NO324073B1 - Fremgangsmate og anordning for bestemmelse av korreksjonsparametre - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for bestemmelse av korreksjonsparametre.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for bestemmelse av korreksjonsparametre av den i innleldningen av krav 1 angitte art.

Ved navigasjon av et landkjøretøy ved hjelp av et elek-tronisk kompass for azimutindikasjon, krengningsmåler for elevasjons- eller høydeindikasjon og odometer for avstandsindikasjon oppstår det feil i den beregnede posisjon. Grunnene for dette er

• forskjellen mellom magnetisk nord og kartnord av det respektive kart som er anvendt for navigasjonen, • den geometriske forskjell mellom kompassets eller krengningsmålerens montasjeretning og kjøretøyets kjøreretning, • myk- og hårdmagnetiske påvirkninger av kjøretøyet på kompasset og • skaleringsfeil ved avstandsmålingen ved hjelp av et odometer.

For navigasjonen brukes kjøretøyets kjøreretning, ut-trykt i kart-nordsystemets koordinater, som dessuten i forhold til det magentiske nordsystem er fordreid hori-sontalt rundt deklinasjonen. Deklinasjonen kan hentes fra tabeller. Deklinasjonen er imidlertid dessuten overlagret av en fordreining av kompass-koordinatsystemet i forhold til kjøretøyets kjøreretning, hvis retning ikke er kjent.

Ved et landkjøretøy er kjøretøyets kjøreretning ikke gitt på forhånd ved hjelp av den geometriske eller op-tiske konstruksjon når det gjelder kjøretøychassis, eller lett kan beregnes ut fra på produsentopplysninger. De kan bare bestemmes empirisk ut fra forskjellen mellom faktisk og beregnet kjøreretning.

Fra DE 41 25 369 Al er det kjent en på et motorkjøretøy montert navigasjonsinnretning som inneholder som azimut-sensor en jordmagnetisme-sensor. For å kompensere feilindikasjoner hos denne sensor på grunn av påvirkninger fra en magnetisk omgivelse, er det anordnet en sammenligning med ytterligere bestemte GPS-navigasjons-data. Her kan imidlertid kun en nullpunktsforskyvning av koordinatsystemet korrigeres.

I DE 31 42 439 Al er det angitt en azimut-bestemmelses-anordning hvor kjøretøyet sentreres eksakt mot nord og øst ved hjelp av den derpå monterte azimut-sensor. Den således målte avvikelse av azimut-sensorens tokompo-nent-målesignaler overfor den på forhånd bestemte sentrering, kompenseres ved justering av målesignalene ved hjelp av en justerkobling. En forfalskning av utgangs-signaler som beror på azimut-sensorens restmagnetisme, korrigeres således likeledes ved hjelp av nullpunktfor-skyvning.

Påvirkningene på grunn av en mot kjøreretning feilaktig sentrering av et magnetkompass og hård- og mykmagnetis-ke felt på indikasjonsnøyaktigheten er kjent fra skipsfarten. For å kompensere kompassets deviasjon, define-res koeffisientene A, B, C, D, E og bestemmes særskilt. Herved tar A hensyn til en konstant feilindikasjon f.eks. på grunn av en i forhold til skipslengderetning fordreid oppstilling av kompasset, B tar hensyn til påvirkningen av lengdekipsmagnetismen, C tar hensyn til påvirkningen av tverrskipsmagnetismen, D tar hensyn til påvirkningen av en i mykjerndeler indusert magnetisme og E tar hensyn til en asymmetri i fordelingen av jern-massen i skipsskroget (A. Heine, Kompap ABC, Verlag Klasing + Co., (1983), s. 43 - 45). Da påvirkningene D og E generelt er små, blir deres koeffisienter generelt forsømt.

For bestemmelse av koeffisientene, holdes skipet på kjent kurs mot nord, øst, syd og vest og de respektive avvikelser av kompassindikasjonene i forhold til de kjente kurser leses av. De enkelte koeffisienter beregnes ved bestemmelse av deviasjonsverdiene i forhold til utvalgte kurs.

De ved land-navigasjonen på grunn av unøyaktig strek-ningsmåling og på grunn av bakkekjøring dannede strek-nings-awik i forhold til avstandene som er angitt i kartene, spiller ingen rolle i skipsfarten. Ved en autonom navigasjon av landkjøretøy er det imidlertid nødvendig å utstyre disse, i tilleg til magnetkompasset for retningsmålingene, også med et odometer for strekningsmålingen og en krengningsmåler, for å kunne omreg-ne strekningene som er målt ved en berg- eller dalrute, til verdier som tilsvarer verdiene i kartplanet.

For kalibrering av kompassindikasjonen skal det vanlig-vis foretas kjøring i sirkel og måleverdiopptak i flere definerte vinkelposisjoner i forhold til sirkelsentrum. Delvis foretas også en korreksjon av den magnetiske retningsindikasjon for horisontalplanet ved hjelp av krengnings-sensorer. Hos et av firma Leica AG, Heer-brugg, Sveits, produsert digitalmagnetisk kompass (DMC) er det ved siden av tre magnetfelt-sensorer for de tre romkoordinater også integrert to krengnings-sensorer for elevasjon og nivå. Strekningsmålingen og den derav, sammen med retningsmålingen, resulterende posisjon av kjøretøyet kan overprøves og eventuelt korrigieres ved hjelp av uavhengig oppnådde satellitt-navigasjonssig-naler (GPS). Retningsmålingen, strekningsmålingen og posisjonsmålingen behandles som innbyrdes uavhengige systemer (informasjonsskrift fra firma KVH Industries, Inc, USA (1995), TACNAV System).

Oppgaven for oppfinnelsen består i å tilveiebringe en fremgangsmåte som er enkelt å bruke, ved hjelp av hvil-ken det kan bestemmes korreksjonsverdiene for indika-sjon av de innstallerte måleapparater for azimut, elevasjon og strekning hos et landkjøretøy slik at det oppnås en vesentlig større nøyaktighet av navigasjonen, og en GPS-overprøvning kan sløyfes.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved hjelp av de i den karakteriserende del av krav 1 angitte trekk. For bedømmelsen er det spesielt fordelaktig, når det gjennomføres en frem- og tilbakekjøring mellom to punkter hvis geografiske koordinater er kjent.

På tegningen er kjøretøyets kjøreretning vist som vek-tor i forhold til horisontalplanet = kartplanet, idet fig. 1 anskueliggjør azimut og elevasjon og

fig. 2 viser påvirkningen av en azimutfeil på eleva-sj onsindikasjonen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives eksempelvis, idet azimutmålingen og elevasjonsmålingen gjennomføres i et innbyrdes koblet system (DMC).

Ut fra verdiene for azimut og elevasjon vises kjøretøy-ets kjøreretning Lf som enhetsvektor i horisontalplanet og beregnet på magnetisk nord. Fig. 1 viser sam-menhengene, idet eF betegner elevasjonsvinkelen mellom den faktiske kjøreretning av kjøretøyet Lf og horison-talplenet og ap betegner azimutvinkelen mellom magnetisk nord og projeksjon av Lf på horisontalplanet. Ved multiplikasjon med den kjørte strekning Sp fremkommer i den generelle avbildning posisjonen i horisontalplanet med I praksis bestemmes den oppnådde posisjon ut fra et startpunkt ved å stille i rekke mange mellomverdier Lj, Sj/ j=l...N. I skipsfarten er denne fremgangsmåte kjent som sammensatt navigasjon. Følgelig gjelder således, å sløyfe indeksene N og F for den oppnådde posisjon langs kjøreretningen av kjøretøyet i horisontalplanet

Andre former for en tilnærmet integrasjon er mulig og ligger innenfor rammen av fagmannens kunnskaper.

Under forutsetning at korrekte verdier for elevasjon e, azimut a og veistrekning s står til rådighet og startpunktet er kjent, kan det ved bedømmelse av den angitte summen skje en nøyaktig posisjonsangivelse, resp. ved innmatning av verdier for a og s som er tatt fra kar-tet, kan det foretas en nøyaktig navigasjon. I virke-ligheten er imidlertid de av måleapparatene angitte verdier forfalsket, slik som innledningsvis nevnt og vist på fig. 2.

Målt blir elevasjon e og azimut a i koordinatsystemet for DMC. Dets x-akse skal tilsvare kjøreretningen av kjøretøyet. Fig. 2 viser azimutforskyvning Aap i projeksjonen av kjøreretningen av kjøretøyet Lf i forhold til projeksjonen av x-aksen og forskjellen av elevasjonen e av x-aksen i forhold til elevasjonen eF i kjøre-retningen av kjøretøyet.

Ifølge oppfinnelsen erstattes måleverdiene a, e, s med korrigerte verdier a<1>, e<1>, s<1> efter følgende forbestem-melse:

Således tar parametrene hensyn til

A deklinasjonen i forhold til magnetisk nord og en

kompassmontasjefeil i azimut,

B,C en hård- og mykmagnetisk kjøretøymagnetisme,

Aj en montasjefeil hos krengningsmåleren i elevasjon

og

p en målestokkfeil hos odometeret.

De ukjente korreksjonsparametre bestemmes ifølge oppfinnelsen ved to visuelt navigerte prøvekjøringer hvor de korrekte verdier a<1>, e<1> og s<1> mellom start- og mål-posisjon er kjent og de aktuelle verdier a, e, s blir målt.

Ved hver prøvekjøring oppnås det tilstrekklig mange uavhengige bestemmelsesligninger tilsvarende måleverdiene for de tre romkoordinater x, y, z, slik at korreksjonsparametrene kan bestemmes entydig og kan tas hensyn til ved senere instrumentelle navigasjonskjøringer i målesystemet.

Spesielt fordelaktig er det ved de to prøvekjøringer å

gjennomføre en enkel retningsomvending. Da behøves kun å ha kjennskap til to punkter med sine geografiske koo-dinater, og den faktiske veidifferanse er lik null slik at systemet for bestemmelsesligningene blir forenklet.

Ved anvendelse av et kjøretøy kun i planet, kan bruken av krengningsmålere sløyfes. Således forminskes antal-let av korreksjonsparametre og også løsningen av bestemmelsesligningene blir forenklet. Denne spesialise-ring avviker tydeligvis ikke fra oppfinnelsestanken. Vesentlig er erkjennelsen, å kunne beskrive den korrigerte azimut i den angitte form, og på enklest måte å kunne bestemme alle nødvendige korreksjonsparametre ved hjelp av to prøvekjøringer mellom to kjente punkter.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av korreksjonsparametre for måleverdier av et magnetkompass som er innstallert for navigasjonsformål i et landkjøretøy og som angir azimut a i kjøreretningen av kjøretøyet, av en krengningsmåler som angir elevasjon e av kjøreretningen av kjøretøyet mot horisonten, og et odometer som angir den kjørte strekning s, idet kjøretøyets momentane ret-ningsvektor er gitt ved med Lj = kjøreretning av kjøretøyet i horisontalplan og sj = veiintervall mellom to måletidspunkter j og j-1, karakterisert ved at en første prøve-kjøring gjennomføres med visuell navigasjon fra et startpunkt hvis geografiske koordinater er kjent, til et målpunkt hvis geografiske kooridnater likeledes er kj ent, at en påfølgende prøvekjøring med retningsendring med visuell navigasjon til et andre målpunkt hvis geografiske koordinater er kjent, at måleverdiene a.,, ej# s4 tas opp under prøvekjøringen på tidspunkter t4; j = 1...N, og fra de kjente start-og målpunkt-kooridnater beregnes de tilsvarende verdier 3- j i S j , og at de beregnede retningsvektorer settes i forhold til retningsvektorene som ble bestemt ved hjelp av må-linger tilsvarende og ut fra dette bestemmes korreksjonsparametrene A for deklinasjon og kompassmontasjefeil i azimut, B,C for hård- og mykmagnetisk kjøretøymagnetisme, Aj for montasjefeil hos krengningsmåleren i elevasjon og p for en målestokkfeil hos odometeret.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den andre prøve-kjøring skjer fra det første målepunkt tilbake til startpunktet.