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】
[0001] 為了確保適當的操作，典型的陀螺平臺指北設備需要與水平參考平面的初始對 準，通常被稱為調平。當在位于地面上或以其他方式安裝到穩(wěn)定平臺的設備上執(zhí)行調平時， 對陀螺平臺指北設備執(zhí)行該對準是最直接的。然而，經常有必要在不太理想的條件下(諸 如當設備位于空中飛行器上或海上船舶上時）執(zhí)行調平。為了適應在該條件下的陀螺平臺 指北設備的調平，已經開發(fā)了不同的調平算法。例如，陀螺平臺指北設備可以包含用于在 設備位于地面上時使用的第一調平算法、用于在設備位于空中飛行器上時使用的第二調平 算法、以及用于在設備位于海上船舶上時使用的第三調平算法。問題是本領域中的陀螺平 臺指北設備目前必須在發(fā)起其對準過程之前手動配置要使用哪個調平算法。也就是說，必 須告知該設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的調平算法來執(zhí)行對 準過程。如果選擇了不正確的環(huán)境和算法，則使用沒有針對當前環(huán)境優(yōu)化的調平算法可能 使得設備花費較長的時間量來對準，并且最終使陀螺平臺指北設備被用于的系統(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域技術人員將變得顯而易見 的下述其他原因，在本領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)明內容】

[0003] 本發(fā)明的實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)。在一個實施例 中，一種用于具有輸出角速率測量結果序列的慣性測量單元的設備的環(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測結果，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 加權因子，該加權因子是在給定角速率測量結果序列的情況下環(huán)境檢測路徑的環(huán)境模型是 當前操作環(huán)境的真實模型的概率的函數；并且其中，算法選擇器基于來自環(huán)境檢測路徑中 的每一個的加權因子的函數來生成輸出。
【附圖說明】
[0005] 當根據優(yōu)選實施例的描述及下面的附圖考慮時，本發(fā)明的實施例可以被更容易地 理解，并且其另外的優(yōu)點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施例的針對慣性設備的環(huán)境檢測系統(tǒng)的圖； 圖2是圖示本公開的一個實施例的針對環(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施例的方法的流程圖。
[0006] 根據一般實踐，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 關的特征。遍及附圖和文本，附圖標記表示類似的元件。
【具體實施方式】
[0007] 在以下的詳細描述中，參考形成詳細描述的一部分的附圖，并且其中通過可以實 踐本發(fā)明的特定說明性實施例的方式被示出。這些實施例被足夠詳細地描述以使本領域技 術人員能夠實踐本發(fā)明，并且應當理解，可以利用其他實施例，并且可以在不背離本發(fā)明的 范圍的情況下進行邏輯、機械和電氣的改變。因此，不以限制的意義考慮以下的詳細描述。
[0008] 本公開的實施例使得陀螺平臺指北設備或其他慣性感測設備能夠針對自身確定 其已經被部署在其中的環(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 的適當調平算法。本公開的實施例利用關于通常在不同環(huán)境條件下經歷的慣性干擾的性質 的憑經驗獲得的知識。更具體地，本公開的實施例實現多個同時運行的模型，這些模型每一 個都模擬與不同環(huán)境條件相關聯的振蕩。例如，在一個實施例中，環(huán)境檢測系統(tǒng)實現由三 個不同環(huán)境模型構成的集合。在該示例中，第一模型模擬預期針對相當高的海面狀況的振 蕩，第二模型模擬預期針對空中飛行器的振蕩，并且第三模型模擬預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姿態(tài)振蕩相關聯。每一個環(huán)境模型在其自己的獨特 傳播算子估計器算法(其可以例如使用卡爾曼濾波器算法或其某個變體來實現）內被實現， 該傳播算子估計器算法使用環(huán)境模型之一針對特定環(huán)境被優(yōu)化。慣性速率測量結果(例如， 在50Hz頻率取得的滾轉速率測量結果）是從陀螺平臺指北設備的測量速率輸出捕獲的，并 且作為測量數據被提供給傳播算子估計器。每個傳播算子估計器使用其特定環(huán)境模型來預 測其從測量速率輸出預期的慣性速率測量結果。傳播算子估計器將其預測的測量狀態(tài)與實 際慣性速率測量結果作比較，并且根據二者之間的任何未預期的誤差，傳播算子估計器計 算速率殘差。傳播算子估計器向前傳播從其當前預測結果計算的更新的預測測量狀態(tài)的集 合和測量數據。通過分析通過加權概率算法從每個傳播算子估計器產生的角速率估計，來 自傳播算子估計器之一的結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 估計器的結果正確的概率將收斂到低(或零）概率。高概率結果指示：由該傳播算子估計器 正在使用的環(huán)境模型最好地模擬陀螺平臺指北設備的當前操作環(huán)境。例如，如果陀螺平臺 指北單元被部署在海上，則實現該"海上"優(yōu)化環(huán)境模型的傳播算子估計器應當產生如下結 果：該結果指示該"海上"模型是當前操作環(huán)境的"真實模型"的高概率。這是因為使用"海 上"模型的傳播算子估計器應當產生比其他傳播算子估計器對預期"海上"振蕩的更準確的 預測結果。同樣，如果陀螺平臺指北單元被部署在飛行中的飛機上，則實現"空中"優(yōu)化環(huán) 境模型的傳播算子估計器應當產生速率殘差，該速率殘差指示"空中"模型正產生比其他傳 播算子估計器更準確的預期振蕩的預測結果的高概率。一旦做出關于哪個環(huán)境模型是真實 模型（意味著它最好地模擬當前實際環(huán)境振蕩）的確定，則陀螺平臺指北設備就可以執(zhí)行針 對該環(huán)境優(yōu)化的調平算法。雖然討論陀螺平臺指北設備的實施例在本公開中被主要討論， 但是應當注意，本公開的實施例不限于僅陀螺平臺指北設備。其他實施例明確地包括其他 慣性感測設備，例如但不限于，姿態(tài)和航向基準系統(tǒng)（AHRS)或其他基于慣性的導航系統(tǒng)。
[0009] 圖1是圖示針對慣性感測設備100的本公開的一個實施例的環(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因子計算器120的傳播算子估計器110。
[0010] 在圖1中所示的具體實施例中，環(huán)境檢測路徑105-1包括第一傳播算子估計器 110,第一傳播算子估計器110實現被優(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器110,第二傳播算子估計器110實現被優(yōu)化用于模擬 預期空中姿態(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器110,第 三傳播算子估計器110實現被優(yōu)化用于模擬預期地面上姿態(tài)振蕩的第三環(huán)境模型。在又其 他實施例中，環(huán)境檢測系統(tǒng)101可以被實現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，在替代實施例中，傳播算子估計器110中的每一個可以使用卡爾曼濾 波器算法(或其變體）來實現，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。傳播算子估計器110實現狀態(tài)預測器和狀態(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前序列 Zl、z2、……、zk和狀態(tài)的 現有值來預測針對未來狀態(tài)集合的值。然后，每個傳播算子估計器算法110更新其自己的 濾波器狀態(tài)，并且將其預測結果與實際慣性速率測量結果作比較。該比較考慮可能由于環(huán) 境條件中的噪聲、設備容限和變化而導致的、測量數據中通常能夠預期的任何誤差。測量結 果和預測結果之間的差表示稱為殘差的偏差。如果殘差小，則傳播算子估計器110可以嘗 試通過將殘差(或其至少一些部