用于計算垂直位置的系統和方法技術方案

本發明專利技術揭示為運動主體提供高度垂直測量準確性的控制系統和方法。所述系統采用用于垂直測量的慣性傳感器系統和全球導航衛星系統，所述全球導航衛星系統包括多路徑減少或衰減以將移動主體的經校正垂直信息提供到所述慣性傳感器系統。這些系統的組合使得能夠維持所述主體的準確垂直位置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術關于用以準確地計算垂直位置的設備和方法。
技術介紹
現代建設和農業任務通常需要高度的垂直準確性。事實上，用于此類項目(例如建造新的公路或機場跑道)的合同通常具有基于完工路面的光滑和平坦程度的獎金明細表。此外，許多項目包括嚴格的時間表，其還可并入有對按時或提早完工的激勵和/或對延誤的處罰。因此，對于承包方來說，快速地并以高度垂直準確性(通常1厘米2Σ準確性) 完成例如路面或跑道等建設項目已變得非常重要。例如鋪路機等重型設備在傳統上已使用多種技術來以高度精確性創建光滑平坦的表面。通常用以修筑光滑平坦路面的一種低技術方法是沿道路場地的任一側以周期性間隔放置木樁。接著將釘插入到所述木樁中，且將標線系到所述釘并在正建設的路面的恰當高度處牽拉。鋪路機的操作者接著手動地嘗試遵循所述標線，因而所得的浙青層沉積在恰當的位置和深度處。鋪路機由兩個主要組件(即，牽引機和刮板)構成。牽引機接納浙青、對浙青進行混合并將浙青鋪撒到待鋪表面上，同時向前推進鋪路機。刮板將所沉積的浙青壓縮并平整到所要寬度和厚度。因此，準確地控制刮板的垂直位置是實現光滑水平路面必不可少的。鋪路機采用兩個感測棒以用于控制目的一個棒用以控制高度；另一個棒用以控制左/右定位。高度感測棒擦過標線(或導引線)的下側，且用以控制鋪路機刮板(鋪路機的壓縮并平整浙青的那個部分)的高度。對準感測棒沿標線的內側擦過，且用以控制鋪路機的左/右位置。然而，標線系統具有許多缺點。舉例來說，設置和取下標線是非常耗時的，通常需要單獨的工作人員。另外，設置和取下標線是昂貴的(標線的估計成本在每英里$10，000 到$16，000的范圍內)。更重要的是，標線(尤其是由聚乙烯繩制成的標線)容易下垂。為了抵抗下垂，已采用航空鋼絲繩來代替聚乙烯繩，然而拉伸航空鋼絲繩以避免下垂需要絞盤機，這又消耗額外的時間和設備來設置。在過去幾年里，已出現了對使用標線的兩個替代方案全球導航衛星系統 (“GNSS”)和通用全站儀。對于此應用，GNSS指代任何衛星導航系統，包括但不限于GPS、 GLONASS, GALILEO 禾口 COMPASS。GNSS采用安裝于鋪路機上的天線和接收器來控制機器的高度和左/右位置。另外，第二接收器可用作基站來提供實時動態(“RTK”)或載波相位增強型GNSS，其附帶有較高準確性。RTK或載波相位增強型GNSS在全球衛星導航系統的
中是眾所周知的。然而，將GNSS用于此應用存在若干缺點。舉例來說，基于(尤其)在給定時間看得見的GNSS衛星的位置、與(大多數GNSS接收器所采用的)地球表面的橢圓體近似相比的地球表面的不均勻性以及由地球大氣層引入的傳播延遲和多路徑誤差，與水平位置相比， GNSS系統對于測量垂直位置來說實質上較不準確。最后，GNSS系統遭受等待時間問題，例如參考接收器數據中因遙測延遲所造成的等待時間。因此，GNSS系統獨自可能不足以用于需要高度垂直準確性的活動，換句話說，需要一厘米或更小的垂直準確性的應用。對使用標線的另一替代方案是通用(或機器人)全站儀(下文中稱為“UTS”)，其使用激光與無線電遙測技術的組合來跟蹤移動棱鏡。舉例來說，UTS系統通常采用安裝于鋪路機刮板的左側和右側上的一對棱鏡。兩個全站儀沿路面的每一側定位，其各自由三腳架安裝式激光和無線電調制解調器構成。每一全站儀的激光束設定在所要高度處，且由安裝于刮板的任一端上的棱鏡檢測并反射。接著檢測刮板棱鏡的高度隨刮板移動而相對于激光束的已知高度的改變。機載信號處理應用程序輔助操作者遵循由安裝于刮板上的棱鏡所檢測到的兩個激光束的位置和高度。UTS系統具有已知缺點。舉例來說，UTS系統必須隨鋪路機向前移動而大概每100 米或200米不斷地移動、重新安裝和重新調平。即使兩組UTS可蛙式前進(即，一個系統在使用中，而另一系統沿路面向前移動并進行設置)，此蛙式前進仍需要額外的設備和人力。 另外，UTS系統易于受環境干擾，例如雨、雪、灰塵和風。因此，需要一種用于建設、農業和其它重型設備的改進型控制系統，其能夠具有1 厘米的垂直準確性，不需要標線，且避免GNSS和UTS系統的上述缺點。
技術實現思路
本專利技術的概念包括一種用于確定運動主體的垂直位置的系統，其使用慣性測量單元，其經配置以確定所述運動主體的垂直加速度信息；處理器，其適于使用所述垂直加速度信息來確定所述主體的垂直移動量，且在預定坐標系中計算所述主體的垂直位置信息； 以及GNSS，其具有至少一個GNSS接收器，所述GNSS接收器適于提供所述主體在所述預定坐標系中的參考垂直位置信息，其中所述GNSS接收器經配置以減少多路徑噪聲，且將所述主體的經校正的GNSS垂直位置信息輸出到所述處理器，所述處理器通過比較來確定所述慣性測量單元的慣性測量誤差，且計算所述運動主體的正確垂直位置。除了經配置以減少多路徑噪聲的GNSS接收器之外，可采用其它減少多路徑噪聲的方法。舉例來說，可采用卡爾曼(Kalman)濾波器、莫里森(Morrison)濾波器和/或哈奇 (Hatch)濾波器來濾出多路徑噪聲。類似地，可使用均衡技術和/或移動相位陣列天線來減少、最小化或消除多路徑噪聲。還揭示一種用于確定運動主體的垂直位置的方法，其包含以下步驟確定運動主體的垂直加速度信息；根據所述運動主體的所述垂直加速度信息，計算所述運動主體的垂直移動量和垂直位置；以及根據至少一個GNSS接收器確定垂直參考位置，所述GNSS接收器經配置以在確定所述參考垂直位置信息時衰減多路徑失真且校正多路徑誤差。揭示另一種用于確定垂直位置的系統，其包含慣性測量單元，其包括導航級加速計以用于確定運動主體的垂直加速度信息；處理器，其用于根據所述垂直加速度信息確定垂直位置信息；至少一個全球導航衛星系統接收器，其適于提供所述運動主體的參考垂直位置信息；以及控制器，其經配置以減少來自所述全球導航衛星系統接收器的多路徑衛星信號，所述控制器的輸出將垂直位置校正信息提供到所述處理器以用于確定垂直位置。揭示另一種用于確定垂直位置的系統，其包含慣性測量單元，其用于確定運動主體的垂直加速度信息；處理器，其用于根據所述垂直加速度信息確定垂直位置信息；至少一個全球導航衛星系統接收器，其適于提供所述運動主體的參考垂直位置信息，其中所述接收器包括一個或一個以上天線，所述天線經配置以將多路徑信號隨機化為噪聲；以及垂直位置誤差控制器，對所述控制器的輸入為所述參考垂直位置信息和所述所確定的垂直位置信息，且所述控制器的輸出將垂直位置校正信息提供到所述處理器以用于確定垂直位置。揭示另一種用于確定垂直位置的方法，其包含以下步驟提供運動主體的導航級垂直加速度信息；提供所述運動主體的基于衛星的垂直位置信息；處理所述運動主體的所述垂直加速度信息以確定垂直位置信息；確定所述所確定的垂直位置信息與所述所提供的垂直位置信息之間的差；以及采用所述差來處理所述運動主體的所述垂直加速度信息。揭示又一種用于確定垂直位置的系統，其包含導航級加速計，其用于確定運動主體的垂直加速度信息；處理器，其用于根據所述垂直加速度信息確定垂直位置信息；衛星導航接收器，其用于提供所述運動主體的參考垂直位置信息，其中所述接收器包括連接到所述衛星導航接收器的天線，所述天線經配置以使多路徑噪本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：布魯諾·史爾辛格，烏爾利希·沃拉芙，
申請(專利權)人：崔寶導航有限公司，
類型：發明
國別省市：