用于提供慣性傳感器部署環(huán)境的自動檢測的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于提供慣性傳感器部署環(huán)境的自動檢測的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 為了確保適當(dāng)?shù)牟僮?，典型的陀螺平臺指北設(shè)備需要與水平參考平面的初始對 準(zhǔn)，通常被稱為調(diào)平。當(dāng)在位于地面上或以其他方式安裝到穩(wěn)定平臺的設(shè)備上執(zhí)行調(diào)平時， 對陀螺平臺指北設(shè)備執(zhí)行該對準(zhǔn)是最直接的。然而，經(jīng)常有必要在不太理想的條件下(諸 如當(dāng)設(shè)備位于空中飛行器上或海上船舶上時）執(zhí)行調(diào)平。為了適應(yīng)在該條件下的陀螺平臺 指北設(shè)備的調(diào)平，已經(jīng)開發(fā)了不同的調(diào)平算法。例如，陀螺平臺指北設(shè)備可以包含用于在 設(shè)備位于地面上時使用的第一調(diào)平算法、用于在設(shè)備位于空中飛行器上時使用的第二調(diào)平 算法、以及用于在設(shè)備位于海上船舶上時使用的第三調(diào)平算法。問題是本領(lǐng)域中的陀螺平 臺指北設(shè)備目前必須在發(fā)起其對準(zhǔn)過程之前手動配置要使用哪個調(diào)平算法。也就是說，必 須告知該設(shè)備它正被部署在何種類型的環(huán)境中，使得它可以使用適當(dāng)?shù)恼{(diào)平算法來執(zhí)行對 準(zhǔn)過程。如果選擇了不正確的環(huán)境和算法，則使用沒有針對當(dāng)前環(huán)境優(yōu)化的調(diào)平算法可能 使得設(shè)備花費(fèi)較長的時間量來對準(zhǔn)，并且最終使陀螺平臺指北設(shè)備被用于的系統(tǒng)的部署延 遲。
[0002] 出于上述原因和出于通過閱讀和理解說明書對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見 的下述其他原因，在本領(lǐng)域中存在對于用于提供慣性傳感器部署環(huán)境的自動檢測的替代系 統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于提供慣性傳感器部署環(huán)境的自動檢測的方法和系統(tǒng)， 并且將通過閱讀和研究以下說明書來理解。
[0004] 提供了用于提供對慣性傳感器部署環(huán)境的自動檢測的方法和系統(tǒng)。在一個實(shí)施例 中，一種用于具有輸出角速率測量結(jié)果序列的慣性測量單元的設(shè)備的環(huán)境檢測系統(tǒng)，包括： 算法選擇器；以及多個環(huán)境檢測路徑，每一個都接收角速率測量結(jié)果序列，并且每一個都使 用針對特定操作環(huán)境優(yōu)化的環(huán)境模型來生成角振蕩預(yù)測結(jié)果，其中針對不同操作環(huán)境優(yōu)化 針對多個環(huán)境檢測路徑中的每一個的環(huán)境模型；其中，多個環(huán)境檢測路徑中的每一個輸出 加權(quán)因子，該加權(quán)因子是在給定角速率測量結(jié)果序列的情況下環(huán)境檢測路徑的環(huán)境模型是 當(dāng)前操作環(huán)境的真實(shí)模型的概率的函數(shù)；并且其中，算法選擇器基于來自環(huán)境檢測路徑中 的每一個的加權(quán)因子的函數(shù)來生成輸出。
【附圖說明】
[0005] 當(dāng)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的描述及下面的附圖考慮時，本發(fā)明的實(shí)施例可以被更容易地 理解，并且其另外的優(yōu)點(diǎn)和用途更加容易地顯而易見，在附圖中： 圖1是圖示本公開的一個實(shí)施例的針對慣性設(shè)備的環(huán)境檢測系統(tǒng)的圖； 圖2是圖示本公開的一個實(shí)施例的針對環(huán)境檢測系統(tǒng)的環(huán)境模型的圖； 圖3是圖示本公開的一個實(shí)施例的基于環(huán)境檢測系統(tǒng)的操作環(huán)境的檢測的圖表；以及 圖4是圖示本公開的一個實(shí)施例的方法的流程圖。
[0006] 根據(jù)一般實(shí)踐，各種描述的特征沒有按比例繪制，而是被繪制為突出與本發(fā)明相 關(guān)的特征。遍及附圖和文本，附圖標(biāo)記表示類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 在以下的詳細(xì)描述中，參考形成詳細(xì)描述的一部分的附圖，并且其中通過可以實(shí) 踐本發(fā)明的特定說明性實(shí)施例的方式被示出。這些實(shí)施例被足夠詳細(xì)地描述以使本領(lǐng)域技 術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)理解，可以利用其他實(shí)施例，并且可以在不背離本發(fā)明的 范圍的情況下進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電氣的改變。因此，不以限制的意義考慮以下的詳細(xì)描述。
[0008] 本公開的實(shí)施例使得陀螺平臺指北設(shè)備或其他慣性感測設(shè)備能夠針對自身確定 其已經(jīng)被部署在其中的環(huán)境，使得它可以從其存儲器中自己選擇針對該被檢測的環(huán)境優(yōu)化 的適當(dāng)調(diào)平算法。本公開的實(shí)施例利用關(guān)于通常在不同環(huán)境條件下經(jīng)歷的慣性干擾的性質(zhì) 的憑經(jīng)驗(yàn)獲得的知識。更具體地，本公開的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)多個同時運(yùn)行的模型，這些模型每一 個都模擬與不同環(huán)境條件相關(guān)聯(lián)的振蕩。例如，在一個實(shí)施例中，環(huán)境檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由三 個不同環(huán)境模型構(gòu)成的集合。在該示例中，第一模型模擬預(yù)期針對相當(dāng)高的海面狀況的振 蕩，第二模型模擬預(yù)期針對空中飛行器的振蕩，并且第三模型模擬預(yù)期針對地面上部署的 振蕩。該模擬的振蕩可以與俯仰或滾轉(zhuǎn)姿態(tài)振蕩相關(guān)聯(lián)。每一個環(huán)境模型在其自己的獨(dú)特 傳播算子估計(jì)器算法(其可以例如使用卡爾曼濾波器算法或其某個變體來實(shí)現(xiàn)）內(nèi)被實(shí)現(xiàn)， 該傳播算子估計(jì)器算法使用環(huán)境模型之一針對特定環(huán)境被優(yōu)化。慣性速率測量結(jié)果(例如， 在50Hz頻率取得的滾轉(zhuǎn)速率測量結(jié)果）是從陀螺平臺指北設(shè)備的測量速率輸出捕獲的，并 且作為測量數(shù)據(jù)被提供給傳播算子估計(jì)器。每個傳播算子估計(jì)器使用其特定環(huán)境模型來預(yù) 測其從測量速率輸出預(yù)期的慣性速率測量結(jié)果。傳播算子估計(jì)器將其預(yù)測的測量狀態(tài)與實(shí) 際慣性速率測量結(jié)果作比較，并且根據(jù)二者之間的任何未預(yù)期的誤差，傳播算子估計(jì)器計(jì) 算速率殘差。傳播算子估計(jì)器向前傳播從其當(dāng)前預(yù)測結(jié)果計(jì)算的更新的預(yù)測測量狀態(tài)的集 合和測量數(shù)據(jù)。通過分析通過加權(quán)概率算法從每個傳播算子估計(jì)器產(chǎn)生的角速率估計(jì)，來 自傳播算子估計(jì)器之一的結(jié)果正確的概率將朝著相對高的概率值收斂。來自其他傳播算子 估計(jì)器的結(jié)果正確的概率將收斂到低(或零）概率。高概率結(jié)果指示：由該傳播算子估計(jì)器 正在使用的環(huán)境模型最好地模擬陀螺平臺指北設(shè)備的當(dāng)前操作環(huán)境。例如，如果陀螺平臺 指北單元被部署在海上，則實(shí)現(xiàn)該"海上"優(yōu)化環(huán)境模型的傳播算子估計(jì)器應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生如下結(jié) 果：該結(jié)果指示該"海上"模型是當(dāng)前操作環(huán)境的"真實(shí)模型"的高概率。這是因?yàn)槭褂?海 上"模型的傳播算子估計(jì)器應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生比其他傳播算子估計(jì)器對預(yù)期"海上"振蕩的更準(zhǔn)確的 預(yù)測結(jié)果。同樣，如果陀螺平臺指北單元被部署在飛行中的飛機(jī)上，則實(shí)現(xiàn)"空中"優(yōu)化環(huán) 境模型的傳播算子估計(jì)器應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生速率殘差，該速率殘差指示"空中"模型正產(chǎn)生比其他傳 播算子估計(jì)器更準(zhǔn)確的預(yù)期振蕩的預(yù)測結(jié)果的高概率。一旦做出關(guān)于哪個環(huán)境模型是真實(shí) 模型（意味著它最好地模擬當(dāng)前實(shí)際環(huán)境振蕩）的確定，則陀螺平臺指北設(shè)備就可以執(zhí)行針 對該環(huán)境優(yōu)化的調(diào)平算法。雖然討論陀螺平臺指北設(shè)備的實(shí)施例在本公開中被主要討論， 但是應(yīng)當(dāng)注意，本公開的實(shí)施例不限于僅陀螺平臺指北設(shè)備。其他實(shí)施例明確地包括其他 慣性感測設(shè)備，例如但不限于，姿態(tài)和航向基準(zhǔn)系統(tǒng)（AHRS)或其他基于慣性的導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0009] 圖1是圖示針對慣性感測設(shè)備100的本公開的一個實(shí)施例的環(huán)境檢測系統(tǒng)101處 的框圖。環(huán)境檢測系統(tǒng)101包括多個環(huán)境檢測路徑105 (各自通過105-U105-2和105-3 示出)，系統(tǒng)101被配置用于檢測的每個可能的環(huán)境一個路徑105。環(huán)境檢測路徑105中的 每一個包括耦合到加權(quán)因子計(jì)算器120的傳播算子估計(jì)器110。
[0010] 在圖1中所示的具體實(shí)施例中，環(huán)境檢測路徑105-1包括第一傳播算子估計(jì)器 110,第一傳播算子估計(jì)器110實(shí)現(xiàn)被優(yōu)化用于模擬海上姿態(tài)振蕩的第一環(huán)境模型。環(huán)境檢 測路徑105-2包括第二傳播算子估計(jì)器110,第二傳播算子估計(jì)器110實(shí)現(xiàn)被優(yōu)化用于模擬 預(yù)期空中姿態(tài)振蕩的第二環(huán)境模型。環(huán)境檢測路徑105-3包括第三傳播算子估計(jì)器110,第 三傳播算子估計(jì)器110實(shí)現(xiàn)被優(yōu)化用于模擬預(yù)期地面上姿態(tài)振蕩的第三環(huán)境模型。在又其 他實(shí)施例中，環(huán)境檢測系統(tǒng)101可以被實(shí)現(xiàn)為僅具有兩個這樣的環(huán)境檢測路徑或者多于圖 1中示出的三個。
[0011] 如上所述，在替代實(shí)施例中，傳播算子估計(jì)器110中的每一個可以使用卡爾曼濾 波器算法(或其變體）來實(shí)現(xiàn)，卡爾曼濾波器算法(或其變體）使用環(huán)境模型針對特定環(huán)境被 優(yōu)化。傳播算子估計(jì)器110實(shí)現(xiàn)狀態(tài)預(yù)測器和狀態(tài)更新算法。也就是說，使用針對分配給 具體環(huán)境檢測路徑105的環(huán)境被優(yōu)化的具體環(huán)境模型，傳播算子估計(jì)器算法110基于從慣 性測量單元102的測量速率輸出獲得的角速率測量值的當(dāng)前序列 Zl、z2、……、zk和狀態(tài)的 現(xiàn)有值來預(yù)測針對未來狀態(tài)集合的值。然后，每個傳播算子估計(jì)器算法110更新其自己的 濾波器狀態(tài)，并且將其預(yù)測結(jié)果與實(shí)際慣性速率測量結(jié)果作比較。該比較考慮可能由于環(huán) 境條件中的噪聲、設(shè)備容限和變化而導(dǎo)致的、測量數(shù)據(jù)中通常能夠預(yù)期的任何誤差。測量結(jié) 果和預(yù)測結(jié)果之間的差表示稱為殘差的偏差。如果殘差小，則傳播算子估計(jì)器110可以嘗 試通過將殘差(或其至少一些部