[发明专利]信号处理模块、具有信号处理模块的导航设备、设置有导航设备的交通工具和提供导航数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理模块。

本发明还涉及设置有信号处理模块的导航设备。

本发明还涉及设置有导航设备的交通工具。

本发明还涉及提供导航数据的方法。

背景技术

现今利用GPS导航装置可以比较精确地确定交通工具的位置。然而，在某些情况下，当GPS导航信号并不总是可能得到、例如在海平面以下的位置和在建筑物内时，需要备选的导航方法。一种这样的备选方法基于从惯性传感器获得的数据。惯性传感器包括陀螺仪和加速度计。陀螺仪提供关于交通工具方位的信息，加速度计提供关于其加速度的信息。如果已知交通工具的初始位置和速度，则通过从加速度计和陀螺仪获得的加速度和方位数据的数值积分可以估计出交通工具的瞬时速度和瞬时位置。一般地，加速度计具有系统误差，也表示为偏差，这导致位置表示中出现漂移，随时间呈指数变化。因此，这种基于惯性传感器的导航系统需要定期进行校准，从而测量和补偿传感器偏差。具有低成本的传感器，但没有偏差补偿，这样的导航方案在几分钟之内就变得无效。

计算偏差和偏差补偿后的传感器信号的方法被称为指标法(indexing)。该方法包括在预定方位(例如加速度传感器的0°和180°)处测量加速度和计算来自测量结果总和的偏差。以这种方式所获得偏差的估计可以用于校正测量结果。这具有为了校准需要定期中断加速度测量的缺点。可选地，通过对测量结果做减法可以获得偏差补偿后的加速度信号。这具有如下缺点，即，在新的偏差补偿后加速度信号样本可用之前，必须等待直到传感器已经旋转过180度。

US7212944描述了用于确定包括多个传感器的偏差的方法。不同的传感器按顺序旋转，同时其他传感器的输出用于随时间连续地进行惯性计算。当每个加速度传感器不时地旋转时，偏差结果达到平均数。尽管这允许加速度的连续测量，但是仍然需要加速度传感器的比较复杂的控制，以便按顺序旋转传感器中的一个，并且选择确定加速度信号的其他传感器。

因此，需要更简单的设备和方法来确定偏差和/或提供加速度的偏差自由估计。

发明内容

根据发明的第一方面，提供了如权利要求1所要求的信号处理模块。

根据发明的第二方面，提供了如权利要求2所要求的导航设备。

根据发明的第三方面，提供了如权利要求12所要求的方法。

而且，根据发明的第四方面，提供了如权利要求10所要求的交通工具。

根据发明，提供了第一加速度测量矢量信号和第二加速度测量矢量信号，其分别包括第一序列矢量信号样本和第二序列矢量信号样本。矢量信号样本至少包括第一线性无关加速度测量信号分量和第二线性无关加速度测量信号分量。这些信号分量通过沿着彼此正交的轴的加速度的测量优选地获得，但是可选地，所述轴可以具有不同于90°的相对角度方位，例如在20°到60°的范围内。

提供了旋转角度信号，表明获得第一序列样本和相应的第二序列样本所在的方位的差。

从第一加速度测量矢量信号和第二加速度测量矢量信号生成至少一个差信号，通过对从旋转角度差信号得到的矩阵求逆来提供逆矩阵数据，接着从至少一个差信号和逆矩阵数据估计出偏差信号和/或偏差校正后的物体状态信号。在生成差信号之前，第一加速度测量矢量信号和第二加速度测量矢量信号可以受到进一步的操作。

根据本发明的方法和设备，周期性地采样处于不同方位的加速度测量样本。考虑到获得了第一序列样本和相应的第二序列样本所在方位的差，可以周期性地获得所测量信号样本的偏差的贡献和偏差补偿信号的估计。

应当注意的是，US7066004公开了具有用于提供静态和动态的偏差补偿的整体旋转装置的MEM惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪)。所描述的传感器包括设置在可旋转的MEM台上的MEM惯性传感元件。MEM致动器驱动至少两个预定可旋转位置之间的台的旋转。测量和比较在至少两个可旋转位置上的MEM惯性传感器的输出，这同时允许基于传感器的输出的惯性计算中的静态和动态偏差补偿。已知的传感器需要在静态模式下操作，以便能够估计偏差。