專(zhuān)利名稱(chēng)：具有慣性測(cè)量數(shù)據(jù)的dgps信息的直接調(diào)整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的地面車(chē)輛，尤其是諸如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、噴灑機(jī)、棉花采摘機(jī)等農(nóng)用車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及當(dāng)該地面車(chē)輛穿越非水平或不平坦地形時(shí)，能夠?yàn)榈孛孳?chē)輛姿態(tài)提供慣性補(bǔ)償?shù)幕谌蚨ㄎ幌到y(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于農(nóng)用地面車(chē)輛且基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于這種系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)接收器僅僅可以確定全球定位系統(tǒng)的天線(xiàn)位置。在大多數(shù)的地面車(chē)輛中，全球定位系統(tǒng)天線(xiàn)的安裝定位受約束于要求天空的清晰視界，全球定位系統(tǒng)的衛(wèi)星也是這樣。但糟糕的是對(duì)于多數(shù)地面車(chē)輛，該位置通常不是所需的控制點(diǎn)(例如拖拉機(jī)的牽引點(diǎn)、地面車(chē)輛輪軸、拖拉機(jī)牽引點(diǎn)之下地面上的點(diǎn)等)。結(jié)果當(dāng)穿越非水平地形(例如具有斜坡、丘陵、山谷等地形)時(shí)，上述全球定位系統(tǒng)確定位置后，地面車(chē)輛就不可能正確被導(dǎo)航，從而導(dǎo)致軌跡交叉并產(chǎn)生誤差。
為了計(jì)算上述所需控制點(diǎn)的位置，相比較于導(dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)，就必須進(jìn)行地面車(chē)輛空間定向(姿態(tài))的精確測(cè)量。測(cè)量上述地面車(chē)輛姿態(tài)的一種方式就是在車(chē)輛上固定安裝多個(gè)全球定位系統(tǒng)的天線(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行精確的全球定位系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，在導(dǎo)航架內(nèi)測(cè)量航向時(shí)，可以利用上述多個(gè)天線(xiàn)的相對(duì)位置來(lái)計(jì)算上述整個(gè)地面車(chē)輛的定向(位置、姿態(tài)和航向)。但利用該方式的導(dǎo)航系統(tǒng)需要多個(gè)精確的全球定位系統(tǒng)接收器，從而造價(jià)十分昂貴。
而且，上述全球定位系統(tǒng)可與一慣性系統(tǒng)相結(jié)合使用。在這種方式中，上述慣性系統(tǒng)測(cè)定地面車(chē)輛導(dǎo)向或轉(zhuǎn)向的初始位置和航向信息。隨后，由全球定位系統(tǒng)提供的信息用以校準(zhǔn)上述慣性系統(tǒng)所確定的位置和航向信息的偏移。該慣性系統(tǒng)包括測(cè)量側(cè)滾、偏航和牽引的回轉(zhuǎn)儀，還可以包括用以提高回轉(zhuǎn)儀測(cè)量信息精度的加速計(jì)。因此，例如多天線(xiàn)系統(tǒng)的慣性系統(tǒng)在很多情況下都很昂貴。
所以，就需要提供一種導(dǎo)航系統(tǒng)，其利用慣性擴(kuò)增(inertialaugmentation)以補(bǔ)償在穿越非水平地形時(shí)，基于全球定位系統(tǒng)的位置、航向和地面車(chē)輛姿態(tài)變化(例如側(cè)滾、偏航)所引起的軌跡間距誤差等導(dǎo)航信息，但并不需要傳統(tǒng)慣性系統(tǒng)中提供的整套回轉(zhuǎn)儀和加速計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于一種用于地面車(chē)輛、尤其是農(nóng)用車(chē)輛，例如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、噴灑機(jī)、棉花采摘機(jī)等的導(dǎo)航系統(tǒng)。該導(dǎo)航系統(tǒng)利用慣性擴(kuò)增，以在穿越非水平地形時(shí)，補(bǔ)償具有基于全球定位系統(tǒng)的位置、航向和地面車(chē)輛姿態(tài)變化(例如側(cè)滾、偏航)所引起的軌跡間距誤差等導(dǎo)航信息。通過(guò)這種方式，不需要增加費(fèi)用就可以提高上述導(dǎo)航系統(tǒng)的精確度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開(kāi)了一種用于地面車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)。在一示意性實(shí)施例中，上述導(dǎo)航系統(tǒng)包括一全球定位系統(tǒng)接收器裝置，用以從全球定位系統(tǒng)接收定位信號(hào)，并產(chǎn)生包括地面車(chē)輛位置(例如經(jīng)度和緯度)和航向的導(dǎo)航信息；以及一與上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置互聯(lián)的導(dǎo)航控制系統(tǒng)，從而有助于控制地面車(chē)輛的航向；一慣性補(bǔ)償裝置可耦接于上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置和導(dǎo)航控制系統(tǒng)。上述慣性補(bǔ)償裝置利用可慣性補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾和偏航的校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向，替換上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置所產(chǎn)生的位置和航向。上述校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向可提供經(jīng)過(guò)導(dǎo)航控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)導(dǎo)航信息，從而使導(dǎo)航控制系統(tǒng)利用控制地面車(chē)輛航向的信息。上述慣性補(bǔ)償裝置可進(jìn)一步計(jì)算上述非水平地形的坡度。上述導(dǎo)航控制系統(tǒng)隨后利用上述坡度確定連接到地面車(chē)輛的器具(可由地面車(chē)輛牽引或安裝到上述地面車(chē)輛上)的有效軌跡間距。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開(kāi)了一種控制穿越非水平地形的地面車(chē)輛航向的方法。在示意性實(shí)施例中，上述方法包括以下步驟從全球定位系統(tǒng)接收定位信號(hào)；產(chǎn)生地面車(chē)輛導(dǎo)航信息，該信息包括地面車(chē)輛的位置和航向；從上述產(chǎn)生的導(dǎo)航信息中得到上述位置和航向；將從上述導(dǎo)航信息中得到的上述位置和航向替換為慣性補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾和偏航的校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向以提供校準(zhǔn)導(dǎo)航信息；利用上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息控制上述地面車(chē)輛的航向。上述方法還可以進(jìn)一步包括計(jì)算地面車(chē)輛所穿越非水平地形的坡度，以便于確定連接到地面車(chē)輛的器具的有效軌跡間距。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，公開(kāi)了一種地面車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性補(bǔ)償裝置。上述慣性補(bǔ)償裝置同導(dǎo)航系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)接收器裝置、轉(zhuǎn)向裝置相協(xié)作。在示意性實(shí)施例中，上述慣性補(bǔ)償裝置包括一用以測(cè)定地面車(chē)輛偏航角度的回轉(zhuǎn)儀裝置，一用以測(cè)定地面車(chē)輛橫向加速度的加速計(jì)裝置，以及一處理裝置，該處理裝置將全球定位系統(tǒng)接收器裝置所測(cè)定的位置和航向信息替換為慣性補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾、偏航以提供校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息的校準(zhǔn)位置和航向信息。上述處理裝置利用回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)量的偏航角度和加速計(jì)裝置測(cè)量的橫向加速度，測(cè)定上述校準(zhǔn)的位置和航向信息，使得上述校準(zhǔn)導(dǎo)航信息慣性補(bǔ)償非水平地形上地面車(chē)輛的側(cè)滾和偏航。上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息被傳遞到導(dǎo)航控制系統(tǒng)，從而可利用上述信息控制地面車(chē)輛的航向。上述處理裝置可進(jìn)一步計(jì)算地面車(chē)輛所穿越非水平地形的坡度，以確定連接到地面車(chē)輛的器具的有效軌跡間距。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，公開(kāi)了一種連接到穿越非水平地形的地面車(chē)輛的器具(例如由地面車(chē)輛牽引或安裝到地面車(chē)輛上)的有效軌跡間距的測(cè)定方法。在示意性實(shí)施例中，該方法包括以下步驟測(cè)定地面車(chē)輛側(cè)滾角度；利用已測(cè)定的側(cè)滾角度確定非水平地形坡度；計(jì)算上述有效軌跡間距，其中上述有效軌跡間距可補(bǔ)償上述非水平地形的坡度。隨后，可利用上述校準(zhǔn)的軌跡間距控制上述地面車(chē)輛的航向，以使地面車(chē)輛的軌跡基本和前一航向的軌跡相平行或相切。通過(guò)這種方式，就可以減少或消除定位上述器具中產(chǎn)生的軌跡交叉誤差。
可以理解，前面的概述以及隨后的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，并不對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求構(gòu)成限制。作為說(shuō)明書(shū)一部分的附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，并與前面的概述一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。


通過(guò)參考附圖，本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)可以更好地被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，其中圖1和2是本發(fā)明示意性實(shí)施例所述能夠利用慣性補(bǔ)償裝置的基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖；圖3是說(shuō)明使用本發(fā)明所述的導(dǎo)航系統(tǒng)穿越非水平地形的地面車(chē)輛的側(cè)視圖；圖4是圖3所示的地面車(chē)輛的前視圖，進(jìn)一步說(shuō)明在車(chē)輛位置地面車(chē)輛的側(cè)滾效果；圖5是圖3所示地面車(chē)輛的頂視圖，進(jìn)一步說(shuō)明在車(chē)輛位置地面車(chē)輛的偏航效果；圖6是圖2所示導(dǎo)航系統(tǒng)中慣性補(bǔ)償裝置的框圖；圖7是圖3所示地面車(chē)輛的頂視圖，說(shuō)明了基于地面車(chē)輛牽引器具的有效軌跡間距，該地面車(chē)輛所穿越地形的坡度效果；圖8是進(jìn)一步說(shuō)明地面車(chē)輛或地面車(chē)輛所牽引器具的軌跡有效寬度和地面車(chē)輛所穿越地形坡度之間的關(guān)系；圖9是說(shuō)明使用地面車(chē)輛中的導(dǎo)航系統(tǒng)擴(kuò)增基于全球定位系統(tǒng)的位置和航向信息的方法的流程圖，其中上述位置和航向信息在地面車(chē)輛穿越非水平地形時(shí)，被慣性補(bǔ)償給地面車(chē)輛的側(cè)滾和偏航航向。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，它們的一些實(shí)例在附圖中示出。
圖1和2表示本發(fā)明所述示意性的基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)100。當(dāng)農(nóng)用車(chē)輛116穿越一區(qū)域內(nèi)的路徑或軌跡時(shí)，該導(dǎo)航系統(tǒng)100為尤其諸如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、噴灑機(jī)、棉花采摘機(jī)等農(nóng)用車(chē)輛116的地面車(chē)輛(圖3)提供基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航和/或控制航向。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在地面車(chē)輛116穿越非水平地形時(shí)，該導(dǎo)航系統(tǒng)100可利用慣性補(bǔ)償來(lái)校準(zhǔn)諸如位置(如緯度和經(jīng)度)和航向、或因地面車(chē)輛姿態(tài)變化(即地面車(chē)輛側(cè)滾和偏航)引起的航程誤差等全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)。該導(dǎo)航系統(tǒng)100還可以通過(guò)測(cè)定地面車(chē)輛116所穿越的地形坡度，來(lái)測(cè)定地面車(chē)輛116或地面車(chē)輛116所牽引器具的有效軌跡間距。
在圖1所示的實(shí)施例中，上述導(dǎo)航系統(tǒng)100包括一全球定位系統(tǒng)接收器裝置102和一互聯(lián)在總線(xiàn)結(jié)構(gòu)106上的導(dǎo)航控制系統(tǒng)104。該全球定位系統(tǒng)接收器裝置102從一全球定位系統(tǒng)接收定位信號(hào)并產(chǎn)生基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信息，這些導(dǎo)航信息可包括用于導(dǎo)航控制系統(tǒng)104和導(dǎo)航系統(tǒng)100其它元件的位置(如經(jīng)度和緯度)、航向或航程、速度、時(shí)間等。在示意性實(shí)施例中，該全球定位系統(tǒng)接收器裝置102從上述全球定位系統(tǒng)(GPS)，即由美國(guó)政府的空軍所管理的空間無(wú)線(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)，接收定位信號(hào)。但可以想到的是，該全球定位系統(tǒng)接收器裝置102也可以被選擇用于其他無(wú)線(xiàn)導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)，例如由俄聯(lián)邦的俄羅斯空間局管理的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，全球定位系統(tǒng)接收器裝置102還能夠接收并利用不同GPS系統(tǒng)和廣域差分GPS(WADGPS)提供的增強(qiáng)定位信息，例如由伊利諾州JohnDeere和Moline公司研發(fā)的STARFIRETMWDGPS系統(tǒng)，美國(guó)政府聯(lián)邦航空管理器具提供的廣域擴(kuò)增系統(tǒng)(WAAS)等。在該實(shí)施例中，該全球定位系統(tǒng)接收器裝置102可包括或被連接到一用以接收差分誤差校準(zhǔn)信息的無(wú)線(xiàn)接收器。
上述導(dǎo)航控制系統(tǒng)104利用該全球定位系統(tǒng)接收器裝置102提供的導(dǎo)航信息向上述車(chē)輛的操作者提供導(dǎo)航或?qū)蛐畔ⅰＡ硗?，利用自?dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)104應(yīng)用上述信息控制車(chē)輛轉(zhuǎn)向控制器108，該車(chē)輛轉(zhuǎn)向控制器108沿所需路徑或軌跡控制車(chē)輛的航向。例如，在本發(fā)明用于農(nóng)業(yè)的實(shí)施例中(其中導(dǎo)航系統(tǒng)100被應(yīng)用在例如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、噴灑機(jī)、棉花采摘機(jī)等農(nóng)用車(chē)輛上)，上述導(dǎo)航控制系統(tǒng)104可以導(dǎo)航，并可選擇性大體轉(zhuǎn)向經(jīng)過(guò)耕作區(qū)域的平行路徑或軌跡，在田間應(yīng)用除草劑和殺蟲(chóng)劑等化學(xué)藥品進(jìn)行耕作莊稼，并從田間收割莊稼。優(yōu)選地，這些軌跡的寬度(W)對(duì)應(yīng)于地面車(chē)輛116所牽引的器具120的寬度，并且這些軌跡彼此間隔，使得基本上平行但又彼此相切，從而避免在田間產(chǎn)生間隙或重疊。
在上述設(shè)置有自動(dòng)轉(zhuǎn)向的導(dǎo)航系統(tǒng)100實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向角度傳感器110為導(dǎo)航控制系統(tǒng)104提供反饋，由轉(zhuǎn)向控制器108指示實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，使得上述導(dǎo)航控制系統(tǒng)可以通過(guò)比較從轉(zhuǎn)向角度傳感器110轉(zhuǎn)向的實(shí)際航向與全球定位系統(tǒng)接收器裝置102提供的航向和位置，來(lái)控制上述路徑或軌跡。在示意性實(shí)施例中，可以設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)向輪優(yōu)先調(diào)節(jié)傳感器112。該轉(zhuǎn)向輪優(yōu)先調(diào)節(jié)傳感器112使操作者感應(yīng)上述地面車(chē)輛116的轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)，使地面車(chē)輛116的操作者可優(yōu)先調(diào)節(jié)由導(dǎo)航控制系統(tǒng)104所提供的自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。通過(guò)這種方式，操作者可進(jìn)行航向校準(zhǔn)或?qū)⒌孛孳?chē)輛116手動(dòng)轉(zhuǎn)向，以避免路途上的障礙。
如圖3所示，圖1中導(dǎo)航系統(tǒng)100的全球定位系統(tǒng)接收器裝置102包括一安裝在地面車(chē)輛116上點(diǎn)(PA)的全球定位系統(tǒng)天線(xiàn)114以提供天空的清晰視圖，并且全球定位系統(tǒng)使用的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星也一樣。上述安裝有全球定位系統(tǒng)天線(xiàn)114的點(diǎn)(PA)同地面車(chē)輛116、所牽引器具120的所需控制點(diǎn)(PC)(例如地面車(chē)輛116之下的地面118某點(diǎn))相間隔一段距離，該距離在本領(lǐng)域通常被稱(chēng)為杠桿臂(DL)，該杠桿臂(DL)具有一大致垂直的杠桿臂分量DLZ和大致水平的杠桿臂分量DLX和DLY。由于上述水平和垂直杠桿臂分量DLX、DLY和DLZ保持相對(duì)恒定，因此，如圖1所述，上述導(dǎo)航系統(tǒng)100為基本水平地形上的地面車(chē)輛116提供高精確的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)向。但當(dāng)穿越非水平地形(例如具有斜坡，丘陵，山谷、車(chē)轍、顛簸路面等地形)時(shí)，上述水平和垂直杠桿臂分量DLX、DLY和DLZ就隨地面車(chē)輛116側(cè)滾和偏航而相互變化。結(jié)果，測(cè)定地面車(chē)輛116的位置和航向的上述全球定位系統(tǒng)就可能不準(zhǔn)確，導(dǎo)致如圖4所示的軌跡交叉誤差(DOT)和/或圖5所示的航程或航向誤差(EC)。
為了補(bǔ)償這些誤差，更加精確地轉(zhuǎn)控制地面車(chē)輛116在非水平地形上的航向，如圖2所示，本發(fā)明利用一插入在全球定位系統(tǒng)接收器裝置102和導(dǎo)航控制系統(tǒng)104之間的慣性補(bǔ)償裝置122。當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛116穿越非水平地形時(shí)，上述慣性補(bǔ)償裝置122可動(dòng)態(tài)地測(cè)量地面車(chē)輛116的側(cè)滾和偏航(圖3、4和5)，以補(bǔ)償全球定位系統(tǒng)接收器裝置102所提供的位置和航向信息中的誤差。在圖2所示的實(shí)施例中，上述慣性補(bǔ)償裝置122和全球定位系統(tǒng)接收器裝置102通過(guò)專(zhuān)用加密總線(xiàn)124相聯(lián)系。慣性補(bǔ)償裝置122從全球定位系統(tǒng)接收器裝置102測(cè)定的導(dǎo)航信息中得到上述位置和航向信息(例如經(jīng)度和緯度)，在通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)126向?qū)Ш较到y(tǒng)104發(fā)送信息之前，將該信息與校準(zhǔn)的位置(例如經(jīng)度和緯度)、航向信息相替換，以補(bǔ)償車(chē)輛側(cè)滾和偏航(例如由于側(cè)坡，丘陵等)所引起的誤差。上述慣性補(bǔ)償裝置122可在上述專(zhuān)用總線(xiàn)124和系統(tǒng)總線(xiàn)126之間傳送所有由該全球定位系統(tǒng)接收器裝置所提供的其他信息(例如速度、時(shí)間等)，而不需要調(diào)整。而且，由于器具的通過(guò)距離(pass-to-pass distance)可以作為斜率的函數(shù)而改變，所以利用上述校準(zhǔn)位置和航向信息，上述慣性補(bǔ)償系統(tǒng)122可產(chǎn)生由系統(tǒng)總線(xiàn)124被傳送到上述導(dǎo)航系統(tǒng)104的坡度測(cè)量。通過(guò)這種方式，就可以測(cè)定地面車(chē)輛116和地面車(chē)輛116所牽引器具120的坡度補(bǔ)償通過(guò)軌跡寬度(slope-compensated pass-to-passtrack widths)。
在示意性實(shí)施例中，上述慣性補(bǔ)償裝置122所提供的慣性補(bǔ)償導(dǎo)航信息在形式上和上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置102所提供的非補(bǔ)償導(dǎo)航信息是一致的。因此，上述慣性補(bǔ)償導(dǎo)航信息包括有來(lái)自慣性補(bǔ)償裝置122的慣性補(bǔ)償位置和航向信息及伴隨的諸如速度、時(shí)間等非補(bǔ)償信息，該慣性補(bǔ)償導(dǎo)航信息由全球定位系統(tǒng)接收器裝置102提供，并由慣性補(bǔ)償裝置122傳送到系統(tǒng)總線(xiàn)124，該慣性補(bǔ)償導(dǎo)航信息可以被導(dǎo)航控制系統(tǒng)104不需要額外的調(diào)整或格式化就可向操作者提供導(dǎo)航信息，而且還可以有選擇地將上述地面車(chē)輛116轉(zhuǎn)向，也不需調(diào)整上述信息。通過(guò)這種方式，上述慣性補(bǔ)償裝置122就可以被添加到上述導(dǎo)航系統(tǒng)100中，以提供基于全球定位系統(tǒng)的該系統(tǒng)所用導(dǎo)航信息的慣性擴(kuò)增，而不需要調(diào)整導(dǎo)航系統(tǒng)100的諸如全球定位系統(tǒng)接收器裝置102和導(dǎo)航控制系統(tǒng)104等的現(xiàn)有元件。
現(xiàn)在參考圖6，描述了圖2所示導(dǎo)航系統(tǒng)100的慣性補(bǔ)償裝置122。上述慣性補(bǔ)償裝置122包括一用以測(cè)量地面車(chē)輛116(圖3)偏航角度的偏航回轉(zhuǎn)儀裝置128，一用以在地面車(chē)輛116穿越非水平地形時(shí)測(cè)量地面車(chē)輛116側(cè)滾角度的加速計(jì)130，一連接到上述回轉(zhuǎn)儀128和加速計(jì)130、且用以測(cè)定地面車(chē)輛116的位置和航向信息的處理系統(tǒng)132。如圖6所示，在一實(shí)施例中，上述處理系統(tǒng)132可包括處理器134和諸如EEPROM(可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)136、閃存138、RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)140的存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)處理系統(tǒng)132的軟件和/或固件以及上述處理系統(tǒng)用來(lái)計(jì)算校準(zhǔn)位置和航向的參數(shù)。該處理器134用于執(zhí)行位置和航向計(jì)算、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)100的其它元件的聯(lián)系(圖1和2)，以及執(zhí)行故障診斷等。
在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，上述偏航回轉(zhuǎn)儀裝置128包括一測(cè)量地面車(chē)輛(例如圖3中地面車(chē)輛116)側(cè)滾率的回轉(zhuǎn)儀。上述處理系統(tǒng)132利用上述測(cè)量的側(cè)滾率以確定實(shí)際的車(chē)輛航向(例如回轉(zhuǎn)航向)，從而補(bǔ)償車(chē)輛側(cè)滾和偏航所引發(fā)全球定位系統(tǒng)航向中的誤差。全球定位系統(tǒng)接收器裝置102所提供的全球定位系統(tǒng)航向可用于限定回轉(zhuǎn)儀的偏移。在上述慣性補(bǔ)償裝置122的工作中，該全球定位系統(tǒng)航向還可以用于校準(zhǔn)回轉(zhuǎn)儀的偏置和比例因數(shù)。而且當(dāng)在車(chē)輛支點(diǎn)(例如拖拉機(jī)后軸等)觀察的時(shí)候，由于上述回轉(zhuǎn)航向可有效提供一航向測(cè)量，所以在地面車(chē)輛116上，計(jì)劃設(shè)定回轉(zhuǎn)儀的點(diǎn)，即全球定位系統(tǒng)接收器天線(xiàn)114物理安裝的位置(如圖3所示，地面車(chē)輛116的點(diǎn)PA)，就可以提供一和上述從導(dǎo)航信息中得到的航向相一致的校準(zhǔn)航向。而上述導(dǎo)航信息由全球定位系統(tǒng)接收器裝置102所提供。隨后，上述校準(zhǔn)的航向通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)126被提供給上述導(dǎo)航控制系統(tǒng)104。
根據(jù)本發(fā)明，慣性補(bǔ)償裝置122的處理系統(tǒng)132可利用下列方程確定上述校準(zhǔn)航向CC＝[GR/FMEAS]+[(CGPS-CG)·KC/CFR]+Pf方程1其中，CC為上述校準(zhǔn)航向；GR是偏航率；FMEAS是回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)量上述偏航率的頻率；CGPS是上述來(lái)自全球定位系統(tǒng)接收器裝置產(chǎn)生的導(dǎo)航信息的航向；CG是上述回轉(zhuǎn)航向；CFR是一航向?yàn)V波分辨率變量；KC是一可變?yōu)V波值，其中CFR＞KC＞某一最小正值；Pf是一從地面車(chē)輛116的支點(diǎn)到地面車(chē)輛116上全球定位系統(tǒng)接收器裝置的安裝點(diǎn)換算得到上述校準(zhǔn)航向的數(shù)值。
如上述方程1所示，參看圖5，上述回轉(zhuǎn)儀測(cè)量的回轉(zhuǎn)航向CG有時(shí)優(yōu)先于上述全球定位系統(tǒng)航向CGPS。對(duì)于上述回轉(zhuǎn)航向CG和全球定位系統(tǒng)航向CGPS之間的顯著差異，可設(shè)定上述濾波變量KC以用于上述航向?yàn)V波分辨率CFR，將回轉(zhuǎn)航向CG重新設(shè)定到現(xiàn)有的全球定位系統(tǒng)航向CGPS。此后，濾波變量KC的值減小到一最小值，使得上述回轉(zhuǎn)航向CG優(yōu)先于上述全球定位系統(tǒng)航向CGPS。最好是，上述濾波變量KC具有一非零最小值，使得全球定位系統(tǒng)航向CGPS的至少一部分由慣性補(bǔ)償裝置122作為參考地被加權(quán)到上述校準(zhǔn)航向CC的計(jì)算中。另外，可以在合適的條件下調(diào)節(jié)上述增益和零偏航率比率因數(shù)，以補(bǔ)償上述回轉(zhuǎn)儀的偏移。
再參考圖6，上述加速計(jì)裝置130包括一用以測(cè)量地面車(chē)輛(圖3中地面車(chē)輛116)橫向加速的加速計(jì)。根據(jù)本發(fā)明，加速計(jì)裝置130在地面車(chē)輛116處于水平時(shí)(即地面車(chē)輛116穿越水平地形時(shí))，不會(huì)測(cè)量上述橫向加速。但當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛116穿越非水平地形時(shí)，由于地面車(chē)輛116的側(cè)滾，加速計(jì)裝置130的橫向傾斜使得加速計(jì)裝置130可以測(cè)量重力加速度的正向分量和負(fù)向分量。
上述處理系統(tǒng)132利用加速計(jì)裝置130測(cè)量的橫向加速計(jì)算地面車(chē)輛116的偏離軌跡距離(DOT)，其還包括一全球定位系統(tǒng)確定的位置(PGPS)與地面車(chē)輛116所需控制點(diǎn)的實(shí)際位置之間的橫向距離慣性計(jì)算評(píng)估，上述控制點(diǎn)典型為設(shè)在全球定位系統(tǒng)接收器天線(xiàn)114之下的一點(diǎn)(即圖3和4中的點(diǎn)(PC))。這樣上述偏離軌跡距離DOT可由控制點(diǎn)(PC)之上的加速計(jì)裝置130的高度(或者可選擇地，如果該慣性補(bǔ)償裝置包括含有該加速計(jì)裝置130的單個(gè)單元，則慣性補(bǔ)償裝置122的高度在該控制點(diǎn)(PC)之上)乘以地面車(chē)輛116橫向傾斜角的正弦而確定。隨后，上述偏離軌跡距離(DOT)可用于校準(zhǔn)上述全球定位系統(tǒng)測(cè)定的位置(PGPS)，從而為地面車(chē)輛116提供一校準(zhǔn)的位置，補(bǔ)償上述杠桿臂DL，其更接近地面車(chē)輛116的實(shí)際位置。
在計(jì)算校準(zhǔn)位置航向中，上述處理系統(tǒng)132也可補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛116轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的離心(高速)加速。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可相對(duì)于地面車(chē)輛116的航向動(dòng)態(tài)地比較地面車(chē)輛116的位置變化來(lái)完成該補(bǔ)償。所以上述偏離距離(DOT)可由坡度加速產(chǎn)生的距離與高速加速產(chǎn)生的距離之和來(lái)確定，其中坡度加速等于加速計(jì)裝置130測(cè)量的橫向加速度，但該橫向加速度小于任何地面車(chē)輛116的徑向加速度和高速側(cè)滾加速度。但是，地面車(chē)輛116傾斜角的正弦等于加速計(jì)裝置(A)除以重力加速度(g)所確定的橫向加速度。所以，由于坡度加速產(chǎn)生的距離就是加速計(jì)裝置(A)除以重力加速度(g)加上加速計(jì)裝置的高度(HA)而確定的橫向加速度所產(chǎn)生。
所以，處理裝置132可利用下列方程計(jì)算地面車(chē)輛116的偏離距離DOT
DOT＝(HA·A/g)+DHSA方程2其中，DOT是地面車(chē)輛116的偏離軌跡距離；HA是相對(duì)于地面上所需控制點(diǎn)(點(diǎn)(PC))之上加速計(jì)裝置的高度；A是加速計(jì)裝置130確定的橫向加速度；g是重力加速度；在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，DHSA是通過(guò)相對(duì)于地面車(chē)輛116的航向動(dòng)態(tài)地比較地面車(chē)輛116的位置變化而測(cè)量的離心(高速)加速所產(chǎn)生的距離。最好是，一旦經(jīng)過(guò)計(jì)算，上述偏離距離DOT就被分為經(jīng)度和緯度分量，并被添加到上述全球定位系統(tǒng)位置中，其同樣在經(jīng)度和緯度方向上得以測(cè)量，從而為地面車(chē)輛116提供校準(zhǔn)的位置(即經(jīng)度和緯度)。
在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，地面車(chē)輛116和用于向田間撒播種子、肥料、殺蟲(chóng)劑和除草劑等材料的器具(例如地面車(chē)輛116牽引的上述器具120或安裝到地面車(chē)輛116的器具)相連。上述器具的通過(guò)軌跡寬度由于撒播(例如下落、噴灑等)材料的重力牽引，可以作為地形坡度或斜率的函數(shù)而改變。結(jié)果，當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛116沿非水平地形的平行軌跡轉(zhuǎn)向時(shí)，相對(duì)上述器具就具有一橫向坡度，如果選擇的軌跡寬度過(guò)寬，就會(huì)發(fā)生相切軌跡重疊。如果沒(méi)有調(diào)節(jié)軌跡的寬度，這種重疊就會(huì)導(dǎo)致撒播材料不均勻，浪費(fèi)上述材料，并可能減少耕地的產(chǎn)量。
在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，加速計(jì)裝置130測(cè)量的橫向加速度還可被處理系統(tǒng)132用來(lái)測(cè)定地面車(chē)輛116的側(cè)滾角度，由此測(cè)定地面車(chē)輛116穿越地形的坡度(S)。隨后，該坡度(S)可用于導(dǎo)航控制系統(tǒng)104，以確定上述器具120的有效軌跡寬度或間距。通過(guò)這種方式，就可以實(shí)時(shí)確定坡度補(bǔ)償通過(guò)軌跡寬度，并可以在地面車(chē)輛116所穿越地形的坡度增加或降低時(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖7和8示出了基于地面車(chē)輛116所牽引器具120的有效軌跡寬度(E)，地面車(chē)輛116所穿越地形的坡度(S)的效果。如圖7所示，當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛116所穿越地形的橫向坡度或斜率增加時(shí)，上述有效軌跡寬度(E)減少。這樣，地面車(chē)輛116所穿越具有這樣橫向斜率的地形的有效軌跡寬度(E1)要大于地面車(chē)輛116所穿越具有很小或沒(méi)有橫向斜率的地形的有效軌跡寬度(E2)。這樣如圖8所示，對(duì)于給定的坡度(S)，器具的有效軌跡寬度(E)可通過(guò)下列方程和上述器具在水平地形上的軌跡寬度相關(guān)E＝I·cos(S) 方程3其中，E是有效軌跡寬度，I是在水平地形上，上述器具的軌跡寬度，S是坡度。
在示意性實(shí)施例中，上述慣性補(bǔ)償裝置122可在使用之前或使用過(guò)程中進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高校準(zhǔn)和位置航向確定的精確性。舉例來(lái)說(shuō)，加速計(jì)裝置130可包括一個(gè)或多個(gè)用以測(cè)量加速計(jì)溫度的溫度傳感器，從而使處理系統(tǒng)132可根據(jù)溫度感應(yīng)加速計(jì)偏置誤差和感應(yīng)誤差，補(bǔ)償加速計(jì)裝置130測(cè)量的橫向加速度變化。為了校準(zhǔn)上述加速計(jì)溫度響應(yīng)，上述慣性補(bǔ)償裝置122可在已知條件下(例如制造時(shí))進(jìn)行校準(zhǔn)，從而相對(duì)實(shí)際周?chē)鷾囟?，和上述溫度傳感器的輸出相關(guān)聯(lián)，并限定上述在溫度范圍內(nèi)的偏置誤差。上述處理系統(tǒng)132可將上述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(例如閃存138)內(nèi)，用于校正測(cè)量加速計(jì)溫度變化的側(cè)滾角度。
上述慣性補(bǔ)償裝置122可進(jìn)一步進(jìn)行校準(zhǔn)，以識(shí)別地面車(chē)輛116的零度(0°)側(cè)滾角度。這種校準(zhǔn)可以在慣性補(bǔ)償裝置122每次安裝在地面車(chē)輛116的導(dǎo)航系統(tǒng)100內(nèi)時(shí)進(jìn)行。地面車(chē)輛116的操作者可通過(guò)將地面車(chē)輛116固定在一水平位置，地面車(chē)輛116靜止并水平(通過(guò)導(dǎo)航控制系統(tǒng)104的控制)，對(duì)慣性補(bǔ)償裝置122的處理系統(tǒng)132進(jìn)行識(shí)別，以手動(dòng)完成這種校準(zhǔn)。而且，操作者通過(guò)沿直線(xiàn)路徑來(lái)回驅(qū)動(dòng)上述地面車(chē)輛116，校準(zhǔn)上述零度(0°)側(cè)滾角度，從而使得慣性補(bǔ)償裝置122通過(guò)在上述路徑的不同點(diǎn)比較地面車(chē)輛116的測(cè)量側(cè)滾角度得以確定上述零度(0°)側(cè)滾角度。
由于慣性補(bǔ)償裝置122自身不會(huì)產(chǎn)生位置和航向信息，但會(huì)利用慣性測(cè)量來(lái)擴(kuò)增全球定位系統(tǒng)接收器裝置102所提供的位置和航向信息，所以上述回轉(zhuǎn)儀裝置128和加速計(jì)裝置130僅僅分別需要一用以測(cè)量地面車(chē)輛116橫向加速度的單個(gè)加速計(jì)，和一用于測(cè)量地面車(chē)輛116偏航率的單個(gè)偏航回轉(zhuǎn)儀就足夠。因此本發(fā)明的慣性補(bǔ)償裝置122不再需要早期慣性測(cè)量系統(tǒng)所具有的全套回轉(zhuǎn)儀和加速計(jì)。所以慣性補(bǔ)償裝置122更簡(jiǎn)單，包含更少的元件，制造成本也低于早期的系統(tǒng)。但可以理解，慣性補(bǔ)償裝置122還可包括額外的回轉(zhuǎn)儀，以提高偏航率和橫向加速度的測(cè)量精度。這些調(diào)整慣性補(bǔ)償裝置122并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。
現(xiàn)在參考圖9，介紹了示意性方法200，用以擴(kuò)增基于全球定位系統(tǒng)的地面車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)所用的位置和航向信息，其中，當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛穿越非水平地形時(shí)，上述位置和航向信息可慣性補(bǔ)償上述地面車(chē)輛的側(cè)滾和偏航。如圖9所示，在步驟202，從全球定位系統(tǒng)接收全球定位系統(tǒng)定位信號(hào)，并在步驟204，測(cè)定基于全球定位系統(tǒng)的包括位置(例如經(jīng)度和緯度)、航向或航程、速度、時(shí)間等的導(dǎo)航信息。在步驟206，利用回轉(zhuǎn)儀裝置和加速計(jì)裝置測(cè)量地面車(chē)輛的偏航率和橫向加速度。隨后在步驟208，利用基于全球定位系統(tǒng)、來(lái)自測(cè)定的導(dǎo)航信息的位置和航向以及測(cè)定的地面車(chē)輛的偏航率和橫向加速度，計(jì)算當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛穿越非水平地形時(shí)，補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾、偏航的校準(zhǔn)位置和航向。例如，在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，如圖6所述，上述校準(zhǔn)航向可以利用方程1來(lái)計(jì)算，而校準(zhǔn)位置也如圖6所述，可以利用方程2，由地面車(chē)輛的偏離軌跡距離計(jì)算來(lái)確定。其中，上述偏離軌跡距離被拆分為經(jīng)度分量和緯度分量，并被添加到基于全球定位系統(tǒng)的位置(經(jīng)度和緯度)中。隨后在步驟210，從在步驟204所確定的基于全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航信息中得到上述位置和航向，并用在步驟208中計(jì)算出的校準(zhǔn)位置和航向進(jìn)行替換，從而為地面車(chē)輛提供校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，隨后在步驟212中，上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息被用來(lái)對(duì)地面車(chē)輛進(jìn)行導(dǎo)航和/或控制航向。
如圖9所示，在步驟206處，加速計(jì)裝置測(cè)量的橫向加速度可進(jìn)一步用于測(cè)定地面車(chē)輛116的側(cè)滾角度，在步驟214，可以測(cè)定地面車(chē)輛116所穿越地形的坡度(S)。隨后在步驟216，可利用上述坡度(S)，通過(guò)導(dǎo)航控制系統(tǒng)104測(cè)定地面車(chē)輛所牽引器具的有效軌跡寬度或間距。此后可以利用在步驟216確定的有效軌跡寬度，在步驟212中對(duì)地面車(chē)輛進(jìn)行導(dǎo)航或轉(zhuǎn)向，其中設(shè)有地面車(chē)輛的平行轉(zhuǎn)向或自動(dòng)轉(zhuǎn)向。通過(guò)這種方式，可以實(shí)時(shí)確定上述器具的坡度補(bǔ)償通過(guò)軌跡寬度，當(dāng)?shù)孛孳?chē)輛穿越地形的坡度增大或減少時(shí)，也可進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在示意性實(shí)施例中，所公開(kāi)的方法可以作為一系列指令得以實(shí)施，這些指令可包括由慣性補(bǔ)償裝置122的處理系統(tǒng)132、全球定位系統(tǒng)接收器裝置102或?qū)Ш娇刂葡到y(tǒng)104的元件可讀的軟件或固件。而且可以理解，所公開(kāi)方法中的特定順序和分級(jí)步驟都是示意性的實(shí)例?；趦?yōu)選設(shè)計(jì)，可以理解上述方法中的特定順序和分級(jí)步驟在本發(fā)明的范圍之內(nèi)還可以進(jìn)行重新排列。隨后的方法權(quán)利要求僅僅是以示例順序表示了不同步驟，并不限定于所示的特定順序和分級(jí)步驟。
可以相信，通過(guò)前面的描述，本發(fā)明以及其諸多優(yōu)點(diǎn)將被理解，并且顯然，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神或不犧牲本發(fā)明的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的情形下，其部件的形成、構(gòu)造和排列可作各種改變。上文描述只是其解釋性實(shí)施例，權(quán)利要求書(shū)概括和包含了此類(lèi)改變。
權(quán)利要求
1.一種地面車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)，其包括一全球定位系統(tǒng)接收器裝置，用以從全球定位系統(tǒng)接收一定位信號(hào)，并產(chǎn)生地面車(chē)輛的導(dǎo)航信息，上述導(dǎo)航信息包括地面車(chē)輛的位置和航向；一和上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置互聯(lián)、且用于控制地面車(chē)輛航向的導(dǎo)航控制系統(tǒng)；及一耦接于上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置、導(dǎo)航控制系統(tǒng)的慣性補(bǔ)償裝置，該慣性補(bǔ)償裝置利用慣性補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾和偏航的校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向來(lái)替換上述位置和航向，并向?qū)Ш娇刂葡到y(tǒng)提供校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息，其中該導(dǎo)航控制系統(tǒng)利用上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息控制地面車(chē)輛的航向。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，上述慣性補(bǔ)償裝置包括一用以測(cè)定地面車(chē)輛偏航角度的回轉(zhuǎn)儀裝置和一用以測(cè)定地面車(chē)輛橫向加速度的加速計(jì)裝置，該慣性補(bǔ)償裝置利用上述測(cè)量的偏航率和橫向加速度來(lái)產(chǎn)生上述校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向。
3.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，上述慣性補(bǔ)償裝置由回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)量的偏航率計(jì)算回轉(zhuǎn)航向，其中慣性補(bǔ)償裝置利用下列方程確定上述校準(zhǔn)航向CC＝[GR/FMEAS]+[(CGPS-CG)·KC/CFR]+Pf其中，CC為上述校準(zhǔn)航向；GR是偏航率；FMEAS是回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)量上述偏航率的頻率；CGPS是上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息的航向；CG是上述回轉(zhuǎn)航向；KC是一可變?yōu)V波值；CFR是一航向?yàn)V波分辨率變量；Pf是一從地面車(chē)輛的支點(diǎn)到地面車(chē)輛上全球定位系統(tǒng)接收器裝置的安裝點(diǎn)換算得到上述校準(zhǔn)航向的數(shù)值。
4.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，上述慣性補(bǔ)償裝置計(jì)算地面車(chē)輛的偏離軌跡距離，上述偏離軌跡距離可由加速計(jì)裝置測(cè)定的橫向加速度計(jì)算得出，和計(jì)算地面車(chē)輛高速加速所產(chǎn)生的距離，上述高速加速所產(chǎn)生的距離是由相對(duì)于地面車(chē)輛的航向的地面車(chē)輛的位置變化而確定，其中上述慣性補(bǔ)償裝置可利用下列方程確定上述偏離軌跡距離DOT＝(HA·A/g)+DHSA其中，DOT是地面車(chē)輛的偏離軌跡距離；HA是相對(duì)于地面車(chē)輛控制點(diǎn)的加速計(jì)裝置的高度；A是加速計(jì)裝置確定的橫向加速度；g是重力加速度；DHSA是因高速加速所產(chǎn)生的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于，上述慣性補(bǔ)償裝置進(jìn)一步由地面車(chē)輛的已測(cè)的橫向加速度計(jì)算非水平地形的坡度，該坡度被添加到校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息中用于測(cè)定地面車(chē)輛所牽引器具的有效軌跡間距，該有效軌跡間距通過(guò)下面方程計(jì)算E＝I·cos(S)其中，E是有效軌跡間距，I是在水平地形上該器具的軌跡寬度，S是坡度。
6.一種控制穿越非水平地形的地面車(chē)輛航向的方法，包括從全球定位系統(tǒng)接收定位信號(hào)；產(chǎn)生地面車(chē)輛的導(dǎo)航信息，該信息包括地面車(chē)輛的位置和航向；將從上述導(dǎo)航信息中得到的上述位置和航向替換為慣性補(bǔ)償?shù)孛孳?chē)輛側(cè)滾和偏航的校準(zhǔn)位置和校準(zhǔn)航向以提供校準(zhǔn)導(dǎo)航信息；及利用上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息控制該地面車(chē)輛的航向。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，替換從導(dǎo)航信息中得到的位置和航向的步驟包括利用回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)定地面車(chē)輛的偏航角度，利用加速計(jì)裝置測(cè)定地面車(chē)輛的橫向加速度，上述偏航角度和橫向加速度用于產(chǎn)生校準(zhǔn)的位置和航向，并由偏航角度計(jì)算偏航率和回轉(zhuǎn)航向，其中上述校準(zhǔn)航向可利用下列方程確定CC＝[GR/FMEAS]+[(CGPS-CG)·KC/CFR]+Pf其中，CC為上述校準(zhǔn)航向；GR是偏航率；FMEAS是測(cè)量上述偏航率的頻率；CGPS是上述全球定位系統(tǒng)接收器裝置所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息的航向；CG是上述回轉(zhuǎn)航向；KC是一可變?yōu)V波值；CFR是一航向?yàn)V波分辨率變量；Pf是一地面車(chē)輛以前航向，該地面車(chē)輛以前航向由從地面車(chē)輛控制點(diǎn)到全球定位系統(tǒng)接收器裝置換算而得。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，替換從導(dǎo)航信息中得到的位置和航向的步驟包括由加速計(jì)裝置測(cè)定的地面車(chē)輛的橫向加速度和地面車(chē)輛高速加速所產(chǎn)生的距離來(lái)計(jì)算地面車(chē)輛的偏離軌跡距離，上述高速加速所產(chǎn)生的距離由相對(duì)于地面車(chē)輛的航向的地面車(chē)輛位置的變化而確定，其中上述偏離軌跡距離可利用下列方程確定DOT＝(HA·A/g)+DHSA其中，DOT是地面車(chē)輛116的偏離軌跡距離；HA是相對(duì)于地面車(chē)輛控制點(diǎn)的加速計(jì)裝置的高度；A是加速計(jì)裝置確定的橫向加速度；g是重力加速度；DHSA是因高速加速所產(chǎn)生的距離。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括計(jì)算非水平地形的坡度，上述坡度被添加到校準(zhǔn)導(dǎo)航信息中，并用于測(cè)定地面車(chē)輛所牽引器具的有效軌跡間距，而該有效軌跡寬度通過(guò)下列方程計(jì)算E＝I·cos(S)其中，E是有效軌跡間距，I是在水平地形上該器具的軌跡寬度，S是坡度。
10.一種用于地面車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性補(bǔ)償裝置，該導(dǎo)航系統(tǒng)包括一全球定位系統(tǒng)接收器裝置，用以從全球定位系統(tǒng)接收一定位信號(hào)，并產(chǎn)生地面車(chē)輛的導(dǎo)航信息；及一與該全球定位系統(tǒng)接收器裝置互聯(lián)、且用于控制地面車(chē)輛航向的導(dǎo)航控制系統(tǒng)；上述慣性補(bǔ)償裝置包括一用以測(cè)定地面車(chē)輛偏航角度的回轉(zhuǎn)儀裝置；一用以測(cè)定地面車(chē)輛橫向加速度的加速計(jì)裝置；以及一耦接上述回轉(zhuǎn)儀裝置、加速計(jì)裝置的處理裝置，上述處理裝置將上述位置和航向信息替換為校準(zhǔn)的位置和航向信息，并向該導(dǎo)航控制系統(tǒng)提供校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息以控制該地面車(chē)輛的航向，其中該處理裝置利用回轉(zhuǎn)儀裝置測(cè)量的偏航角度和加速計(jì)裝置測(cè)量的橫向加速度，產(chǎn)生上述校準(zhǔn)的位置和航向信息，使得上述校準(zhǔn)的導(dǎo)航信息由于非水平地形上地面車(chē)輛的側(cè)滾和偏航而被慣性補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于全球定位系統(tǒng)的地面車(chē)輛、尤其是諸如拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、噴灑機(jī)等農(nóng)用車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)，該導(dǎo)航系統(tǒng)包括一慣性補(bǔ)償裝置，該慣性補(bǔ)償裝置提供慣性擴(kuò)增以補(bǔ)償基于全球定位系統(tǒng)的諸如位置、航向以及非水平地形上地面車(chē)輛姿態(tài)(即側(cè)滾和偏航)變化所引起的軌跡間距誤差等導(dǎo)航信息。
文檔編號(hào)G01C21/00GK1550758SQ200410037288
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者安德魯·卡爾·威廉·瑞考, 弗雷德里克·威廉·納爾遜, 戴夫·默塞爾, 泰倫斯·皮克特, 皮克特, 安德魯 卡爾 威廉 瑞考, 里克 威廉 納爾遜, 默塞爾 申請(qǐng)人:迪爾公司