 10 15 20 25 30 536 059 sedan regulatorn 54, 55, 56 en kompenseringssignal som adde- ras, till det i en respektive additionsmodul 57, 58, 59, momentana mätvärdet från respektive gyroaxel. De respektive utvärdena fràn additionsmodulerna 57, 58, 59 utgör alltså bàde inparameter till de respektive làgpassfiltren 51, 52, 53 och slutligt driftskompenserade gyrovärden W, 6 och $.

Eftersom farkostens 1 vridningsrörelser i riktningarna 9 och Q är centrerade kring ovan nämnda jämviktsläge, utgör det làgpassfiltrerade 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, PD. exempelvis en algoritm av typen Det är föredraget att både làgpassfiltreringen 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 1 där farkosten svänger kring ovan angivna jämviktsläge fungerar en kompensation av den ovan beskrivna typen väl så länge som rörelsernas svängning kring jämviktsläget har frekvenser som är väsentligt högre än gränsfrekvensen för den ovan beskrivna làgpassfiltreringen av accelerometersignalen. För rörelser med lägre frekvenser blir resultaten tillfredsställande, typiskt inte eftersom den 10 15 20 25 30 536 059 lågpassfiltrerade accelerometersignalen då kommer att inne- hålla långperiodigt brus som får genomslag i gyrodriftkompen- seringen.

Onx 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 làngperiodiga rörelser som är ka- Ett sådant val av gränsfrekvens ger tillräckligt snabba svarsti- raktäristiska för de vertikala translationsrörelserna. der samtidigt som de làngperiodiga 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 1 i en riktning rakt fram utan kursförändringar.

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 10 15 20 25 30 536 059 10 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 pàförd acceleration på grund av farkostens 1 rörelser. Därefter beräknar modulen 23 lutningssignalen på basis av den beräknade totala kraftvektorn, exempelvis enligt följande: 9=flw*(x W From! . Y = sin* - ø From! I Fmm, = x/XZ + YZ + 22.

Eftersom den acceleration av farkosten som uppkommer till följd av vertikala translationsrörelser är parallell med tyngdkraften, kommer de beräknade värdena för vinklarna G och ö att vara oberoende av vertikala accelerationstillskott, i synnerhet oberoende av de ovan beskrivna lågfrekventa, verti- 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 lågfrekven- ta, vertikala rörelser att störa de beräknade lutnings- vinklarna och därmed gyrokompenseringen.

När en farkost rör sig uppkommer även andra typer av lågfre- kventa rörelser som ger upphov till störande accelerationer.

Generellt kan emellertid den typ av accelerationstillskott 10 15 20 25 30 536 059 ll som orsakas via farkostens 1 reglage för manövrering beräknas med hjälp av information som kan tillgängliggöras med hjälp av befintliga eller speciellt installerade sensorer ombord på farkosten 1, varför accelerationstillskott av denna typ kan betraktas som kända.

Enligt en föredragen utföringsform justeras accelerometerns 20 mätvärden kontinuerligt så att de kompenseras för sådan eventuell känd acceleration hos farkosten 1 som momentant âstadkoms via fartygets reglage för manövrering. Denna kom- pensering utförs genom modifieringar av de momentana accele- rometersignalerna innan lutningssignalen beräknas av modulen 23, och utförs genom att den respektive motsvarande komponen- ten hos den kända accelerationen subtraheras från motsvarande mätvärde från accelerometern 20.

Uttrycket ”eventuell acceleration” är ämnat att ta fasta pà 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 1 färd- riktning kompenseras accelerometerns 20 mätvärden pà grundval av indata från en på farkosten 1 anordnad hastighetsmätare, exempelvis i form av en befintlig GPS-mottagare 30, en be- fintlig logg 40, eller en annan lämplig anordning för hastig- hetsmätning.

Hastighetsmätaren 30, 40 mäter l hastighet, kontinuerligt farkostens och eventuell acceleration eller retardation i färdriktningen beräknas utifrån den uppmätta 10 15 20 25 30 536 055 12 hastigheten.

Slutligen subtraheras det beräknade accelera- tionsvärdet från accelerometerns 20 utsignal, vilken därmed justeras. I det fall accelerometern 20 är anordnad att mäta acceleration i Z-riktningen direkt, genom att en av dess mätriktningar sammanfaller med farkostens 1 längdriktning såsom illustreras i figur 2, subtraheras accelerationen helt enkelt fràn det momentana Z-mätvärdet. I annat fall modifie- ras accelerometerns 20 utvärden med hjälp av lämpliga matris- omvandlingar 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 accelerometerns 20 lämplig modifiering av 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 1 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 pà farkosten 1 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 21 kan inne- 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- 10 15 20 25 30 535 059 13 hetsmätare samt från anordningen för att mäta vridningen per tidsenhet.

Enligt en föredragen utföringsforn1 utgörs nämnda anordning för 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.

Pà detta sätt justeras således accelerometerns 20 mätvärde i X-riktningen kontinuerligt, så att det kompenseras för den kända centrifugalkraften vinkelrätt, mot farkostens 1 färd- riktning, genom att det beräknade värdet subtraheras från 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 1 färd- riktning. På samma sätt som beskrivits ovan beträffande acce- lerationer i farkostens 1 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 för centrifugalkrafter på grund av girningar hos farkosten 1, används alltså den momentana ut- signalen fràn gyrot 50 för att kontinuerligt kompensera den momentana utsignalen fràn accelerometern 20, samtidigt som den làgpassfiltrerade utsignalen från accelerometern 20 i kombination med den lågpassfiltrerade utsignalen från gyrot 50 används för att kompensera den momentana utsignalen från gyrot 50. Samma princip kan även användas under andra beting- 10 15 20 25 30 536 059 14 elser där centrifugalkrafter pàförs farkosten 1 via 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 1 angivna axlarna X, Y och Z.

När det i detta fall gäller vridningen 6, och o, kring farkostens 1 färdriktning Z, kring en axel X som är vinkelrät mot farkostens 1 färdriktning Z och även vinkelrät mot lodlinjen när farkosten 1 befinner sig i det ovan beskrivna jämviktslä- 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 1 vridning kring en axel Y som är parallell mot lodlinjen när fartyget 1 be- finner sig i jämviktsläget, är det föredraget att detta vrid- ningsmätvärde driftskompenseras med hjälp av en làgpassfil- trerad signal frán en på farkosten 1 befintlig kompass 10, exempelvis en noggrann gyrokompass. Làgpassfiltreringen ut- förs av ett lågpassfiltreringssteg ll, som liknar lågpassfil- treringsstegen 24, 25 och som även helst använder samma gränsfrekvens för làgpassfiltreringen som stegen 24, 25. Den làgpassfiltrerade 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- tionsbestämningsorgan kan kompenseras för gyrodrift på ett 10 15 20 25 536 059 15 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 pà 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.

Claims (12)

10 15 20 25 30 536 059 16 P A. T E N T K R A 'V (50) (1) son1 en del av ett (50) är

1. Förfarande för att kompensera gyrodrift hos ett gyro som är fast monterat på en farkost positionsmätningsorgan, anordnat för (X,Y,Z), vilket gyro mätning av vridning av farkosten (1) kring en axel och vilken farkost under drift utsätts åtminstone för relativt högfrekventa, oscillerande rotationsrörelser som är centrerade kring ett jämviktsläge som farkosten (1) antar under operativ drift, vilka rotationsrörelser utförs kring en eller flera axlar (X,Z) som i jämviktslä- get är horisontella, samt för relativt lågfrekventa, vertikala translationsrörel- ser, vilken farkost (1) vidare innefattar en treaxlig accelerome- ter (20) för mätning av farkostens (X,Y,Z) (1) acceleration längs med tre riktningar som tillsammans spänner upp det tredi- (50) vridningen kring nämnda axel (X,Y,Z) bringas att làgpassfilt- mensionella rummet, där utsignalen från gyrot avseende reras så att en làgpassfiltrerad gyrosignal åstadkoms, där en lutningssignal, (20) som bringas att utgöras av accelerometerns (20) vilken lutningssignal representerar vridning av mätvärde eller beräknas utifrån accelerometerns mätvärden, farkosten (1) kring nämnda axel (X,Y,Z), bringas att làgpass- filtreras så att en lågpassfiltrerad lutningssignal åstad- (5l,52,53) (50) kompensation baseras pà skillnaden mellan de båda làgpass- kombina- koms, där en regulator bringas att kompensera utsignalen från gyrot beträffande qyrodrift, vilken filtrerade signalerna, k ä n n e t e c k n a t a v tionen av för det första att lutningssignalens làgpassfiltre- rings gränsfrekvens väljs så att den är större än åtmin- stone en för de vertikala typisk svängningsfrekvens 10 15 20 25 30 536 059 17 translationsrörelserna och samtidigt mindre än en typisk frekvens för rotationsrörelserna, så att den lågpassfilt- rerade lutningssignalen inte innefattar de av rotations- rörelserna som har frekvenser över nämnda gränsfrekvens, för det andra att en total kraftvektor bringas att (20) beräknas utifrån accelerometerns samtliga tre mät- värden, vilken totala kraftvektor representerar farkos- tens (1) totala acceleration inklusive tyngdacceleratio- nen, och för det tredje att lutningssignalen bringas att be- räknas på basis av den totala kraftvektorn, varvid det utnyttjas att de vertikala translationsrörelserna är pa- rallella med tyngdkraften, så att den lågpassfiltrerade lutningssignalen inte pâverkas av den vertikala accelera- tion av farkosten som uppkommer till följd av de vertika- la translationsrörelserna.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t o c k n a t a v att, innan lutningssignalens (20) värde bringas att beräknas, accelerometerns mätvärde eller mätvärden kontinuerligt bringas att justeras så att det eller de kompenseras för eventuell känd acceleration hos farkosten (1) som momentant åstadkoms via farkostens (1) reglage för manövrering, genom att en sådan känd acceleration subtraheras från accelerome- terns (20) mätvärde eller mätvärden.

3. Förfarande enligt krav 2, (20) ligt bringas att justeras så att det eller de kompenseras för k ä n n e t e c k n a t a v att accelerometerns mätvärde eller mätvärden kontinuer- en känd acceleration i form av en eventuell linjär accelera- tion eller en retardation i farkostens (1) färdriktning (Z), av att en hastighetsmätare (30,40) bringas att kontinuerligt mäta farkostens (1) hastighet, och av att denna acceleration eller retardation bringas att beräknas utifrån nämnda hastig- 10 15 20 25 535 059 18 het och därefter subtraheras från accelerometerns (20) mät- värde eller mätvärden vilket eller vilka därmed justeras.

4. Förfarande enligt krav 3, (20) att sammanfalla med farkostens (1) (20) den kända accelerationen på grund av en hastighetsförändring k ä n n e t e c k n a t (X,Y,Z) ÄV att en av accelerometerns mätriktningar bringas längdriktning, och av att accelerometerns mätvärden bringas att kompenseras för hos farkosten (l) genom att den uppmätta, (20) kända acceleratio- nen subtraheras från accelerometerns nämnda mätvärde i farkostens (1) längdriktning.

5. Förfarande enligt något av kraven krav 2-4, (20) k ä n n e - t e c k n a t att accelerometerns a v mätvärde eller mätvärden kontinuerligt bringas att justeras så att det eller de kompenseras för en känd acceleration i form av en eventu- ell centrifugalkraft vinkelrätt mot farkostens (1) färdrikt- ning (Z) som uppkommer till följd av att farkosten (1) girar, (30,40) hastighet, av att en hastighetsmätare bringas att kontinuerligt mäta farkostens (1) av att farkostens (1) vridning 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) mätvärden vilket eller vilka därmed justeras. efter subtraheras från accelerometerns mätvärde eller

6. Förfarande enligt krav 5, (20) (X,Y,Z) att vara anordnad i horisontalplanet och vinkelrätt mot far- (20) mätvärden bringas att kompenseras för den kända acceleratio- k ä n n e t e c k n a t a v att en av accelerometerns mätriktningar bringas kostens (1) färdriktning (Z), och av att accelerometerns nen på grund av en centrifugalkraft som verkar på farkosten (1) genom att den uppmätta, kända centrifugalaccelerationen 10 15 20 25 30 35 536 059 19 subtraheras från accelerometerns (20) längdriktning nämnda mätvärde vinkel- rätt mot farkostens (1) (Z).

7. Förfarande 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. Förfarande enligt något av kraven 3-7, k ä n n e t e c k - n a t a v att farkostens (1) hastighet bringas att kontinu- erligt beräknas baserat på mätvärden från en befintlig logg (40), GPS-mottagare (30) eller dylikt på farkosten (1).

9. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n 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 som är (Z), bringas att driftskompenseras med hjälp av den parallell med farkostens färdriktning gyro (50) làgpassfiltrerade lutningssignalen. och av att detta

10. Förfarande enligt något av föregående krav, t e c k n a t k ä n n e - a v att ett gyro (50) bringas att vara anord- nat att mäta farkostens (1) vridning kring en axel som är vinkelrät mot farkostens (1) 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 làgpassfiltrerade lutningssignalen.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, (50) (1) vridning kring en axel (Y) k ä n n e - t e c k n a t a v att ett gyro bringas att vara anord- nat att mäta farkostens som är parallell med lodlinjen när farkosten (1) befinner sig i jämviktsläget, och av att detta gyro (50) bringas att drifts- kompenseras med hjälp av en lågpassfiltrerad signal från en på farkosten (1) befintlig kompass (10). 535 055 20

12. Förfarande enligt något av föregående krav, k äxzn e - t e c k n a t a v att samtliga làgpassfiltreringar har samma gränsfrekvens.