DE102011080432A1

DE102011080432A1 - Systeme und Verfahren zum Berechnen einer vertikalen Position

Info

Publication number: DE102011080432A1
Application number: DE102011080432A
Authority: DE
Inventors: Bruno M. Scherzinger; Ulrich Vollath
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: US20120050095A1; DE102011080432B4; CN102401658B; US8395542B2; CN102401658A

Abstract

Steuersystem und Verfahren, die einen hohen Grad von Vertikal-Messungsgenauigkeit für einen Körper in Bewegung bereitstellen, werden offenbart. Die Systeme verwenden ein Inertial-Sensorsystem für eine vertikale Messung und ein Global-Navigationssatelliten-System, das Mehrpfadverringerung oder Abschwächung enthält zum Bereitstellen von korrigierter vertikaler Information für einen sich bewegenden Körper für das Inertial-Sensorsystem. Die Kombination dieser Systeme ermöglicht das Aufrechterhalten einer akkuraten vertikalen Position für diesen Körper.

Description

HINTERGRUND
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum genauen Berechnen einer vertikalen Position.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Moderne Bau- und Agraraufgaben benötigen oft einen hohen Grad an vertikaler Genauigkeit. Tatsächlich weisen Verträge für solche Projekte, wie zum Beispiel das Bauen einer neuen Straße oder einer Landebahn eines Flughafens, oft Bonusgebührtabellen auf auf Grundlage des Ausmaßes, hinsichtlich welchem die fertige Strasse glatt und flach ist. Ferner enthalten viele Projekte strenge Zeitpläne, die auch Anreize enthalten können für eine pünktliche oder frühe Fertigstellung, und/oder Strafen für Verzögerungen. Deshalb ist es sehr wichtig für Bauunternehmer geworden, Bauprojekte zu beenden, wie zum Beispiel Straßen oder Startbahnen beispielsweise, schnell und in einem hohen Grad an vertikaler Genauigkeit, oft 1 Zentimeter, 2-Sigma-Genauigkeit.
Schweres Gerät, wie zum Beispiel Straßenfertiger, haben traditionell eine Vielzahl von Techniken verwendet zum Erzeugen von glatten, flachen Oberflächen mit einem hohen Grad an Präzision. Ein einfaches Verfahren, das gewöhnlich verwendet wird zum Erzeugen von glatten, flachen Wegen ist es Knoten bzw. Hubs an periodischen Intervallen entlang jeder Seite des Weges zu positionieren. Pins bzw. Stäbe werden dann eingeführt in die Hubs und eine Schnur wird festgemacht an den Pins und festgezogen an der passenden Höhe für den zu bauenden Weg. Der Bediener des Straßenfertigers versucht dann manuell, der Schnur zu folgen, so dass die resultierende Asphaltschicht aufgebracht wird am passenden Platz und Tiefe.
Straßenfertiger bestehen aus zwei Hauptkomponenten, dem Traktor und dem Glätter bzw. Abzieher. Der Traktor empfängt, mischt und breitet den Asphalt auf der Oberfläche, die zu ebenen ist, aus, während er den Straßenfertiger vorwärts treibt. Der Glätter bzw. Abzieher presst und glättet den aufgebrachten Asphalt auf die gewünschte Breite und Dicke. Deshalb ist ein akkurates Steuern der vertikalen Position des Abziehers kritisch, um einen glatten, ebenen Weg zu erreichen.
Straßenfertiger verwenden zwei Detektierstäbe für Steuerzwecke: einen Stab zum Steuern der Höhe; den anderen zum Steuern von Links/Rechts-Positionierung. Der Höhendetektierstab streicht entlang der Unterseite der Schnur (oder Richtlinie) und wird verwendet zum Steuern der Höhe des Abziehers des Straßenfertigers (das Teil des Straßenfertigers, das den Asphalt presst und glättet). Der Anordnungsdetektierstab streicht entlang der Innenseite der Schnur und wird verwendet zum Steuern der Links/Rechts-Position des Straßenfertigers.
Jedoch weisen Schnursysteme vielerlei Nachteile auf. Beispielsweise ist das Aufstellen und Abnehmen einer Schnur sehr zeitaufwendig, was gewöhnlich eine Extramannschaft braucht. Ferner ist Aufstellen und Abnehmen von Schnüren teuer (geschätzte Kosten für Schnüre sind im Bereich von $10,000 bis $16,000 pro Meile). Noch wichtiger ist, dass Schnüre, insbesondere solche, die von Polyethylenseilen gefertigt werden, einem Nachlassen bzw. Nachgeben ausgesetzt sein können. Zum Bekämpfen des Nachlassens wurden Flugzeugkabel verwendet anstatt von Polyethylenseilen, jedoch erfordert ein Dehnen von Flugzeugkabeln zum Vermeiden eines Nachlassens eine Winde, was wiederum zusätzliche Zeit benötigt und Geräte zum Aufstellen.
In den letzten Jahren sind zwei Alternativen zum Verwenden von Schnüren aufgetreten: globale Navigationssatellitensysteme (”GNSS”, Engl. Global Navigation Satellite Systems) und universelle Totalstationen. Für diese Anwendung, GNSS bezieht sich auf irgendein Satellitennavigationssystem einschließlich, aber nicht begrenzt auf GPS, GLONASS, GALILEO und COMPASS.
GNSS verwendet eine Antenne und einen Empfänger, die an dem Straßenfertiger angebracht sind, zum Steuern der Höhe und Links/Rechts-Position der Maschine. Zusätzlich kann ein zweiter Empfänger verwendet werden als eine Basisstation zum Bereitstellen von einer Echtzeitkinematik (”RTK”, Engl. Real Time Kinematic) oder einem trägerphasenverbesserten GNSS, und mit seiner Anwesenheit eine höhere Genauigkeit. RTK oder ein trägerphasenverbessertes GNSS sind in der Technik der globalen Satellitennavigationssysteme gut bekannt.
Jedoch gibt es mehrere Nachteile hinsichtlich einer Verwendung von GNSS für diese Anwendung. Beispielsweise sind GNSS-Systeme im Wesentlichen weniger genau zum Messen einer vertikalen Position verglichen zu einer horizontalen Position auf Grundlage (unter anderem) der Position der GNSS-Satelliten hinsichtlich einer vorgegebenen Zeit, der Unebenheit der Oberfläche der Erde verglichen zu der ellipsoiden Annäherung der Oberfläche der Erde (verwendet durch die meisten GNSS-Empfänger), und ferner Ausbreitungsverzögerungen und Mehrpfadfehler, die durch die Atmosphäre der Erde zugefügt werden. Letztendlich leiden GNSS-Systeme an Latenzproblemen, beispielsweise Latenz in den Referenzempfängerdaten aufgrund einer telemetrischen Verzögerung. Deshalb können GNSS-Systeme alleine nicht ausreichend sein für Aktivitäten, die einen hohen Grad an vertikaler Genauigkeit benötigen, in anderen Worten Anwendungen, die eine vertikale Genauigkeit von einem Zentimeter oder weniger benötigen.
Andere Alternativen zur Verwendung von Schnüren ist eine universelle (oder roboterartige) Totalstation (hier im Folgenden ”UTS”), die eine Kombination von Laser- und funktelemetrischen Technologien verwendet zum Nachverfolgen eines sich bewegenden Prismas. Beispielsweise verwenden UTS-Systeme gewöhnlich ein Paar von Prismen, die angebracht sind an der linken und rechten Seite eines Abziehers eines Straßenfertigers. Zwei Totalstationen werden entlang jeder Seite des Wegs positioniert, wobei jede aus einem Laser, der auf einem Stativ angebracht und einem Funkmodem besteht. Der Laserstrahl von jeder Totalstation wird eingestellt auf eine gewünschte Höhe und wird detektiert und reflektiert durch die Prismen, die an jedem Ende des Abziehers angebracht sind. Eine Änderung in der Höhe der Prismen des Abziehers, sobald der Abzieher sich relativ zu der bekannten Höhe des Laserstrahls bewegt, wird dann detektiert. In der Station befindliche Signalverarbeitungsanwendungen helfen dem Bediener zum Folgen des Ortes und Höhe der zwei Laserstrahlen, wenn sie detektiert werden durch die Prismen, die an dem Abzieher. angebracht sind.
UTS-Systeme haben bekannte Nachteile. Beispielsweise müssen UTS-Systeme sich konstant bewegen, neu installiert werden und neu nivelliert werden, ungefähr alle 100 Meter oder 200 Meter wenn der Straßenfertiger sich vorwärts bewegt. Obwohl zwei Gruppen von UTSs übersprungen werden können (d. h. ein System wird verwendet, während ein anderes den Weg hoch bewegt wird und eingestellt wird), benötigt dieses Überspringen ein zusätzliches Gerät und Arbeitsleistung. Ferner reagieren UTS-Systeme empfindlich bei Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Regen, Schnee, Staub und Wind.
Deshalb gibt es einen Bedarf für ein verbessertes Steuersystem für Bau-, Agrar- und andere schweren Geräte, das in der Lage ist, eine 1 Zentimeter vertikale Genauigkeit bereitzustellen, das keine Schnüre benötigt, und die oben erwähnten Nachteile von GNSS und UTS-Systemen vermeidet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER Erfindung
Das Konzept dieser Offenbarung enthält ein System zum Bestimmen der vertikalen Position eines Körpers in Bewegung unter Verwendung: einer Inertialmesseinheit, konfiguriert zum Bestimmen vertikaler Beschleunigungsinformation für den Körper in Bewegung; eines Prozessors, ausgebildet zum Verwenden der vertikalen Beschleunigungsinformation zum Bestimmen eines Betrags einer vertikalen Bewegung des Körpers und zum Berechnen vertikaler Positionsinformation für den Körper in einem vorbestimmten Koordinatensystem; und eines GNSS mit mindestens einem GNSS-Empfänger, ausgebildet zum Bereitstellen einer Referenz-Vertikal-Positionsinformation für den Körper in dem vorbestimmten Koordinatensystem, wobei der GNSS-Empfänger konfiguriert ist zum Verringern eines Mehrpfadrauschens und zum Ausgeben korrigierter GNSS-Vertikal-Positionsinformation für den Körper an den Prozessor, was durch Vergleich inertialer Messfehler der Inertialmesseinheit bestimmt und eine korrekte vertikale Position des Körpers in Bewegung berechnet.
Andere Verfahren eines Verringerns von Mehrpfadrauschen bzw. Multipfadrauschen können verwendet werden anstatt eines GNSS-Empfängers, konfiguriert zum Verringern eines Mehrpfadrauschens. Beispielsweise kann ein Kalman-Filter, ein Morrison-Filter und/oder ein Hatch-Filter verwendet werden zum Herausfiltern des Multipfadrauschens. Ähnlich können Entzerrungstechniken und/oder sich bewegende Phasenarrayantennen (phased array antennas) verwendet werden zum Verringern, Minimieren oder Eliminieren von Mehrpfadrauschen.
Ferner ist ein Verfahren offenbart zum Bestimmen der vertikalen Position eines Körpers in Bewegung, umfassend die Schritte: Bestimmen einer vertikalen Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; Berechnen von der vertikalen Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung, des Betrags der vertikalen Bewegung und vertikalen Position des Körpers in Bewegung; und Bestimmen einer vertikalen Referenzposition von mindestens einem GNSS-Empfänger, konfiguriert zum Abschwächen von Mehrpfadverzerrungen und zum Korrigieren von Mehrpfadfehlern bei der Bestimmung der Referenz-Vertikalen-Positionsinformation.
Ein anderes System ist offenbart zum Bestimmen einer vertikalen Position, umfassend: eine Inertialmesseinheit, die einen Navigations-Güte-Beschleuniger zum Bestimmen der vertikalen Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; einen Prozessor zum Bestimmen vertikaler Positionsinformation von der vertikalen Beschleunigungsinformation; mindestens einen Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, ausgebildet zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung; und einen Controller, konfiguriert zum Verringern von Mehrpfadsatellitensignalen von dem Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, wobei die Ausgabe des Controllers die Vertikale-Positions-Korrekturinformation an den Prozessor ausgibt zum Bestimmen einer vertikalen Position.
Ein anderes System ist offenbart zum Bestimmen einer vertikalen Position, umfassend eine Inertialmesseinheit zum Bestimmen einer Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; einen Prozessor zum Bestimmen einer Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Beschleunigungsinformation; mindestens einen Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, ausgebildet zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung, wobei der Empfänger eine oder mehrere Antennen enthält, konfiguriert zum Randomisieren bzw. zufälligen Auswählen von Multipfadsignalen zu Rauschen; und einen Vertikal-Positionsfehler-Controller, wobei die Eingabe an den Controller die Referenz-Vertikal-Positionsinformation ist, sowie die bestimmte Vertikal-Positionsinformation, und wobei die Ausgabe des Controllers eine Vertikal-Positions-Korrekturinformation dem Prozessor bereitstellt zum Bestimmen einer vertikalen Position.
Ein anderes Verfahren zum Bestimmen einer vertikalen Position ist offenbart, das die Schritte umfasst: Bereitstellen von Navigationsgüte-Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; Bereitstellen von Satelliten-basierter Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung; Verarbeiten der vertikalen Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung zum Bestimmen einer Vertikal-Positionsinformation; Bestimmen des Unterschieds zwischen der bestimmten Vertikal-Positionsinformation und der bereitgestellten Vertikal-Positionsinformation; und Verwenden dieses Unterschieds bei der Verarbeitung der Vertikal-Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung.
Ein weiteres System zum Bestimmen einer Vertikal-Position ist offenbart, umfassend: einen Navigationsgüte-Beschleuniger bzw. Beschleunigungsmesser mit Navigationsgüte zum Bestimmen einer Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; einen Prozessor zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Beschleunigungsinformation; einen Satellitennavigationsempfänger zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung, wobei der Empfänger eine Antenne enthält, die verbunden ist mit dem Satellitennavigationsempfänger, konfiguriert zum Randomisieren von Mehrpfadrauschen; und eine negative Rückkopplungsschleife, enthaltend ein Filter, dessen Eingabe der Unterschied ist zwischen der Referenz-Vertikal-Positionsinformation und der bestimmten Vertikal-Positionsinformation, und dessen Ausgabe der Prozessor ist zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation.
Ein zusätzliches Verfahren zum Bestimmen von einer Vertikal-Position plus oder minus 1 Zentimeter, 2-Sigma ist offenbart, umfassend die Schritte: Bestimmen einer Vertikal-Referenzposition unter Verwendung eines Satellitennavigationsempfängers; Ausführen einer ersten Integration der Ausgabe eines Navigationsgütebeschleunigers mit Bezug auf die Zeit, unter Verwendung der Ausgabe der ersten Integration als die Eingabe in eine zweite Integration mit Bezug auf Zeit zum Erhalten einer Inertial-Vertikal-Position; Verzögern der Inertialnavigationsposition zum Inbetrachtziehen der Latenz, die in Zusammenhang steht mit dem Global-Navigationssystem-Empfänger; Subtrahieren der verzögerten Intertialposition von der Vertikal-Referenzposition; und Zurückführen des Unterschieds, unter Verwendung einer negativen Rückkopplung, an die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsintegratoren, so dass die Fehler verringert werden, die eingeführt werden in den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsintegrierern von dem Beschleunigungsmesser.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Offenbarung können sofort besser verstanden werden von der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, wobei.
1 ein Blockdiagramm eines verallgemeinerten Vertikal-Positionierungssystems zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines Vertikal-Positionierungssystems zeigt, das eine feste Verstärkung und eine negative Rückkopplungsschleife verwendet.
3 ein Blockdiagramm eines Vertikal-Positionierungssystems zeigt, das einen Kalman-Fehlerschätzer zeigt;
4 ein Blockdiagramm eines Vertikal-Positionierungssystems zeigt, das eine alternative Ausführungsform zeigt; und
5 ein Hardware-Diagramm zeigt, das die allgemeine Architektur eines Vertikal-Positionierungssystems darstellt, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung arbeitet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In einer Ausführungsform wird ein Inertialnavigationssystem kombiniert mit einem Global-Navigationssatellitensystem (”GNSS”, Engl. Global Navigation Satellite System) zum Erhalten einer vertikalen Position für Baugeräte, wie zum Beispiel einem Straßenfertiger. Diese Kombination verwendet die Attribute der GNSS- und Inertialnavigationssysteme und schwächt die inhärenten Beschränkungen von jedem System ab, wenn dies alleine verwendet wird. Beispielsweise kann ein Inertialnavigationssystem Navigationsgüte-Beschleuniger enthalten. Solch ein System ist in der Lage, nahe Null-Latenz und sehr niedriges kurzweiliges Rauschen bereitzustellen; während ein GNSS Langzeitfehlerstabilität bereitet. Es wird von einem Fachmann verstanden werden, dass ein Navigationsgüte-Inertialsystem Gyroskope bzw. Kreisel und Beschleuniger bzw. Beschleunigungsmesser enthält, die ausreichend genau sind zum Bereitstellen von weniger als 1,5 Km Drift pro Stunde. Jedoch ist, während Navigationsgüte-Intertialsysteme nützlich sind, solch ein System nicht ein benötigtes Element von jeder Ausführungsform, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist. Nichtsdestotrotz wurde es vorteilhaft gefunden, ein Navigationsgüte-Inertialsystem mit einem GNSS-System zu kombinieren, das eine Multipfadverbesserung enthält. Solch ein Hybridsystem kann 1 Zentimeter bereitstellen, 2-Sigmal-Vertikal-Positionsgenauigkeit, die benötigt wird vom heutigen modernen schweren Gerät, und was Projektspezifikationen trifft.
In GNSS bezieht sich Mehrpfad auf Satellitensignale, die an eine Antenne eines GNSS-Empfängers ankommen entlang zwei oder mehr Pfade von ungleicher Länge. Mehrpfadsignale können durch atmosphärische Effekte hervorgerufen werden, Brechung und/oder Reflektion von nahen Wasserkörpern und terrestrischen Objekten, wie zum Beispiel Berge, Gebäude und anderen Strukturen. Mehrpfadinterferenz kann in einem wesentlichen Verlust von Genauigkeit resultieren, beispielsweise Hervorrufen, dass die berechnete Empfängerposition zu kriechen oder plötzlich bewegen erscheint, was zu einer unzuverlässigen Positionsgenauigkeit führt. Deshalb ist und war ein Verringern oder Eliminieren von Mehrpfadsignalen ein Ziel für GNSS-Empfänger für einige Zeit.
Über die Jahre wurden viele verschiedene Verfahren erdacht zum Abschwächen oder Eliminieren der Effekte von Mehrpfad in einem GNSS. Siehe beispielsweise US Patent mit der Nummer 5,563,917 mit dem Titel ”Compensation for Multipath Errors and Ionosphere Delays in Differential Satellite Positioning Systems”; US Patent mit der Nummer 5,771,456 mit dem Titel ”Enhanced Suppression of Multipath Interference”; US Patent mit der Nummer 5,630,208 mit dem Titel ”Adaptive Multipath Equalization”; US Patent mit der Nummer 6,252,546 mit dem Titel ”Method and Apparatus for Processing Multipath Reflection Effects in Timing Systems”; US Patent mit der Nummer 6,252,863 mit dem Titel ”Multipath Compensation for Pseudorange Signals”; US Patentveröffentlichung mit der Nummer 2004/0066335 mit dem Titel ”Moving Antenna Phase Array Systems Related to Multipath Signals in Global Positioning Applications, and Methods of Using”; die hierin unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten sind.
Bisher wurden mehrere Arten von Tiefpassfiltern erdacht zum Eliminieren oder Verringern von Multipfadeffekten bzw. Mehrpfadeffekten, einschließlich aber nicht begrenzt auf eine Verwendung von einem Kalman-Filter, einem Morrison-Filter und/oder einem Hatch-Filter. Andere rekursive oder Vorhersage- und Aktualisierfilter können verwendet werden zum Verringern oder Eliminieren der Effekte von Mehrpfad, einschließlich aber nicht begrenzt auf INS-Integrierung. Für die Zwecke dieser Offenbarung wird ein Verfahren einer Mehrpfadverringerung oder Verbesserung, das einem Fachmann bekannt ist, ausreichend. Diese Offenbarung adressiert die Verringerung in den Effekten von Mehrpfad, verfügbar über die Kombination von GNSS-Positionsinformation und Inertialpositionsinformation.
Die Kombination eines GNSS-Empfängers, die Mehrpfadverringerung mit einer Navigationsgüte-IMU verwendet, führt zu besonderen synergetischen Effekten, aufgrund der Natur des Rauschens und der Fehler, die in beiden Systemarten vorhanden sind. Beispielsweise hat der Mehrpfadfehler in der Vertikalpositionslösung des GNSS-Empfängers im Allgemeinen ein Leistungsspektrum mit einer niedrigeren Frequenz, in Verbindung stehend mit der Rover-Antennenbewegung, und Mehrpfadunterdrückung bei der Referenzantenne. Im Gegensatz dazu wird, für einen Navigationsgütebeschleuniger, der Vertikalpositionsfehler, berechnet durch zweifaches Integrieren der erfassten vertikalen Beschleunigung, einen Positionszuwachs quadratisch mit der Zeit aufweisen, dessen Leistungsspektrum eine nah Null Frequenzbandbreite aufweist.
Vorausgesetzt, dass diese zwei Leistungsspektren sich größtenteils nicht überlappen, wird ein richtig entworfenes Komplementärfilter die zwei Datenquellen kombinieren, um eine integrierte Lösung zu erzielen, bei der sowohl Vertikal-Positions-Fehler abgeschwächt werden als auch die Vertikal-Positions-Genauigkeitsspezifizierung erfüllt wird. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet ein Kalman-Filter zum Regulieren aller Inertialnavigationsfehler, wobei einer von diesen der Vertikal-Positions-Fehler ist, unter Verwendung der Guss-Positionslösung. Das Kalman-Filter führt das komplementäre Filtern der Inertial- und GNSS-Vertikal-Positionslösungen aus, um die spezifische Genauigkeit zu erreichen.
Die Verwendung einer teuren Navigationsgüte-Inertialmesseinheit, die hochgenaue Gyroskope und Beschleunigungsmesser in den x-, y- und z-Achsen enthält, ist nicht notwendig von einem technologischen und Kostenstandpunkt. Obwohl die Verwendung von solch einem Gerät eine gute Genauigkeit in allen Achsen erreichen würde, würde es redundant sein, da nur die vertikale Achse von Interesse ist. Durch Verwenden von nur einem hochakkuraten bzw. sehr genauen Beschleuniger bzw. Beschleunigungssensor, positioniert in der vertikalen Richtung, und günstigeren Inertialsensoren für die x- und y-Achsen, wird die benötigte Vertikal-Genauigkeit mit vertretbaren Kosten erreicht. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele für unterschiedliche Wege, um solch ein System zu bauen.
Ein allgemeines Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in 1 gezeigt. Block 10 enthält eine Inertialmesseinheit, die im Allgemeinen drei Gyroskope bzw. Kreisel enthält, sowie zwei Beschleunigungsmesser mit mittlerer Genauigkeit und einen sehr genauen Beschleunigungssensor enthalten kann zum Messen einer Beschleunigung in der vertikalen Richtung. Die Ausgabe des sehr genauen Beschleunigungssensors wird dann verarbeitet durch ein Berechnungssystem 12, das vertikale Positionsinformation r n / z 14 berechnet unter Verwendung von unter anderem zwei Integrierern. Die doppelte Integration der Beschleunigung stellt den vertikalen Abstand dar, der zurückgelegt wurde, oder eine Höhe, wenn es relativ zu einer bekannten Referenzposition ist. Diese berechnete Vertikal-Positionsinformation, r n / z 14, mit der Referenz-Vertikal-Positionsinformation von einem oder mehreren GNSS-Empfängern, r GNSS / z 22, wird dann einem Vertikalpositionsfehler-Controller 20 bereitgestellt. Zusätzliche Hardware und/oder Software kann verwendet werden zum Implementieren eines verbesserten GNSS.
Beispielsweise kann ein zweiter GNSS-Empfänger verwendet werden zum Implementieren von RTK (oder trägerphasenverbessertem GNSS), oder ein Differential-GNSS kann verwendet werden. Ein Vertikal-Positionsfehler-Controller 20 kann eine feste Verstärkung, Vertikal-Positions-Controller und/oder einige andere Arten von Schätzer und Fehler-Controller, wie zum Beispiel Kalman-Filter, beispielsweise enthalten. Eine Negative-Rückkopplungsschleife 16 stellt wiederum eine Fehlerkorrektur für den Prozessor 12 dar.
Mit Bezug auf 2 ist eine Ausführung mit einer festen Verstärkung gezeigt, ein Vertikal-Positionsfilter zum Bestimmen einer vertikalen Position mit einer Genauigkeit von plus oder minus 1 Zentimeter, 2-Sigma. Insbesondere ist das Vertikal-Positionsfilter, gezeigt in 2, ein Vertikal-Filter dritter Ordnung, ähnlich zu den, die in barometrischen höhenabhängigen Inertialnavigationssystemen (barometric altitude-slaved inertial navigation systems) gefunden werden. Jedoch ist anstatt eines Verwendens von barometrischem Druck als die Referenzhöhe, die Referenzhöhe die vertikale Komponente der GNSS-Lösung.
Das Beschleunigungsmesser-Dreibein 30 umfasst drei Beschleuniger bzw. Beschleunigungsmesser, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Der vertikale Beschleunigungsmesser kann ein Servo-Beschleunigungsmesser einer Navigationsgüte sein (wie zum Beispiel der Honeywell QA2000). Die zwei horizontalen Beschleunigungsmesser können von einer geringeren Güte sein, möglicherweise mikroelektromechanische (”MEMS”) Beschleunigungsmesser. Das Beschleunigungsmesser-Dreibein misst einen spezifischen Kraftvektor f ^b in einem Sensorkörper-Koordinatenrahmen (b-Rahmen), der ungefähr angeordnet ist mit dem Weg (Abstand), Querweg (Kursbreite) und vertikalen Richtungen des Abziehers oder anderem Gerät.
Ein 2-Achsen-Neigungssensor 56 misst das Nicken und Rollen der x- und y-Achsen des Beschleunigungsmesser-Dreibeins 10 mit Bezug auf einen Navigationsrahmen (n-Rahmen), der lokal nivelliert ist und den gleichen Azimut aufweist, wie der b-Rahmen. Lokal nivelliert ist definiert, den Navigationsrahmen x- und y-Achsen zu bezeichnen, die orthogonal sind zu dem lokalen Gravitationsvektor.
Die Ausgabe des 2-Achsen-Neigungssensors 56 wird verwendet zum Berechnen der Richtungskosinusmatrix (”DCM”, Direction Cosine Matrix) C n / b 48, was f ^b transformiert zu f ^b = C n / bf ^b unter Verwendung von Multiplizierer 42. Die resultierende z-Komponente von f ⁿ wird dabei korrigiert für eine Gravitation 32 über den Summierer 44 zum Erzielen der vertikalen Beschleunigung, a n / z . Die vertikale Beschleunigung a n / z wird zuerst integriert mit Bezug auf Zeit unter Verwendung vom Integrierer 34 zum Bestimmen einer vertikalen Geschwindigkeit v n / z , und dann korrigiert (unter Verwendung von Negativer-Rückkopplung) durch Addierer 36. Diese korrigierte Summe vom Addierer 36 wird wieder integriert mit Bezug auf Zeit unter Verwendung von dem Integrierer 38 zum Bestimmen einer vertikalen Abstandsposition oder Höhe r n / z 40.
Der in 2 gezeigte Filter berechnet dann den Unterschied δr n / z = r n / z·r GNSS / z zwischen der berechneten Höhe r n / z (welches die doppelte Integration des vertikalen Beschleunigungswerts a n / z ist) und der GNSS-vertikalen Höhe oder Position r GNSS / z unter Verwendung vom Addierer 64. Die wahren vertikalen Positionen löschen sich in der Subtrahierung aus, was die Positionsfehler δr n / z weglässt. Wie in den anderen Figuren und Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, kann eine GNSS-Vertikal-Position erlangt werden von einem einzelnen GNSS-Empfänger und Antenne oder mehreren Empfängern und Antennen in einem RTK oder Träger-Phasen-System.
Addierer 64 führt dann diesen Unterschied δr n / z zurück durch eine konstante Verstärkung k₁ über eine Schleife 52 zum Korrigieren der berechneten Geschwindigkeit. Der Unterschied δr n / z wird auch multipliziert mit einer konstanten Verstärkung k₃ und Integrierer 68 zum Bestimmen eines Beschleunigungs-Bias 66. Mit anderen Worten sammelt der Integrierer 68 den Vertikalen-Beschleunigungs-Bias, was den Beschleunigungs-Bias und den Gravitationskorrekturfehler enthält. Eine dritte Rückkopplungsschleife 60 wird bereitgestellt durch Unterschied δr n / z , multipliziert mit einer Konstante k₂. Die Summe des Beschleunigungs-Bias bei der Rückkopplungsschleife 66 und k2·δr n / z bei Rückkopplungsschleife 60 wird kombiniert durch Addierer 58 und dann subtrahiert Von der Vertikal-Beschleunigung α n / z bei Addierer 44.
Die Verstärkungen, die durch Konstanten k₁, k₂ und k₃ dargestellt werden, werden entworfen, um eine Abwägung zu erreichen zwischen einer kurzzeitigen Positionsgenauigkeit, bereitgestellt durch die doppelte integrierte Beschleunigung und der langzeitigen Referenzgenauigkeit, bereitgestellt durch das GNSS. Es gibt mehrere Ansätze zum Bestimmen der Konstanten k₁, k₂ und k₃. Beispielsweise ist ein Ansatz, das Vertikal-Positions-Filter als ein Wiener-Filter zu entwerfen, und dabei k₁, k₂ und k₃ zu erhalten als Teil der Wiener-Filter-Implementierung.
Das Vertikal-Filter mit fester Verstärkung, das in 2 gezeigt ist, kompensiert die Latenz der GNSS-Positions-Fixierungen (fixes) durch einfaches Einfügen einer festen Verzögerung 46 zwischen die Ausgabe der doppelten Integration, r n / z , und Addierer 64. Dies führt zu einer Schleifenverzögerung, was benötigt, dass die Werte, die Konstanten k₁, k₂ und k₃ zugewiesen werden, angepasst werden zum Erhalten einer Schleifenstabilität. Die weniger genaue Niedriglatenzlösung wird nicht benötigt. Der Grund dafür, dass dieses Filter eine Schleifenverzögerung tolerieren kann, ist der, dass die Fehlerdynamik eine niedrige Frequenz aufweist.
Die Verstärkungen k₁, k₂ und k₃ können entworfen werden für eine angenommene Maximalverzögerung. Alternativ kann ein Array von Verstärkungen entworfen werden für eine diskrete Anzahl von Verzögerungsintervallen. Das Filter verwendet dann den Satz von Verstärkungen entsprechend dem Intervall, in das die tatsächliche Verstärkung fällt.
Der 2-Achsen Neigungssensor 56 sollte den vollständigen Neigungs-Dynamischen-Bereich mit guter Genauigkeit messen. Beispielsweise wird, falls der Abzieher bzw. Glätter sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und geringen Höhenänderungen unterzogen wird, dann ein Neigungssensor mit einem Paar von Beschleunigungsmessern (oder ihren Äquivalenten) ausreichend sein. Jedoch kann ein kleinerer Abzieher höhere Dynamiken ausgesetzt sein, wie zum Beispiel Schocks und Schaukeln. In diesem Fall kann ein Neigungssensor, der die benötigte dynamische Bandbreite aufweist, Gyroskope und Beschleunigungsmesser enthalten und ein Komplementärfilter oder Vollhilfs-Inertialnavigationssystem-(”AINS”, Aided Inertial Navigation System)-Mechanik. Beispielsweise wird ein Positions- und Orientierungssystem (”POS”), das eine mikroelektromechanische Inertialmesseinheit (”MEMS IMU”) 0,3 Grad von Nick- und Roll-Genauigkeit bereitstellen über einen großen dynamischen Bereich, was ausreichend ist für diese Anwendung.
Nun wird Bezug genommen auf eine Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist. Das Design ist ähnlich zu dem Filter mit fester Verstärkung, was in 2 gezeigt ist, aber unterscheidet sich in dem Verfahren einer Vertikal-Positions-Fehlerschätzung und Steuerung. Kalman-Filter 108, gezeigt in 3, implementiert ein Vertikal-Kanal-Fehlermodell, wie zum Beispiel das folgende (kontinuierliche Zeitversion, unten gezeigt): δr . n / z = δv n / z δv . n / z = δa n / z + η_a δa . n / z = βδa n / z + η_δa
Dies stellt ein Modell dar für einen Beschleunigungsfehler als einen Markov-Prozess 1. Ordnung plus Zufallsrauschen. Der Kalman-Filter-Zustandsvektor wird dann gegeben sein als
Das Kalman-Filter bildet die folgenden Messungen z_r = δr n / z = r n / z·r GNSS / z was direkt den Vertikal-Positions-Fehler δr_z zeigt und dem Kalman-Filter 80 erlaubt, den vollständigen Zustandsvektor zu schätzen. Fehler-Controller 102 transferiert die Schätzungen des Geschwindigkeitsfehlers δv ^_z und Positionsfehler δr ^, zu den entsprechenden Beschleunigungs-84- und Geschwindigkeit-88-Integrierern und korrigiert den Kalman-Filter-Zustand als
zum Inbetrachtziehen der Integriererkorrektur.
Das in 3 gezeigte Gerät implementiert die Inertialintegration mit der Beschleunigungsdatenrate, typischerweise 200–1000 Hz, und das Kalman-Filter mit der GNSS-Positions-Datenrate, typischerweise 1–10 Hz. Diese Konfigurierung erlaubt auch, dass eine Verzögerung 98 eingefügt wird in die Fehlersteuerschleife zum Handhaben von latenzsynchronisierten Daten (latent synchronized data) von dem GNSS-Empfänger. Fehler-Controller 102 ist programmiert zum Skalieren der Integriererzurücksetzungen zum Erhalten der Stabilität der Fehlerregulierungsschleife.
4 zeigt ein Applanix Position and Orientation System (”POS”) 91, dessen Inertialmesseinheit (”IMU”) 120 konfiguriert ist zum Enthalten eines Beschleunigungsmessers mit Navigationsgüte 126 in der z-Achse. Alternativ ist der vertikale Beschleunigungsmesser getrennt implementiert von einem günstigen IMU und Daten können für die IMU-z-Achsen-Beschleunigungsmesserdaten substituiert werden.
Das Hilfs-Inertial-Navigationssystem (”AINS”), das in 4 gezeigt ist, ist gut bekannt in der Gemeinschaft, die sich mit Navigation beschäftigt. Der Inertialnavigator 122 implementiert Newtons's Transversal- und Rotationsgleichungen der Bewegung auf der annähernden sphärischen Erde unter Verwendung gemessener Beschleunigungen von Inertialmesseinheit-(”IMU's”)-120-Beschleunigungsmessern und Winkeländerungen von den IMU-Gyroskopen. Kalman-Filter 134 ist entworfen zum Schätzen der INS-Positions-, Geschwindigkeits- und Orientierungsfehlern und den IMU- und GNSS-Fehlern. Fehler-Controller 128 übersetzt die geschätzten Fehler in Korrekturen für Inertial-Navigator 122 und Kalman-Filter 134. Die geschlossene Schleife um den Inertial-Navigator reguliert daher die INS-Fehler auf einen Genauigkeitsgrad, der konsistent mit der GNSS-Positionsgenauigkeit ist. Die in 4 gezeigte Konfigurierung enthält eine Verzögerung 130 in der INS-Position für Kalman-Filter 134 zum Kompensieren für GNSS-Latenz. Fehler-Controller 128 enthält eine Schleifenverstärkungsabschwächung, die die Fehlerregulierungsschleife stabil hält. Insbesondere berechnet der Fehler-Controller 128 einen oder mehrere Rücksetzvektoren auf Grundlage von Information, die bereitgestellt wird durch das Kalman-Filter 108, und wendet den einen oder mehrere Rücksetzvektoren auf Integrierer 84 und 88 und Addierer 86 an, wie in 3 gezeigt. Die INS-Fehler werden dabei kontinuierlich verringert auf signifikant kleineren Größenordnungen gehalten als ohne ein Filtern erhalten werden würde.
Die in 4 gezeigte AINS-Ausführungsform stellt eine Körper-zu-Navigator-Rahmentransformation des spezifischen Kraftvektors mit hoher Dynamik bereit. Die vertikale Komponente der AINS-Positionslösung wird dann ausgegeben an den Abzieher-Controller 124, wie in 4 gezeigt.
Das oben beschriebene System und Verfahren kann im Allgemeinen eingefügt werden in ein Kombinations-GNSS-IMU-Steuersystem, wie in 5 gezeigt. IMU 158 ist eine einzelne, stabile Anordnung enthaltend MEMS IMU 160, wie zum Beispiel den Intersense Navschip und Beschleunigungsmesser mit Navigationsgüte 150, wie zum Beispiel Honeywell QA2000, der angeordnet ist zu der z-Achse der MEMS IMU 160. Ein Beschleunigungsmesser mit hoher Genauigkeit 150 benötigt typischerweise einen Digitalisierer zum Umwandeln seiner analogen Ausgabe in digitale Abtastwerte einer inkrementalen Geschwindigkeit, synchronisiert zu den Inertial-Abtastzeiten des MEMS.
Trimble AP 154 enthält einen GNSS-Empfänger mit Vermessungsgüte (beispielsweise Trimble BD960) und eine MicroCore-Computer/Prozessor-Platine, die Inertialnavigator 122, Kalman-Filter 134 und Fehler-Controller 128 implementiert, was in 4 gezeigt wird. Trimble AP 154 enthält eine GNSS-Antenne 152 und Kabel. Die MicroCore-Prozessor-Platine enthält eine serielle Schnittstelle zu einem Funkmodem 156, welches die Quelle von RTCM oder CMR Differential/RTK-Daten Aufzeichnungen von Referenzempfänger 166 ist.1

1: RTCM steht für Radio Technical Commission for Maritime Services. In früheren Tagen von Differential GPS, RTCM hat ein Standardformat eingeführt zum Senden von differentiellen Korrekturdaten an einen GPS-Empfänger. CMR oder Compact Measurement Record, wurde von Trimble entwickelt und bezieht sich auf ein effizientes Protokoll mit mehr Bandbreite für Differential GPS verglichen zu RTCM. RTK steht für Real Time Kinematic und verwendet ein oder mehrere Referenzempfänger-Stationen zum Erzeugen einer Datenkorrekturfolge, die übertragen wird an Rover-GNSS-Empfänger zum Bereitstellen einer Positionsfixierung mit hoher Genauigkeit relativ zu einer der Referenzstationen oder zu einer virtuellen Referenzstation.

156

Referenzempfängerstation 170 umfasst Referenzempfänger 166, GNSS-Antenne 164 und Funkmodemsender 168. Die Referenzempfängerstation in Tandem mit Trimble AP 154 implementiert eine RTK oder Trägerphasen-verbessertes GNSS, was in der Technik gut bekannt ist.
Die Antenne 164 für Referenzempfänger 166 befindet sich an einer Referenzposition, hinsichtlich welcher der Abzieher des Straßenfertigers zu steuern ist. Referenzempfänger 166 sendet Differentialdaten, die gewöhnlich ein Industriestandardformat verwenden (RTCM-Arten 18/19/21/22 oder CMR-Plus) unter Verwendung von Funkmodemsender 168.
Die Rovereinheit 162 bzw. Geländeeinheit, angebracht an dem Abzieher, empfängt die Differentialdaten von Referenzempfängerstation 170 und berechnet eine vollständige POS-Navigationslösung mit der benötigten 1-Zentimeter-, 2-Sigma-Vertikal-Positionsgenauigkeit. Der in Trimble AP 154 implementierte AINS-Algorithmus verzögert das Kalman-Filter zum Unterbringen von Latenz-Differential-GNSS-Nachrichten. Die POS-Navigationslösung-Latenz ist unbeeinflusst durch diese Kalman-Filter-Verzögerung solange die Verzögerung 3 Sekunden oder weniger ist. Die Vertikal-Positions-Komponente der POS-Navigationslösung wird ausgegeben an den Abzieher-Controller. Diese Konfigurierung ist anwendbar auf alle Größen von Straßenfertigern und alle Dynamiken, die ein Straßenfertiger erzeugen kann. Anwendungen für die hierin beschriebene Offenbarung sind nicht begrenzt auf Straßenfertiger oder Straßenbaugeräte. Die Systeme und Verfahren, die hierin beschrieben werden, sind ähnlich anwendbar auf andere Arten von schweren Maschinen und Unternehmungen, die eine große Menge von vertikaler Position benötigen, wie zum Beispiel das Pflanzen von Samen mit einer exakten optimalen Tiefe, was versichert, dass das Fundament für ein Gebäude eben ist, und sich bei einer bestimmten Tiefe befindet mit einem hohen Grad an Genauigkeit, etc.
Weitere Modifikationen und Modifizierungen werden dem Fachmann ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist nur für darstellende Zwecke und ihr Umfang wird gemessen oder definiert nur durch die vorliegenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5563917 [0029]
US 5771456 [0029]
US 5630208 [0029]
US 6252546 [0029]
US 6252863 [0029]
US 2004/0066335 [0029]

Claims

Ein System zum Bestimmen der vertikalen Position eines Körpers in Bewegung, umfassend: [a] eine Inertialmesseinheit, konfiguriert zum Bestimmen von Vertikal-Beschleunigungsinformation für den Körper in Bewegung; [b] einen Prozessor, ausgebildet zum Verwenden der Vertikal-Beschleunigungsinformation zum Bestimmen eines Betrags einer vertikalen Bewegung des Körpers und zum Berechnen von Vertikaler-Positionsinformation für den Körper in einem vorbestimmten Koordinatensystem; und [c] ein GNSS mit mindestens einem GNSS-Empfänger, wobei der GNSS-Empfänger ausgebildet ist zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation für den Körper in dem vorbestimmten Koordinatensystem, der GNSS-Empfänger konfiguriert ist zum Verringern von Mehrpfadrauschen und zum Ausgeben korrigierter GNSS-Vertikal-Positionsinformation für den Körper an den Prozessor, wodurch der Prozessor Inertialmessfehler der Inertialmesseinheit durch Vergleich bestimmt und eine korrekte vertikale Position des Körpers in Bewegung berechnet.
Ein Verfahren zum Bestimmen der vertikalen Position eines Körpers in Bewegung, umfassend: [a] Bestimmen von Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; [b] Berechnen, von der Vertikal-Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung, des Betrags von vertikaler Bewegung und vertikaler Position des Körpers in Bewegung; [c] Bestimmen einer Vertikal-Referenzposition von mindestens einen GNSS-Empfänger, wobei der GNSS-Empfänger konfiguriert ist zum Abschwächen von Mehrpfadverzerrungen in dem Empfänger und Korrigieren für Mehrpfadfehler beim Bestimmen der Referenz-Vertikal-Positionsinformation.
Ein System zum Bestimmen einer vertikalen Position, umfassend: [a] eine Inertialmesseinheit, die einen Beschleunigungsmesser mit Navigationsgüte enthält zum Bestimmen der Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; [b] einen Prozessor zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Beschleunigungsinformation; [c] mindestens einen Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, ausgebildet zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung; [d] einen Controller, konfiguriert zum Verringern von Mehrpfadsatellitensignalen von dem Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, wobei die Ausgabe des Controllers Vertikal-Positions-Korrekturinformation bereitstellt an den Prozessor zum Bestimmen einer vertikalen Position.
Ein System zum Bestimmen einer vertikalen Position, umfassend: [a] eine Inertialmesseinheit zum Bestimmen einer Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; [b] einen Prozessor zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Beschleunigungsinformation; [c] mindestens einen Global-Navigationssatellitensystem-Empfänger, ausgebildet zum Bereitstellen von Referenzvertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung, wobei der mindestens eine Empfänger eine oder mehrere Antennen enthält, konfiguriert zum Randomisieren von Multipfadsignalen zu Rauschen; und [d] einen Vertikal-Positionsfehler-Controller, wobei die Eingabe an den Controller die Referenz-Vertikal-Positionsinformation und die bestimmte Vertikal-Positionsinformation ist, und die Ausgabe des Controllers Vertikal-Positions-Korrekturinformation an den Prozessor bereitstellt zum Bestimmen einer vertikalen Position.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer vertikalen Position, umfassend: [a] Bereitstellen von Vertikal-Beschleunigungsinformation mit Navigationsgüte eines Körpers in Bewegung; [b] Bereitstellen von Satelliten-basierter Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung; [c] Verarbeiten der Vertikal-Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation; [d] Bestimmen des Unterschieds zwischen der bestimmten Vertikal-Positionsinformation und der bereitgestellten Vertikal-Positionsinformation; und verwenden dieses Unterschieds beim Verarbeiten der Vertikal-Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vertikal-Positions-Information des Körpers in Bewegung GNSS-Information umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die GNSS-Information GPS-Information umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die GPS-Information GPS-Vertikal-Positionsinformation umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Kompensieren der berechneten Vertikal-Positionsinformation für Latenz-Vertikal-Positionsinformation.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend Subtrahieren der kompensierten berechneten Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Positionsinformation und Verwenden eines Ergebnisses der Subtraktion zum Durchführen der Korrekturen während der Verarbeitung der Vertikal-Beschleunigungsinformation.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verarbeiten der Vertikal-Beschleunigungsinformation des Körpers in Bewegung zum Bestimmen berechneter Vertikal-Positionsinformation ein Ausführen von mindestens einer Integration hinsichtlich der Vertikal-Beschleunigungsinformation umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Ausführen der mindestens einen Integration hinsichtlich der Vertikal-Beschleunigungsinformation Integrieren der Vertikal-Beschleunigungsinformation umfasst zum Bestimmen von Vertikal-Geschwindigkeitsinformation.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Ausführen der mindestens einen Integration hinsichtlich der Vertikal-Beschleunigungsinformation ferner umfasst Integrieren der Vertikal-Geschwindigkeitsinformation zum Bestimmen der berechneten Vertikal-Positionsinformation.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Vertikal-Beschleunigungsinformation mindestens eines umfasst von Inertial-Führungsinformation und Odometrie-Information.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine von Inertial-Führungsinformation und Odometrie-Information eine Information umfasst von einem Beschleunigungsmesser-Dreibein und 2-Achsen-Neigungssensor.
Ein System zum Bestimmen einer Vertikal-Position, umfassend: [a] einen Beschleunigungsmesser mit Navigationsgüte zum Bestimmen von Vertikal-Beschleunigungsinformation eines Körpers in Bewegung; [b] einen Prozessor zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation von der Vertikal-Beschleunigungsinformation; [c] einen Satellitennavigationsempfänger zum Bereitstellen von Referenz-Vertikal-Positionsinformation des Körpers in Bewegung, wobei der Empfänger eine Antenne enthält, die verbunden ist mit dem Satellitennavigationsempfänger, konfiguriert zum Randomisieren von Mehrpfadrauschen; und [d] eine negative Rückkopplungsschleife, enthaltend ein Filter, dessen Eingabe der Unterschied ist zwischen der Referenz-Vertikal-Positionsinformation und der bestimmten Vertikal-Positionsinformation, und dessen Ausgabe der Prozessor ist zum Bestimmen von Vertikal-Positionsinformation.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer vertikalen Position plus oder minus 1 Zentimeter, 2-Sigma, umfassend: a. Bestimmen einer Vertikal-Referenzposition unter Verwendung eines Satellitennavigationsempfängers; b. Ausführen einer ersten Integrierung der Ausgabe eines Beschleunigungsmessers mit Navigationsgüte bezüglich Zeit; c. Verwenden der Ausgabe der ersten Integrierung als die Eingabe an eine zweite Integrierung bezüglich Zeit zum Erhalten einer Inertial-Vertikal-Position. d. Verzögern der Inertial-Navigationsposition zum Inbetrachtziehen der Latenz, die in Zusammenhang steht mit dem Global-Navigationssystem-Empfänger; e. Subtrahieren der verzögerten Inertial-Position von der Vertikal-Referenz-Position; f. Zurückführen des Unterschieds, unter Verwendung einer negativen Rückkopplung, an die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsintegrierer, so dass die Fehler verringert werden, die eingeführt werden in den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsintegrierern von dem Beschleunigungsmesser.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Unterschied zwischen der verzögerten Inertial-Position und der Vertikal-Referenzposition multipliziert wird mit einer ersten Konstante und Subtrahieren von der Eingabe der zweiten Integration.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Unterschied zwischen der verzögerten Inertial-Position und der Vertikal-Referenz-Position multipliziert wird mit einer zweiten Konstante.