风传感器运动补偿系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种风传感器运动补偿系统以用于为安装至移动平台的风传感器提供风传感器运动补偿。风传感器运动补偿系统可以包括安装到交通工具的风传感器，其用于测量相对风速度；耦接到风传感器的风传感器加速度计，其用于测量风传感器加速度；及积分器，其用于积分风传感器加速度以确定风传感器速度。通过提供风传感器加速度的精确测量以及测量的风速度。本公开文本的实施方式可以提供传感器运动补偿的风速度，其对于实时用户反馈和交通工具的控制足够可靠。
【专利说明】风传感器运动补偿系统
[0001 ]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2013年3月14日提交的并且名称为“WIND SENSOR MOT1NCOMPENSAT1N SYSTEMS AND METHODS”的美国临时申请61/785，327的优先权和权益，其全部内容通过援引并入本文。
技术领域
[0003]本实用新型的一个或多个实施方式大体涉及传感器运动补偿，更具体地，涉及例如用于风传感器运动补偿的系统和方法。
【背景技术】
[0004]风传感器可以用来测量静止和/或可运动平台的局部风速度(例如，风向和幅度/速度)。当风传感器被安装至静止平台(例如，安装至建筑物和/或地面的气象站)时，风传感器测量的风速度一般相对稳定和精确。这种测量可以用来提供关于局部环境情况的可靠的信息。然后，当风传感器被安装至运动平台(例如，交通工具、移动气象站或者在野外被研究的动物)时，风传感器的运动可能会把噪声和/或误差引入到测量的风速度中。局部风速度的失准测量基本上会降低依赖测量的风速度(例如，作为交通工具控制系统的输入参数)的数据记录、用户反馈或者控制系统成为局部环境情况的精确测量的能力。
[0005]已经开发了各种系统和方法来处理风传感器数据中与运动相关的噪声，但是传统方法通常会引入附加的误差源，例如，测量定时误差和/或确定风传感器相对于运动平台的位置的误差。在一些情况下，附加的误差源可能会将系统的整个精确度降低到低于未补偿系统的精确度的水平。对于新引入的误差考虑的传统步骤会增加系统的所需的复杂度，从而使得其不适于大多数使用，特别是对于低功率和/或低成本的实施方式。因此，需要一种改进的方法来处理风传感器运动补偿。
【实用新型内容】
[0006]公开了一种技术以用于为安装至移动平台的风传感器提供风传感器运动补偿。在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统可以包括风传感器、风传感器加速度计、一个或多个附加的传感器、致动器、控制器、用户接口和/或安装至交通工具或者接近交通工具的其他模块。每个电子装置可以实施有逻辑装置，其适于形成一个或多个有线和/或无线通信链路以在各个电子装置之间发送和/或接收传感器信号、控制信号或其他信号和/或数据。
[0007]在一个实施方式中，一种风传感器运动补偿系统，包括:安装到交通工具的风传感器，其用于测量相对风速度;耦接到风传感器的风传感器加速度计，其用于测量风传感器加速度;及积分器，其用于积分风传感器加速度以确定风传感器速度。
[0008]在一个实施方式中，风传感器加速度计基本上定位在用于风传感器的外罩附近、外罩上或外罩内。
[0009]在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统还包括第一高通滤波器，其用于在将风传感器加速度提供给积分器之前，从风传感器加速度去除风传感器加速度的一个或多个低频分量。该风传感器运动补偿系统还包括用于去除积分器提供的风传感器速度的一个或多个低频分量的第二高通滤波器。第二高通滤波器可以使用与第一高通滤波器所使用的滤波器特性大致相同的滤波器特性。此外，积分器、第一高通滤波器和/或第二高通滤波器由逻辑装置实施。
[0010]在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统还包括将相对风速度转换到风传感器加速度的坐标框架的逻辑装置。
[0011]在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统还包括用于将风传感器速度与相对风速度组合以提供传感器运动补偿的风速度的逻辑装置。积分器可以由逻辑装置实施或者实施在逻辑装置内。风传感器运动补偿系统还可以包括具有显示器的用户接口，该显示器用于将传感器运动补偿的相对风速度的方向和/或幅度显示给接近用户接口的用户。
[0012]在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统还包括安装至交通工具的GPS、朝向传感器、加速度计或水速传感器中的一个或多个；以及逻辑装置，其用于从GPS、朝向传感器、加速度计或水速传感器中的一个或多个接收传感器信号并且基于传感器信号提供交通工具速度。该风传感器运动补偿系统还包括具有显示器的用户接口；所述逻辑装置被配置成:至少部分基于风传感器速度和相对风速度的组合确定传感器运动补偿的风速度，至少部分基于交通工具速度和传感器运动补偿的相对风速度的组合确定绝对风速度，以及使用用户接口的显示器以将绝对风速度的方向和/或幅度显示给接近用户接口的用户。逻辑装置适于在确定绝对风速度之前，将传感器运动补偿的相对风速度转换到交通工具速度的坐标框架。积分器由逻辑装置实施。
[0013]在一个实施方式中，风传感器运动补偿系统还包括转向致动器以及为转向致动器提供对应于期望交通工具速度的控制信号的控制器，其中，期望的交通工具速度基于相对风速度、风传感器速度和交通工具速度。
[0014]在一个实施方式中，一种系统包括逻辑装置，其配置成接收一个或多个传感器信号以及确定传感器运动补偿的风速度。在一个实施方式中，逻辑装置可以适于:从安装至交通工具的风传感器接收风传感器加速度和相对风速度;根据风传感器加速度确定风传感器速度；以及至少部分基于风传感器速度和相对风速度的组合，确定传感器运动补偿的相对风速度。在一些实施方式中，风传感器加速度可以由风传感器加速度计测，其基本上定位在用于风传感器的外罩附近、外罩上或外罩内。
[0015]在另一实施方式中，一种方法包括:从安装至交通工具的风传感器接收风传感器加速度和相对风速度;根据风传感器加速度确定风传感器速度；以及至少部分基于风传感器速度和相对风速度的组合，确定传感器运动补偿的相对风速度。在各个实施方式中，风传感器加速度可以由基本上定位在用于风传感器的外罩附近、外罩上或外罩内的风传感器加速度计测量。在一些实施方式中，该方法可以包括确定交通工具速度;至少部分基于交通工具速度与传感器运动补偿的相对风速度的组合，确定绝对风速度；以及使用用户接口，将绝对风速度的方向和/或幅度显示给用户。在再一实施方式中，该方法可以包括至少部分基于从安装至交通工具的GPS、朝向传感器、加速度计或水速传感器中的一个或多个接收的传感器信号，确定交通工具速度；以及将对应于期望的交通工具速度的控制信号提供给转向致动器，其中，期望的交通工具速度至少部分基于传感器运动补偿的相对风速度和交通工具速度。
[0016]在又一实施方式中，一种方法包括:从安装至交通工具的风传感器加速度计接收一个或多个风传感器加速度，其中，风传感器加速度计基本上定位在用于风传感器的外罩上或内；从交通工具加速度计接收一个或多个交通工具加速度；以及确定在风传感器加速度计的坐标框架和交通工具的坐标框架之间的一个或多个坐标框架转换，其中，一个或多个坐标框架转换至少部分基于一个或多个风传感器加速度与一个或多个交通工具加速度的比较。在一个实施方式中，风传感器的坐标框架可以与交通工具的坐标框架对准；以及坐标框架转换中的至少一个可以是可操作的，以将风传感器测量的风速度转换成风传感器加速度计的坐标框架。
[0017]本实用新型的范围通过权利要求书来限定，该权利要求书通过引用并入该部分。通过考虑一个或多个实施方式的下面的详细描述，将使本领域的技术人员更全面的理解本实用新型的实施方式，以及认识其附加优势。参考首先将简略描述的附图。
【附图说明】
[0018]图1示出了根据本公开文本实施方式的风传感器运动补偿系统的视图。
[0019]图2示出了根据本公开文本实施方式的风传感器运动补偿系统的框图。
[0020]图3示出了根据本公开文本实施方式的提供风传感器运动补偿的各种操作的流程图。
[0021]图4示出了根据本公开文本实施方式的提供风传感器运动补偿的各种操作的流程图。
[0022]图5示出了根据本公开文本实施方式的提供风传感器运动补偿的各种操作的流程图。
[0023]通过参考以下详细说明可以最好地理解本实用新型的实施方式及其优点。应该理解，相同的附图标记用于表示在一个或多个附图中示出的相同的元件。
【具体实施方式】
[0024]根据本公开文本的各种实施方式，风传感器运动补偿系统及方法可以有利地包括风传感器和提供风传感器加速度的精确测量的风传感器加速度计。例如，风传感器加速度计可以位于基本上靠近用于风传感器的外罩、在用于风传感器的外罩上、或者在用于风传感器的外罩内，或者可以与风传感器集成。通过提供风传感器加速度的精确测量以及测量的风速度，本公开文本的实施方式可以提供传感器运动补偿的风速度，其对于实时用户反馈和交通工具的控制足够可靠。此外，本公开文本的实施方式可以与包括低复杂度和/或低功率限制的移动平台结合使用。
[0025]图1示出了根据本公开实施方式的风传感器运动补偿系统100的视图。在图1所示的实施方式中，系统100可以被实施成为特定类型的交通工具101(例如，帆船、轮船、汽车、飞机、机车和/或其他类型的交通工具)提供风传感器运动补偿。系统100还可以被实施成为多种其他类型的移动平台提供风传感器运动补偿。
[0026]在一个实施方式中，系统100可以包括一个或多个风传感器100(例如，通过固定架112和/或桅杆104物理耦接至交通工具101)、风传感器加速度计111、用户接口 114、控制器130和一个或多个其他传感器，例如全球定位卫星系统(GPS)116和/或水速传感器118。在各种实施方式中，例如，风传感器加速度计111可以适于提供表明风传感器110的加速度的一个或多个传感器信号。
[0027]在图1所示的实施方式中，交通工具101包括船体102、舱面103和桅杆104。在其他实施方式中，船体102、舱面103和桅杆104可以对应于客运车或其他类型的交通工具的属性，例如，起落架、乘客舱、机舱、行李箱、车顶和/或交通工具的其他部分。方向106和108描述了风传感器110(例如，风传感器110测量的风速度)和/或风传感器加速度计111(例如，风传感器加速度计111测量的风传感器加速度)的一个可能的坐标框架。如图1中所示，方向106示出了可以基本上与交通工具101的横轴(例如，“横跨”交通工具101)平行和/或对准的方向，并且方向108示出了可以基本上与交通工具101的纵轴(例如，“沿着”交通工具101)平行和/或对准的方向，如本文所述。交通工具101的纵轴和横轴可以描述交通工具101的一个可能的坐标框架。
[0028]风传感器110、风传感器加速度计111、用户接口 114、GPS 116、水速传感器118和控制器130可以实施有任何合适的逻辑装置(例如，处理装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储装置、存储器读卡器、或其他装置或这些装置的组合)，其可以适于在系统100的一个或多个装置之间执行、存储和/或接收适当的指令，例如，实施提供风传感器运动补偿的方法的软件指令，或者实施发送和/或接收通信(例如，传感器信号、传感器信息和/或控制信号)的方法的软件指令。在一个实施方式中，这种方法可以包括例如确定补偿传感器运动的相对风速度的指令。在另一实施方式中，这种方法可以包括调整风传感器110和/或风传感器加速度计111的朝向的指令，如本文所述。在再一个实施方式中，这种方法可以包括用于在系统100的各个装置之间形成一个或多个通信链路的指令。
[0029]此外，一个或多个机器可读媒介可以设置成存储非临时性指令，以加载到用系统100的一个或多个装置实施的任何逻辑装置中并由其执行。在这些和其他实施方式中，在合适情况下，逻辑装置可以实施有其他部件，例如，易失性存储器、非易失性存储器、和/或一个或多个接口(例如，内置集成电路(I2C)接口、移动行业处理器接口(MIPI)、联合测试行动组(JTAG)接口(例如，IEEE 1149.1标准测试访问端口和边界扫描架构)、和/或其他接口，例如，用于一个或多个天线的接口、或者用于特定类型传感器的接口)。
[0030]风传感器110、风传感器加速度计111、用户接口 114、GPS 116、水速传感器118和控制器130可以实施有一个或多个放大器、调制器、相位调整器、波束形成部件、数字-模拟转换器(DAC)、模拟-数字转换器(ADC)、各种接口、天线、和/或使系统100的每个装置发送和/或接收信号以便有助于系统100的一个或多个装置之间的有线和/或无线通信的其他模拟和/或数字部件。例如，这些部件可以与系统100的相应的装置集成。在一些实施方式中，相同或类似的部件可用于执行如本文所述的一个或多个传感器测量。
[0031]可以使用各种有线和/或无线通信技术(包括:例如，电压发送、以太网、WiF1、蓝牙、ZigbeeJbee、微网、或其他介质和/或短程有线和/或无线网络协议和/或实现方式)，在系统100的多个装置之间传送传感器信号、控制信号和其他信号。在这些实施方式中，系统100的每个装置可以包括支持有线、无线和/或有线和无线组合的通信技术的一个或多个模块。
[0032]风传感器110可以实施成风速度计、风向标、热线、不平衡转子、电子皮托管、和/或能够测量基本上靠近风传感器110和/或交通工具101的风的相对风速度(例如，相对于风传感器110的位置、朝向和/或运动的速度和方向)并提供这种测量作为与系统100的各种装置通信的传感器信号的其他装置中的一个或多个。通常约定，风速度可以是风正吹向何处(例如，风目的地)的测量、或者可以是风正从何处吹来(例如，风来源)的测量，其中一个约定产生与另一个相对的方向。预期到，风传感器110和本文描述的方法中任何一种方法可以适于符合任何这种约定。
[0033]如本文所述，风传感器110可以实施有天线、逻辑装置、和/或提供、接收和处理传感器信号并与系统100的一个或多个装置通信的其他模拟和/或数字部件。此外，风传感器110的逻辑装置可以适于执行本文所述的任何方法。
[0034]如图1中所示，在一些实施方式中，风传感器110可以安装至基本上在通常的用户水平面上方的交通工具101的一部分，例如，桅杆104的桅顶。例如，风传感器110可以包括一个或多个电池和/或其他电源存储装置，并且可以包括一个或多个太阳能电池和/或风动力涡轮机来生成电力。在一些实施方式中，风传感器110可以利用使用一个或多个电源引线由交通工具101的电源供电。
[0035]此外，在图1中所示的是固定架112，其将风传感器110附接至交通工具101和/或桅杆104。在一些实施方式中，固定架112可以适于提供薄的轮廓以降低和/或避免风阻。在各个实施方式中，风传感器110和/或固定架112可以包括平衡环和适于维持风传感器110与水平和/或重力限定“向下”向量之间的相对朝向的其他调平机构。
[0036]在一些实施方式中，风传感器110和/或固定架112可以包括适于测量(以及提供这种测量作为传感器信号)风传感器110相对于“向下”向量和/或相对于交通工具101的静态朝向(例如，当交通工具101基本上水平以及相对于“向下”向量经历较少或无俯仰和/或横滚时)的横滚、俯仰、或横滚和俯仰组合。例如，这种测量可以代表风传感器110的朝向与交通工具101的静态朝向和/或风传感器110的静态朝向的偏差。在风传感器110的朝向相对于交通工具101固定的实施方式中，如本文所述，这种测量可以代表与风传感器110的静态和/或校准朝向的偏差。
[0037]在各个实施方式中，风传感器110和/或固定架112的位置和/或朝向可以调整，以使例如在交通工具101处于静态时，风传感器110的坐标框架(例如，由风传感器110测量的风速度的坐标框架)与交通工具101的坐标框架对准。这种坐标框架对准可以包括使一个坐标框架的一个、两个或三个轴(例如，方向106和/或108)与另一个坐标框架的对应轴(例如，图2中的交通工具101的轴206和/或208)对准。
[0038]交通工具101的坐标框架可以相对于交通工具101的一个或多个轴(例如，图2中的交通工具101的轴206和/或208)限定。例如，在一个实施方式中，交通工具101的坐标框架可以相对于交通工具101的纵轴、横轴和垂直轴固定，并且因而可以限定成相对于交通工具101的任何朝向固定。在另一实施方式中，交通工具101的坐标框架可以利用第一轴和第二轴限定，第一轴与重力上限定的“向下”向量正交(定位于交通工具101)并且在交通工具101的纵轴和“向下”向量限定的平面中，并且第二轴与第一轴正交并且与“向下”向量正交，以使得第一轴和正北之间的角度差代表交通工具101的前进方向(例如，参考“正北”并且通常受限于与定位在交通工具101上的“向下”向量垂直的平面的基本方向)。
[0039]在各个实施方式中，正北、“向下”向量、和/或各种其他方向、位置和/或固定或相对的参考框架可以限定绝对坐标框架，例如，其中与绝对坐标框架有关的方向测量可以被称为绝对方向测量(例如，“绝对”风速度、或者“绝对”交通工具速度)。
[0040]在一些实施方式中，风传感器110和/或固定架112可以包括伺服系统，其可以被选择性地供电(例如，通过风传感器110的逻辑装置)以调整风传感器110的位置和/或朝向，从而实现坐标框架的对准。在另一实施方式中，逻辑装置(例如，风传感器110、用户接口 114、和/或控制器130的逻辑装置)可以适于从系统100的一个或多个装置(例如，图2的朝向传感器240或陀螺仪/加速度计242和/或风传感器110的调平传感器240)接收传感器信号以及确定需要哪些调整来使坐标框架基本上对准。这些确定的调整可以用来给调整伺服系统选择性供电，或者例如可以通过用户接口 114与用户通信。
[0041]在类似的实施方式中，如本文所述，风传感器110的逻辑装置和/或系统100的其他装置可以适于确定用于将风传感器110的坐标框架与交通工具101的坐标框架互相转换的参数，或者将风传感器110的坐标框架与其他坐标框架互相转换的参数。例如，来自风传感器110(例如，包括风传感器110的调平传感器)、风传感器加速度计111、朝向传感器120、陀螺仪/加速度计242、和/或图1和2的系统100和200的其他传感器的各种测量可以用来确定当交通工具101处于静态时的各种坐标框架转换(例如，静态坐标框架转换)的参数。在其他实施方式中，来自系统100和200的一个或多个传感器的各个测量可以用来确定当交通工具1I处于运动时的各种坐标框架转换(例如，运动坐标框架转换)的参数。
[0042]在一个实施方式中，来自风传感器110的调平传感器和陀螺仪/加速度计242的测量可以例如用来确定风传感器110相对于交通工具的相对朝向，并且相对朝向可以用来确定用于风传感器110测量的相对风速度和交通工具101的坐标框架之间的坐标框架转换的参数。在另一实施方式中，这种相对朝向可以通过将来自风传感器加速度计111的测量与例如来自陀螺仪/加速度计242 (例如，其中，风传感器加速度计111的坐标框架与风传感器110的坐标框架基本上对准)的测量进行比较而确定。在另一实施方式中，这种相对朝向可以至少部分地根据提供给用户接口 114的用户输入确定。通常，图1和2的系统100和/或200的各种方向传感器的相对朝向可以使用对应的方向测量和/或用户输入的任何组合而确定，无论在交通工具101处于静态时还是运动时。
[0043]在一个实施方式中，坐标框架转换可以用来代替或补充风传感器110和/或固定架112的物理调整，以使风传感器110的坐标框架与交通工具101的坐标框架对准。例如，用于这种坐标框架转换的参数可以存储在系统100的一个或多个装置的存储器中，以在将风传感器110执行的测量的坐标框架与交通工具101的坐标框架相互转换时重复使用。此外，这种参数可以用来将一个或多个调整确定和/或计算成将风传感器110的坐标框架与交通工具101的坐标框架物理对准所需要的风传感器110的朝向。如本文所述，根据这种参数确定的调整可以用来给调整伺服系统选择性供电，或者例如可以通过用户接口 114与用户通信。
[0044]在一些实施方式中，风传感器110可以相对于交通工具101的坐标框架固定，并且如本文所述，系统100的一个或多个逻辑装置可以适于使用校准的和/或静态的坐标框架转换，以在交通工具101处于运动时，将风传感器110的坐标框架与交通工具101的坐标框架相互转换。
[0045]风传感器加速度计111可以实施成一个或多个加速度计传感器、加速度计传感器系统、和/或能够测量风传感器110的风传感器加速度(例如，方向和幅度)并且提供这种测量作为与系统100的各个装置通信的传感器信号的其他装置。风传感器加速度计111可以适于测量风传感器110相对于限定风传感器加速度计111的坐标框架(例如，风传感器加速度计111测量的风传感器加速度的坐标框架)的至少两个基本上正交的轴的加速度。
[0046]在一些实施方式中，风传感器加速度计111可以是三轴加速度计，其布置成使得一个轴基本上不使用。例如，风传感器加速度计111的不使用的第三轴可以与交通工具101的垂直轴(例如，与桅杆104基本上平行的垂直轴)基本上对准。在其他实施方式中，三轴加速度计的所有三个轴可以用来测量风传感器加速度。
[0047]如图1中所示，风传感器加速度计111可以基本上靠近用于风传感器110的外罩定位、基本上定位在该外罩上或外罩内。在一些实施方式中，风传感器加速度计111可以与风传感器110集成，或者例如可以集成在风传感器110的印刷电路板(PCB)上以降低系统复杂度、制造成本、功率需求和/或风速度和风传感器加速度测量之间的定时误差。例如，风传感器110和风传感器加速度计111可以配置成共享一个或多个部件，例如，存储器、逻辑装置、通信模块和/或其他部件，并且这种共享可以起到在降低整个系统复杂度和/或成本的同时，降低和/或基本上消除这种定时误差的作用。
[0048]在风传感器加速度计111靠近风传感器110安装的实施方式中，如本文所述，风传感器加速度计111的位置和/或朝向可以调整，类似于相对于风传感器110和交通工具101进行的调整，使风传感器加速度计111的坐标框架与风传感器110和/或交通工具101的坐标框架基本上对准。在风传感器加速度计111安装在用于风传感器110的外罩上或内和/或以其他方式与风传感器110集成的实施方式中，在将装置安装至交通工具101之前，可以将风传感器加速度计111的坐标框架相对于风传感器110的坐标框架基本上对准和/或校准。例如，如本文所述，可以使用与用来将风传感器110的坐标框架与交通工具101的坐标框架对准的方法相似的方法(例如，物理和/或计算对准方法)，获得传感器坐标框架的对准。
[0049]在各个实施方式中，如本文所述，逻辑装置(例如，风传感器110、风传感器加速度计111、和/或系统100的其他装置的逻辑装置)可以适于确定将风传感器加速度计111的坐标框架与风传感器110的坐标框架、交通工具101的坐标框架、静态和/或运动、和/或其他坐标框架相互转换的参数。例如，系统100的一个或多个逻辑装置可以适于使用这些参数来将风传感器111的坐标框架与风传感器110和/或交通工具101的坐标框架互相转换。此外，这些参数可以用来将一个或多个调整确定成和/或计算成使风传感器加速度计111的坐标框架与风传感器110和/或交通工具101的坐标框架物理对准所需的风传感器加速度计111的朝向。如本文所述，根据这些参数确定的调整可以用来给调整伺服系统(例如，风传感器加速度计111的调整伺服系统)选择性供电，或者例如可以通过用户接口 114通信给用户。
[0050]用户接口114可以实施成显示器、触摸屏、键盘、鼠标、操纵杆、旋钮、转向盘、船轮、横舵柄、和/或能够接收用户输入和/或向用户提供反馈的任何其他装置。在各种实施方式中，用户接口 114可适于将用户输入(例如，作为信号类型和/或传感器信息)提供给系统100的其他装置，例如，风传感器110和/或控制器130。
[0051]在一个实施方式中，用户接口114可以基本上靠近桅杆104的桅杆脚安装至交通工具101。这种安装可以是固定的，或者例如可以包括平衡环和其他调平机构，以使得用户接口 114的显示器相对于水平和/或“向下”向量保持基本上齐平。在另一实施方式中，用户接口 114可以接近交通工具101定位，并且通过交通工具101的用户水平面(例如，舱面103)移动。例如，用户接口 114可以实施有系索和/或其他类型的系带和/或附接装置，并且物理耦接至交通工具101的用户，以便接近于交通工具101。在各个实施方式中，用户接口 114可以实施有相对薄的显示器，其集成到对应的用户接口的PCB中，以便减小尺寸、重量、外罩复杂度和/或制造成本。
[0052]用户接口114可以实施有一个或多个逻辑装置，其可以适于执行实施本文所述的各个过程和/或方法的指令，例如，软件指令。例如，用户接口 114可以适于形成通信链路，发送和/或接收通信(例如，传感器信号、控制信号、传感器信息、用户输入和/或其他信息)，确定传感器运动补偿的相对风速度、调整风传感器110和/或风传感器加速度计111的位置和/或朝向，确定用于一个或多个坐标框架转换的参数，和/或执行坐标框架转换，或者例如执行各种其他过程和/或方法。
[0053]在各个实施方式中，用户接口114可以适于接收用户输入，以例如形成通信链路，从而选择特定的无线联网协议和/或用于特定无线联网协议和/或无线链路的参数(例如，密码、秘钥、MAC地址、装置识别号、装置操作规格、用于装置操作的参数、和/或其他参数)，进而选择处理传感器信号的方法以确定传感器信息，调整风传感器111、风传感器加速度计111和/或固定架112的位置和/或朝向，和/或以其他方式辅助系统100和系统100内的装置的操作。一旦用户接口 114接收用户输入，可以通过一个或多个通信链路将用户输入发送到系统100的其他装置。
[0054]在一个实施方式中，用户接口114可以适于通过由一个或多个相关联的逻辑装置形成的通信链路接收传感器信号(例如，来自风传感器110和/或风传感器加速度计111的信号)，以及例如将与接收到的传感器信号相对应的传感器信息显示给用户。在相关实施方式中，用户接口 114可以适于处理传感器信号以确定传感器信息。
[0055]例如，传感器信号可以包括以米/秒为单位并且在风传感器110的坐标框架中测量的相对风速度。在这种实施方式中，用户接口 114可以适于处理传感器信号，以确定表明以节为单位的相对风速度的传感器信息、和/或例如表明与不同的坐标框架(例如，交通工具101的坐标框架)或者绝对坐标框架(例如，产生绝对风速度)有关的风速度的传感器信息。在一个实施方式中，例如，绝对坐标框架都可以由用于表明交通工具101的前进方向的基本方向限定，其中，基本方向以正北为参考并且通常受限于与定位在交通工具101上的“向下”向量垂直的平面，而与交通工具101的横滚和/或俯仰或者交通工具101所处的位置无关。
[0056]在一些实施方式中，用户接口114可以适于接收一个或多个传感器信号，包括交通工具101的前进方向(例如，来自图2中的朝向传感器240)、相对风速度和/或风传感器加速度，并且例如使用传感器信号和/或传感器信息来确定传感器运动补偿的相对风速度或者例如绝对风速度(例如，使用一个或多个坐标框架转换和/或本文所述的各种其他过程)。用户接口 114可以适于将传感器信息显示给用户，和/或例如将传感器信息发送给其他用户接口或系统100的控制器，以例如用于显示和/或其他处理。
[0057]在另一实施方式中，用户接口114可以适于在交通工具101处于静态时(例如，风传感器加速度计111和/或系统100的其他传感器基本上测量不到风传感器110和/或交通工具101的运动或加速度)，从风传感器110接收传感器信号，包括风传感器110的横滚和/或俯仰的测量(例如，风传感器110相对于方向108和/或106的旋转)。例如，如本文所述，用户接口114可以适于显示风传感器110的横滚和/或俯仰，以确定和/或显示对于风传感器110和/或固定架112的位置和/或朝向的调整，以便使风传感器110的坐标框架基本上与交通工具100的坐标框架对准，和/或确定用于静态坐标框架转换的参数。
[0058]在相关实施方式中，用户接口114可以适于将控制信号发送至风传感器110以致动伺服系统，以便调整风传感器110的位置和/或朝向，或者例如存储用于静态坐标框架转换的参数(例如，用于相对于交通工具101的相对朝向、正北、和/或一个或多个其他坐标框架和/或方向中的校准和/或“调零”风传感器110)。在这些实施方式中，可以根据一个或多个用户输入发送控制信号，和/或例如可以根据由用户接口 114的逻辑装置执行的软件指令(例如，用于校准风传感器110的软件指令)发送控制信号。相似的方法可以用于调整和/或校准风传感器加速度计111相对于风传感器110、交通工具101和/或其他坐标框架和/或方向的位置和/或朝向。
[0059]GPS 116可以实施成全球定位卫星接收器和/或能够基于从卫星和/或地面源接收到的无线信号确定交通工具101的绝对和/或相对位置并且例如能够将这些测量作为可以通信给系统100的各个装置的传感器信号提供的其他装置。在一些实施方式中，GPS 116可适于确定(例如，使用一系列位置测量)交通工具1I的速度，例如，交通工具1I的绝对速度。
[0060]水速传感器118可以实施成电子皮托管和/或其他能够测量靠近交通工具101的水的线性水速和/或方向(例如，相对水速)并提供这些测量作为与系统100的各个装置通信的传感器信号的其他装置。在一些实施方式中，表观风速度(例如，相对风速度或者传感器运动补偿的相对风速度)可以与相对水速结合(其中，首先将两个速度转换成共同的坐标框架(例如，交通工具1I的坐标框架))，以确定交通工具1I的航行风。例如，可以将航行风定义为相对于其所在的水的局部主体具有零相对运动的自由漂浮物体所经历的风速度(方向和大小)。可以将航行风方向定义为正吹来风的方向，并且其可以表示在交通工具101的坐标框架中(例如，以交通工具101的纵轴206为基准)。
[0061]在相关的实施方式中，交通工具101的绝对速度(例如，GPS116测量的绝对速度)可以与绝对水速结合(例如，转换成绝对坐标框架的相对水速)，以确定绝对潮汐速度。在再一实施方式中，表观风速度(例如，转换成用于绝对潮汐速度的同一绝对坐标框架)可以与绝对潮汐速度结合，以确定地面风。例如，可以将地面风定义为相对于地球(即，固定维度和经度)具有零相对运动的物体所经历的风速度(方向和大小)。可以将地面风方向定义为正吹来风的绝对方向，并且其可以表示在绝对坐标框架(例如，以正北或磁北为基准的坐标框架)中。在潮汐速度为零的情况下，航行风和地面风通常具有相同的大小，但是表示在不同的坐标框架中。
[0062]如图1中所示，在一些实施方式中，水速传感器118可以安装至交通工具101的基本上低于通常的用户水平面(例如，船体102)的部分。水速传感器118可以适于提供薄的轮廓以降低和/或避免水阻。水速传感器118可以包括一个或多个电池和/或其他电力存储装置，并且例如可以包括一个或多个水动力涡轮机，以产生电力。在其他实施方式中，水速传感器118可以使用例如一个或多个穿过船体102的电源引线由交通工具101的电源供电。在各个实施方式中，水速传感器118的位置和/或朝向可以被调整，以便使水速传感器118的坐标框架(水速传感器18测量的水速方向的坐标框架)与交通工具1I的坐标框架基本上对准。
[0063]在其他实施方式中，水速传感器118可以实施有水速传感器加速度计，其类似于例如风传感器110的风传感器加速度计111 ο在该实施方式中，本文相对于风传感器110和/或风传感器加速度计111描述的任何方法(例如，对准、坐标框架转换、运动补偿、和/或本文所述的其他方法)可以以相似方式用于包括水速传感器加速度计的水速传感器118的实施方式。更一般地，图1的系统100和/或图2的系统200的的任何传感器可以实施有传感器加速度计，并且本文相对于风传感器110和/或风传感器加速度计111描述的任何方法可以适于用于这些实施方式中，以对准传感器、确定用于坐标框架转换的参数，补偿传感器的运动，和/或执行本文所述的其他方法。
[0064]如本文所述，GPS116和/或水速传感器118可以实施有天线、逻辑装置、和/或能够使GPS 116和/或水速传感器118与系统100的一个或多个装置交互、提供信号、接收信号和以其他方式与系统100的一个或多个装置通信的其他模拟和/或数字部件。
[0065]控制器130可以实施成任何合适的逻辑装置(例如，处理装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储装置、存储器读卡器、或其他装置或这些装置的组合)，其可以适于执行、存储和/或接收适当的指令，例如，实施用于控制交通工具101的各种操作的控制回路的软件指令。这种软件指令还可以实施用于处理传感器信号、确定传感器信息、提供用户反馈(例如，通过用户接口 114)、为操作参数查询装置、为装置选择操作参数或者执行本文所述的各种操作中的任何操作(例如，系统100的各个装置的逻辑装置执行的操作)的方法。
[0066]此外，机器可读媒介可以设置成存储非临时性指令，以加载到控制器130中或者由其执行。在这些和其他实施方式中，在合适情况下，控制器130可以实施有其他部件，例如，易失性存储器、非易失性存储器、一个或多个接口、和/或与系统100的装置交接的各个模拟和/或数字部件。例如，控制器130可以适于随时间存储传感器信号、传感器信息、用于坐标框架转换的参数或其他操作参数，以及例如使用用户接口 114为用户提供该存储的数据。在一些实施方式中，控制器130可以与一个或多个用户接口(例如，用户接口 114)集成，并且在一个实施方式中，控制器130可以共享通信模块。如本文所述，控制器130可以适于执行一个或多个控制回路，以进行转向控制(例如，通过图2的转向致动器250)、碰撞避免、和/或执行交通工具101的其他各种操作。在一些实施方式中，控制回路可以包括处理传感器信号和/或传感器信息，以便控制交通工具101的一个或多个操作。
[0067]在交通工具101是具有桅杆的交通工具(例如，帆船)的实施方式中，例如，风传感器110和用户接口 114之间的典型距离可以是25米，并且风传感器110和风传感器加速度计111可以不从装置1I的电源接收功率。在相似的实施方式中，在对于系统1I的装置的物理访问受限的情况下，减少总功率使用基本上增加装置的实用性，同时增加整体便利性。
[0068]通过将风传感器加速度计111靠近风传感器110定位或者定位在风传感器110中，本公开文本的实施方式提供了风传感器110的加速度的测量，其对于用来实施风传感器加速度计111的加速度计的精确度的限制基本上是精确的。此外，基本上可以同时和/或使用与用于风传感器加速度测量基本上相同的部件进行、发送和/或存储风速度测量，因而基本上消除了由于测量定时失配而导致的运动补偿误差。例如，在一个实施方式中，风传感器110的逻辑装置可以适于提供风速度和风传感器加速度的测量(例如，由风传感器加速度计111进行的)作为与系统100的各个装置通信的传感器信号。克服测量定时误差(特别是实时地)的传统方法通常要求系统复杂度和/或与增加通信带宽和/或传感器采样率有关的功率使用的大量增加。因此，本公开文本的实施方式对于传统系统在增加精确度、低系统复杂性、低功率要求以及低整体成本方面提供了大量的优势。
[0069]图2示出了根据本公开文本实施方式的风传感器运动补偿系统200的视图。在图2所示的实施方式中，系统200可以实施成提供用于交通工具101的风传感器运动补偿，与图1的系统100相似。例如，系统200可以包括风传感器110、风传感器加速度计111、用户接口114、控制器130以及各种其他传感器和/或致动器。风传感器加速度计111可以适于提供表明风传感器110的加速度的一个或多个传感器信号。
[0070]在图2所示的实施方式中，交通工具101包括在桅杆104(例如，接近交通工具101的重心)交汇的横轴206和纵轴208。在一个实施方式中，横轴206和/或纵轴208可以限定交通工具101的坐标框架。如从图2所见，方向106基本上平行于交通工具101的横轴206(例如“横穿”交通工具101)和/或与其对准，而方向108基本上平行于交通工具101的纵轴208 (例如“沿着”交通工具101)和/或与其对准，如本文所述。适于测量方向(例如，速度、加速度、角旋转、或者包括方向分量的其他状态)的每个传感器装置可以实施有固定架、致动器和/或能够用来使传感器装置的坐标框架与系统100和/或交通工具101的任何装置的坐标框架对准的伺服系统。
[0071]虽然系统200的各个装置在图2中未以透视的方式示出，但是每个装置可以定位在通常的用户水平面处、上方或下方，并且例如可以定位在与图2中所示的位置不同的位置。例如，在一个实施方式中，风传感器110可以基本上定位在交通工具101的用户水平面上方，例如，在桅杆104的桅杆顶，以及在其他实施方式中，定位在沿着桅杆104的不同位置处。在一些实施方式中，水速传感器118(用虚线绘制以表明在交通工具101的用户水平面下方的位置)可以靠近纵轴108定位。
[0072]用户接口 114、控制器130、风传感器110、风速度加速度计111、GPS 116、水速传感器118、朝向传感器240、陀螺仪和/或加速度计242、转向传感器/致动器250以及一个或多个其他模块260中的每一种均可以实施有任何合适的逻辑装置，其能够适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如，实施本文所述的方法和/或操作中的一种或多种的软件指令。例如，这些方法可以包括处理传感器信号的指令、提供风传感器运动补偿的指令、确定用于坐标框架转换的指令、执行坐标框架转换的指令、或者在系统200的一个或多个装置之间发送和/或接收通信的指令。在一个实施方式中，如本文所述，这些方法可以包括确定传感器运动补偿的相对风速度的指令、或者例如调整风传感器110、风传感器加速度计111和/或系统200的其他装置的朝向的指令。在另一实施方式中，该方法可以包括确定用于系统200的一个方向传感器的坐标框架与其他坐标框架互相转换的参数的指令。
[0073]此外，系统200的每个装置可以实施有集成的和/或可移动的机器可读媒介、天线、各种接口和能够使系统200的每个装置与系统200的一个或多个其他装置通信的模拟和/或数字部件。此外，在一些实施方式中，系统200的一个或多个方向传感器可以实施有水平面或其他类型的调平传感器，其适于测量其对应的方向传感器相对于“向下”向量和/或交通工具101的静态朝向的横滚、俯仰或横滚和俯仰的组合。
[0074]朝向传感器240可以实施成电子指南针、六分仪、或能够测量交通工具101的前进方向和其他绝对和/或相对朝向状态并且将这些测量作为可以与系统200的其他装置(例如，用户接口 114、控制器130)通信的传感器信号提供的其他装置。
[0075]陀螺仪和/或加速度计242可以实施成一个或多个陀螺仪、加速度计和/或能够测量交通工具101的绝对和/相对朝向状态、角速度、角加速度和/或线性加速度并且将这些测量作为可以与系统200的其他装置通信的传感器信号提供的其他装置。
[0076]转向传感器/致动器250可以适于根据控制器130提供的一个或多个控制信号(例如，转向命令)感测和/或物理调整交通工具1I的转向机构。转向传感器/致动器250可以物理地耦接至交通工具101的方向舵，并且例如可以适于将方向舵物理地调整成各种正和/或负的转向角。
[0077]其他模块260可以包括例如其他和/或附加的传感器、致动器、通信模块/节点、和/或用于提供交通工具101的附加环境信息的用户接口装置。在一些实施方式中，其他模块260可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、雷达系统、可见光谱相机、红外相机、和/或提供能够测量和/或其他传感器信号的其他环境传感器，其他传感器信号能够被显示给用户和/或被系统200的其他装置(例如，控制器130)使用，以提供补偿环境条件(例如，风速度和/或风向、膨胀速度、幅度和/或方向)的交通工具101和/或在交通工具101的路径中的物体的操作控制。
[0078]在各个实施方式中，朝向传感器240、陀螺仪/加速度计242、转向传感器/致动器250和/或其他模块260中的一个或多个可以安装至交通工具101的基本上在一般的用户水平面上方、下方或处的部分。每个装置可以包括一个或多个电池或者其他电源存储装置，并且可以例如包括一个或多个太阳能电池或者其他发电装置。在一些实施方式中，一个或多个装置可以由交通工具101的电源供电。
[0079]图3示出了根据本公开文本实施方式的为交通工具101的风传感器110提供风传感器运动补偿的过程300的流程图。在一些实施方式中，图3的操作可以实施成由与图1的系统100和/或图2的系统200的相应电子装置和/或传感器有关的一个或多个逻辑装置执行的软件指令。更通常地，图3的操作可以利用软件指令和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、或其他模拟和/或数字部件)的任何组合来实施。
[0080]应该理解，过程300的任何步骤、子步骤、子过程或区段可以与图3所示的实施方式不同的顺序或布置执行。例如，在其他实施方式中，区段302和308中任一个或两者可以从过程300中去除。此外，区段输入、区段输出、各种传感器信号、传感器信息和/或其他操作参数可以在运行至过程300的后续部分之前，存储至系统100和/或200的一个或多个存储器。虽然过程300参照系统100和200描述，但是过程300可以由不同于系统100和200并且包括电子装置、传感器、交通工具和/或交通工具属性的不同选择的其他系统执行。
[0081]在区段302，风传感器110从风传感器加速度301去除低频分量，以产生滤波的风传感器加速度303。例如，风传感器110的逻辑装置可以适于从风传感器加速度计111接收风传感器加速度301，并且高通滤波风传感器加速度301以产生滤波的风传感器加速度303。在备选实施方式中，例如，区段302可以由风传感器加速度计111的逻辑装置、用户接口 114、控制器130、和/或系统100或200的其他装置执行。
[0082]如从图3中所见，区段302可以实施成在s平面中操作的相对简单的转换函数，并且在一些实施方式中，其可以由三个系数表征。在这种实施方式中，乘法系数(例如，“3.2”)可以选择成彼此相等，以使得高通滤波器的通频带基本上无损。在其他实施方式中，每个系数可以调整成(例如，通过风传感器110)改变高通滤波器的形状、带宽和/或截止频率。例如，风传感器110可以适于根据风传感器加速度计111提供的检测到的测量稳定性，增加和/或减小高通滤波器的截止频率。
[0083]更通常地，区段302可以实施成适于去除风传感器加速度计301的DC分量和/或低频分量的软件和/或硬件的任何组合。例如，风传感器加速度计301的DC和/或低频分量可以主要表示与风传感器加速度计111相关的热和/或其他类型的传感器漂移，因此不会影响风传感器110的加速度的精确测量。此外，风传感器110所经历的DC和/或低频加速度可能是与交通工具101的运动相当的运动，其可以由系统100或200的其他传感器更加精确地测量。
[0084]在区段304中，风传感器110对滤波的风传感器加速度303积分以产生风传感器速度307。例如，风传感器110的逻辑装置可以适于接收滤波的风传感器加速度303(例如，来自系统100和/或200的一个或多个存储器，或者作为来自系统100和/或200的一个或多个装置的传感器信息)，并且对滤波的风传感器加速度303积分以产生风传感器速度307。在备选实施方式中，例如，区段304可以由系统100或200的各种装置中的一个或多个逻辑装置执行。
[0085]区段304可以实施成适于对滤波的风传感器加速度303积分的软件和/或硬件的任何组合。如图3中所示，在一些实施方式中，区段304可以实施成在s平面中操作的相对简单的转换函数，并且在一些实施方式中，其可以包括单个乘法系数，其可以被选择(例如，通过提供给用户接口 114的用户输入)成将风传感器速度307的单位从风传感器加速度计111所使用的单位(例如，通常以SI单位测量的千分之一 “g”)切换成节、米/小时、千米/小时、米/秒、或由用户选择的和/或适于特定类型交通工具的其他单位。在一些实施方式中，单个乘法系数可以调整成(例如，通过执行区段302的装置或多个装置)以系统化的形式考虑影响风传感器加速度计111的操作的环境条件，例如，由于系统100和/或200的其他模块感测到的局部气压和/或温度改变而导致的漂移和/或偏差。这种调整可以用来代替或补充区段302的滤波。
[0086]在区段308，风传感器110从传感器速度307去除低频分量，以产生滤波的风传感器速度309。例如，风传感器110的逻辑装置可以适于接收风传感器速度307(例如，来自系统100和/或200的一个或多个装置，或者作为来自系统100和/或200的一个或装置的传感器信息)，并且适于高通滤波风传感器速度307以产生滤波的风传感器速度309。在备选实施方式中，例如，区段304可以由系统100或200的各个装置中的一个或多个逻辑装置执行。
[0087]与区段302相似，区段308可以实施成在s平面中操作的相对简单的转换函数，并且在一些实施方式中，其可以由三个系数表征。在这种实施方式中，乘法系数可以选择成彼此相等，以使得高通滤波器的通频带基本上无损。在其他实施方式中，每个系数可以调整成改变高通滤波器的形状、带宽和/或截止频率。例如，风传感器110可以适于根据检测到的交通工具101的运动(例如，由系统100或200的一个或多个传感器测量)，增加和/或减少高通滤波器的截止频率。在一些实施方式中，区段308的乘法系数可以基本上与区段302的相同，例如以使得各个滤波器特征基本上相同。
[0088]更通常地，区段308可以实施成适于去除风传感器速度307的DC分量和/或低频分量的软件和/或硬件的任何组合。例如，风传感器110所经历的DC和/或低频速度可能是与交通工具的运动(例如，交通工具101的稳定状态运动)相当的运动，其可以由系统100或200的其他传感器更精确地测量。一旦确定滤波的风传感器速度309，其可以与风传感器110测量的相对风速度结合，以确定传感器运动补偿的相对风速度，如本文所述。
[0089]图4示出了根据本公开文本实施方式的为交通工具101的风传感器110提供风传感器运动补偿的过程400的流程图。在一些实施方式中，图4的操作可以实施成由与系统100和/或系统200的对应电子装置和/或传感器有关的一个或多个逻辑装置执行的软件指令。更通常地，图4的操作可以实施有软件指令和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、或其他模拟和/或数字部件)的任何组合。
[0090]应该理解，过程400的任何步骤、子步骤、子过程或区段可以与图4所示的实施方式不同的顺序或布置执行。例如，在其他实施方式中，如果在风传感器加速度的坐标框架中测量相对风速度，那么区段412可以不需要，区段422和426可以去除以支持区段436，并且区段424-436可以去除以支持区段422。此外，虽然区段401-408被示出与区段410-412分离，但是区段401-408以及区段410-412可以基本上同时执行，和/或例如通过相同逻辑装置执行。此夕卜，区段输入、区段输出、各种传感器信号、传感器信息和/或其他操作参数可以在运行至过程400的后续部分之前，存储至系统100和/或200的一个或多个存储器。虽然过程400参照系统100和200描述，但是过程400可以由不同于系统100和200并且包括电子装置、传感器、交通工具和/或交通工具属性的不同选择的其他系统执行。
[0091]在区段401，风传感器110从安装至交通工具101的风传感器加速度计111接收风传感器加速度。例如，风传感器110的逻辑装置可以适于接收风传感器加速度作为风传感器加速度计111的逻辑装置发送的一个或多个传感器信号。在风传感器110和风传感器加速度计111被集成和/或共享电气部件的实施方式中，风传感器110的逻辑装置可以直接从风传感器加速度计111的加速度计接收风传感器加速度。在再一实施方式中，区段401可以由用户接口 114的逻辑装置、控制器130、或者系统100或200的任何其他装置执行。
[0092]在区段402，风传感器110去除在区段401接收的风传感器加速度的低频分量。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于从接收到的风传感器加速度去除DC和/或低频分量，以在一个实施方式中，去除与交通工具101的稳定状态运动有关的传感器漂移和/或运动。在各个实施方式中，区段402可以实施成适于去除接收到的风传感器加速度的DC和/或低频分量的高通滤波器(例如，与图3中的区段302类似)、低通滤波器(例如，从输入信号减去输出)、和/或转换函数。在一些实施方式中，与区段402的实现方式有关的参数和/或系数可以调整成根据风传感器加速度计111提供的检测到的测量稳定性而改变实现方式的形状、带宽和/或截止频率，如本文所述。
[0093]在区段404，风传感器110根据在区段402中处理的传感器加速度确定风传感器速度。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于通过对区段401或402的传感器加速度积分而确定风传感器速度。在各个实施方式中，区段404可以实施成积分器和/或转换函数(例如，与图3中的区段304类似)，其适于例如根据风传感器加速度确定风传感器速度。
[0094]在区段406，风传感器110变换区段404中处理的风传感器速度的单位。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于通过将区段404的风传感器速度与选择的系数(例如，通过提供给用户接口 114的用户输入)相乘来切换风传感器速度的单位，从而将风传感器速度的单位从风传感器加速度计111所使用的单位切换成由用户选择和/或适于特定类型交通工具的节和/或其他单位。
[0095]在一些实施方式中，乘法系数可以调整成(例如，通过执行区段406的装置或多个装置)以系统化的形式考虑影响风传感器加速度计111的操作的环境条件，例如由于系统100和/或200的其他模块感测到的局部气压和/或温度改变而导致的漂移和/或偏差(例如，与图3中的区段304中的调整乘法系数相似)。这种调整可以用来代替或补充区段402的处理。例如，区段406可以根据用户输入而可选，并且可以与区段404整合。
[0096]在区段408，风传感器110去除区段404和/或406处理的风传感器速度的低频分量。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于从风传感器速度去除DC和/或低频分量，以在一个实施方式中，去除与交通工具101的稳定状态运动有关的运动。在各个实施方式中，区段408可以实施成适于去除区段404和/或406提供的风传感器速度的DC和/或低频分量的高通滤波器(例如，与图3中的区段308类似)、反馈给输入信号的低通滤波器、和/或转换函数。例如，与区段408的实现方式有关的参数和/或系数可以调整成根据检测到的交通工具101的运动而改变实现方式的形状、带宽和/或截止频率。在一些实施方式中，区段408的实现方式的滤波器特性可以基本上匹配区段402的滤波器特性。
[0097]在区段410，风传感器110接收风传感器110测量的相对风速度。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于接收风传感器110测量的相对风速度作为风传感器110的逻辑装置发送的和/或存储在风传感器110的存储器中的一个或多个传感器信号。在风传感器110和风传感器加速度计111被集成和/或共享电气部件的实施方式中，风传感器110的逻辑装置可以直接从风传感器110接收相对风速度，并且在与从风传感器加速度计111的加速度计接收风传感器加速度基本上相同的时间进行接收。在各个实施方式中，系统100或200的一个或多个逻辑装置可以适于定时区段401和/或410的执行(例如，以及对应的传感器测量)，以基本上消除与测量定时失配有关的定时误差。
[0098]在区段412，风传感器110将区段410中接收的相对风速度转换成在区段401中接收的风传感器加速度的坐标框架。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于将坐标框架转换应用至区段410中接收的相对风速度，以将风传感器110测量的相对风速度的坐标框架转换成风传感器加速度计111测量的风传感器加速度的坐标框架。在一些实施方式中，例如，风传感器加速度计111测量的风传感器加速度的坐标框架可以基本上与交通工具101的坐标框架对准，或者可以使用静态坐标框架转换而校准到交通工具101的坐标框架，如本文所述。
[0099]在备选实施方式中，风传感器101可以适于将区段408中处理的风传感器速度转换成相对风速度的坐标框架，或者将两者都转换成第三坐标框架，例如，交通工具101的坐标框架。用于这种坐标转换的参数可以使用系统100和/或200的各种方向传感器进行的一个或多个测量、提供给用户接口 114的用户输入以及各种校准和/或相对朝向确定来确定。在一个实施方式中，坐标框架转换可以实施成相对简单的二维正弦/余弦分解，分解成与图2的轴206和208对应的分量。无论如何，一旦相对风速度处于与区段408中处理的风传感器速度相同的坐标框架中，过程410可以进行至区段420。这样，在风传感器110的坐标框架与风传感器加速度计111的坐标框架基本上相同的实施方式中，区段412可以从过程400去除。
[0100]在区段420，风传感器110根据区段412中处理的相对风速度和区段408中处理的风传感器速度，确定传感器运动补偿的相对风速度。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于通过将区段408中处理的风传感器速度和区段412中处理的相对风速度结合而确定传感器运动补偿的相对风速度。
[0101]例如，在风速度是风正在吹向何处的测量(例如，风目的地，与风吹来的地方或者风来源相反)的实施方式中，传感器运动补偿的相对风速度可以通过风传感器速度和相对风速度的向量相加来确定，原因在于风传感器速度会在与风传感器速度相反的方向上引起测量的相对风速度分量。在风速度是风来自何处的测量的实施方式中，传感器运动补偿的相对风速度可以通过风传感器速度和相对风速度的相减而确定。在一些实施方式中，区段420可以实施有各种滤波器和/或其他信号处理操作，以平滑、切换、转换和/或以其他方式准备传感器运动补偿的相对风速度，以便于显示和/或进一步处理。
[0102]在区段422，用户接口114显示在区段420中处理的传感器运动补偿的相对风速度。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于将区段420中处理的传感器运动补偿的相对风速度发送给用户接口 114，并且用户接口 114的逻辑装置可以适于接收传感器运动补偿的相对风速度并且使用用户接口 114的显示器来将其显示给接近用户接口 114的用户。可以根据提供给用户输入114的一个或多个用户输入显示传感器运动补偿的相对风速度，例如，用户输入可以是特定单位约定，或者，传感器运动补偿的相对风速度的显示可以以用户接口 114的特定朝向为基准(例如，在将传感器运动补偿的相对风速度至少部分显示成与用户接口 114的朝向中的变化对应的图像的情况下)。在一些实施方式中，区段422可以根据用户输入可选。
[0103]在区段424中，风传感器110将区段420中确定的传感器运动补偿的相对风速度转换成绝对坐标框架。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于将坐标框架转换应用至传感器运动补偿的相对风速度，以将传感器运动补偿的相对风速度的坐标框架(例如，风传感器加速度计111的坐标框架)转换成绝对坐标框架，例如，以正北为基准的基本方向所限定的坐标框架。
[0104]用于任何这种坐标转换的参数可以利用系统100和/或200的各种方向传感器进行的一个或多个测量、提供给用户接口 114的用户输入以及各种校准和/或相对朝向确定来确定，如本文所述。在一个实施方式中，坐标框架转换可以实施成相对简单的二维正弦/余弦分解，分解成与正北以及与正北和“向下”向量正交的方向对应的分量。无论如何，一旦传感器运动补偿的相对风速度处于绝对坐标框架(例如，产生绝对的传感器运动补偿的相对风速度)中，过程400可以进行至区段426。
[0105]在区段426，用户接口114显示在区段424中处理的经转换的传感器运动补偿的相对风速度。例如，风传感器110的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于将区段424中处理的经转换的传感器运动补偿的相对风速度发送给用户接口 114，并且用户接口 114的逻辑装置可以适于接收该经转换的传感器运动补偿的相对风速度，并且使用用户接口 114的显示器来将其显示给接近用户接口 114的用户。可以根据提供给用户输入114的一个或多个用户输入显示经转换的传感器运动补偿的相对风速度，用户输入可以是例如特定单位约定，或者，经转换的传感器运动补偿的相对风速度的显示可以以用户接口114的特定朝向为基准。在一些实施方式中，区段422可以根据用户输入可选。
[0106]在区段430中，控制器130确定交通工具101的交通工具速度。例如，控制器130的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于根据一个或多个传感器信号确定交通工具速度，例如，根据来自GPS 116、水速传感器118、朝向传感器240、陀螺仪/加速度计242、和/或一个或多个其他模块260的传感器信号(例如，用于使用环境条件来补偿各个测量中运动)。在一个实施方式中，控制器130可以适于确定以交通工具101的一个或两个轴(例如，图2的轴206和208)限定的坐标框架为基准的相对交通工具速度。在另一实施方式中，控制器130可以适于确定以绝对坐标框架(例如，与正北有关的坐标方向限定的一个坐标框架)为基准的绝对交通工具速度。
[0107]在区段432，控制器130提供控制信号至转向传感器/致动器250。例如，控制器130的逻辑装置可以适于基于用户接口 114的用户选择的路径点、GPS 116测量的当前位置、陀螺仪/加速度计242测量的最大可允许的横倾角、区段420中确定的传感器运动补偿的相对风速度、区段430中确定的相对和/或绝对交通工具速度、从当前位置到路径点的计算的和/或用户选择的轨迹(例如，至少部分依赖于最大可允许的横倾角、传感器运动补偿的相对风速度、以及相对和/或绝对交通工具速度)、到路径点的理想时间、和/或其他领航要求、环境条件和/或操作参数，来确定交通工具101的期望前进方向和/或期望交通工具速度。一旦确定了期望的前进方向和/或交通工具速度，控制器130可以适于发送控制信号至转向传感器/致动器250，以调整转向机构(例如，方向舵)以及大致符合使交通工具1I的前进方向与期望前进方向和/或交通工具速度。
[0108]在其他实施方式中，例如，控制器130可以适于监控一个或多个其他模块260(例如，雷达模块)以及传感器运动补偿的相对风速度和/或交通工具速度，并且调整交通工具101的前进方向以安全地避免与物体和/或其他交通工具碰撞，同时保持在最大可允许的横倾角之下。在其他实施方式中，控制器130可以适于将控制信号发送给用户接口 114，以显示表明前进方向即将发生改变的一个或多个警报、迫近的碰撞、到达路径点的估计时间和其他领航警报和/或传感器信息。
[0109]在区段434，控制器130根据区段424中处理的经转换的传感器运动补偿的相对风速度以及区段430中确定的绝对交通工具速度，确定绝对风速度。例如，控制器130的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于通过将绝对交通工具速度与经转换的传感器运动补偿的相对风速度相结合而确定绝对风速度。在一些实施方式中，区段434可以实施有各种滤波器和/或其他信号处理操作，以平滑、切换、转换和/或以其他方式准备绝对风速度，以便显示和/或进一步处理。
[0110]在区段436，用户接口 114显示区段434中确定的绝对风速度。例如，控制器130的逻辑装置(例如，或者系统100或200的任何其他装置)可以适于将区段424中处理的绝对风速度发送给用户接口 114，并且用户接口 114的逻辑装置可以适于接收该绝对风速度并且使用用户接口 114的显示器来将其显示给接近用户接口 I 14的用户。可以根据提供给用户输入114的一个或多个用户输入显示绝对风速度，个用户输入例如可以是特定单位约定，或者，绝对风速度的显示可以以用户接口 114的特定朝向为基准。在一些实施方式中，区段436可以根据用户输入可选。
[0111]图5示出了根据本公开文本实施方式的为交通工具101的风传感器110提供风传感器运动补偿的过程500的流程图。在一些实施方式中，图5的操作可以实施成由与系统100和/或200的对应的电子装置和/或传感器有关的一个或多个逻辑装置执行的软件指令。更通常地，图5的操作可以实施有软件指令和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、或其他模拟和/或数字部件)的任何组合。
[0112]过程500的任何步骤、子步骤、子过程或区段可以与图5所示的实施方式不同的顺序或布置执行。此外，区段输入、区段输出、各种传感器信号、传感器信息和/或其他操作参数可以在运行至过程500的后续部分之前，存储至系统100和/或200的一个或多个存储器。
[0113]在一些实施方式中，过程500可以由不同于系统100和200并且包括电子装置、传感器、交通工具和/或交通工具属性的不同选择的其他系统执行。例如，过程500可以由以下系统执行:其中交通工具101是一个组件和机构，其适于将运动引入到组件(例如，振动台)和安装至组件的风传感器加速度计中，以模拟交通工具加速度，并且在安装和/或以其他方式集成风传感器加速度计111和风传感器110时，提供风传感器加速度计111的坐标框架与风传感器110的坐标框架的校准和/或精确对准。
[0114]在区段502中，风传感器110从安装至交通工具101的风传感器加速度计111接收一个或多个风传感器加速度。例如，风传感器110的逻辑装置(或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于接收风传感器加速度作为由风传感器加速度计111的逻辑装置发送的一个或多个传感器信号。在一些实施方式中，例如，风传感器110可以适于将风传感器加速度存储至风传感器110的存储器和/或系统100或200的装置中的一个或多个存储器。
[0115]在风传感器加速度计111定位在风传感器110的外罩上或外罩内，与风传感器110集成和/或与风传感器110共享电气部件的实施方式中，风传感器110的逻辑装置可以直接从风传感器加速度计111的加速度计接收风传感器加速度。此外，在一些实施方式中，风传感器加速度计111可以相对于风传感器110固定，并且它们各自的坐标框架之间的坐标框架转换也可以固定。
[0116]在区段504，风传感器110从陀螺仪/加速度计242接收一个或多个交通工具加速度。例如，风传感器110的逻辑装置(或者，系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口114和/或控制器130)可以适于接收线性和/或角加速度作为陀螺仪/加速度计242的逻辑装置发送的一个或多个传感器信号。在其他实施方式中，这种交通工具加速度可以从系统100或200的一个或多个其他装置作为传感器信息发送。在一些实施方式中，风传感器110可以适于存储交通工具加速度至风传感器110的存储器和/或系统100或200的装置的一个或多个存储器。
[0117]在区段506，风传感器110确定风传感器加速度计111的坐标框架和交通工具101的坐标框架之间的一个或多个坐标框架转换。例如，风传感器110的逻辑装置(或者系统100或200的任何其他装置，例如，用户接口 114和/或控制器130)可以适于确定风传感器加速度计111测量的风传感器加速度和交通工具101的坐标框架之间的坐标框架转换，其中坐标框架转换基于区段502中接收到的风传感器加速度与区段504中接收到的交通工具加速度的比较。
[0118]在一个实施方式中，用于坐标框架转换的参数可以通过检测风传感器加速度计111和陀螺仪/加速度计242测量的重合的加速度的相对朝向而确定。例如，相对朝向可以基本上依赖于重合的加速度的方向，但不依赖于重合的加速度的幅度，并且因此，通过检测这种相对朝向而确定的参数可以较大程度地不受由于传感器漂移而导致的误差的影响，如本文所述。重合的加速度的检测可以基于峰值检测和/或其他信号处理、图样检测、和/或重合的信号检测技术，并且在一些实施方式中，可以例如在不需要实时和/或同步测量的情况下执行，其可以基本上消除和/或避免由于测量定时失配而导致的误差。
[0119]在再一实施方式中，风传感器110的坐标框架可以使用本文所述的方法、过程和/或装置与交通工具101的坐标框架对准。例如，风传感器110的朝向可以与交通工具101的坐标框架物理对准，和/或用于它们各自的坐标框架之间的坐标框架转换的参数可以确定和/或存储以重复使用，如本文所述。在这些实施方式中，区段506中确定的坐标框架转换中的至少一个将是可操作的，以将风传感器110测量的风速度转换到风传感器加速度计111的坐标框架。通常，区段506中确定的坐标框架转换将是可操作的，以将风传感器110或风传感器加速度计111中一个的测量转换到另一个的坐标框架。相似的方法可以用来校准系统100和/或200的方向传感器装置中的任何一个。
[0120]因为过程300、400和/或500提供和/或利用高精度风传感器运动补偿系统，过程300、400和/或500的实施方式可以实施成提供传感器运动补偿的相对风速度和/或绝对风速度，其足以可靠地形成用以安全且精确的领航控制系统的基础，如本文所述。此外，在对于风传感器运动补偿系统的至少一部分物理访问由于风传感器相对于交通工具的定位而受到局限和/或被限制的情况下，在本公开文本实施方式中论证的减少的操作功率使用充分增加了系统的长期实用性和整体便利性。
[0121]应用时，本公开文本提供的各种实施方式可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。而且应用时，在不偏离本公开文本的精神的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。应用时，在不偏离本公开文本的精神的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以分离成包括软件、硬件或两者的子部件。另外，应用时，可以预期的是，软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。
[0122]根据本公开文本的软件，诸如非临时性指令、程序编码和/或数据可以存储在一个或多个非临时性机器可读介质上。还可以预期的是，本文中确定的软件可以使用网络式和/或其它方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现。应用时，本文中描述的各种步骤的顺序可以改变、组合成复合步骤，和/或被分离成子步骤以提供本文中描述的特征。
[0123]上述实施方式示例但不限制该实用新型。还应该理解，根据该实用新型的原则可以进行许多修改和变更。因此，本实用新型的范围仅用下面的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种风传感器运动补偿系统，其特征在于，包括: 安装到交通工具的风传感器，其用于测量相对风速度； 耦接到风传感器的风传感器加速度计，其用于测量风传感器加速度;及 积分器，其用于积分风传感器加速度以确定风传感器速度。2.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，风传感器加速度计基本上定位在用于风传感器的外罩附近、外罩上或外罩内。3.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括第一高通滤波器，其用于在将风传感器加速度提供给积分器之前，从风传感器加速度去除风传感器加速度的一个或多个低频分量。4.根据权利要求3所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括用于去除积分器提供的风传感器速度的一个或多个低频分量的第二高通滤波器。5.根据权利要求4所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，第二高通滤波器使用与第一高通滤波器所使用的滤波器特性大致相同的滤波器特性。6.根据权利要求5所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，积分器、第一高通滤波器和/或第二高通滤波器由逻辑装置实施。7.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括用于将相对风速度转换到风传感器加速度的坐标框架的逻辑装置。8.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括用于将风传感器速度与相对风速度组合以提供传感器运动补偿的风速度的逻辑装置。9.根据权利要求8所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，积分器由逻辑装置实施或者实施在逻辑装置内。10.根据权利要求8所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括具有显示器的用户接口，该显示器用于将传感器运动补偿的相对风速度的方向和/或幅度显示给接近用户接口的用户。11.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括: 安装至交通工具的GPS、朝向传感器、加速度计或水速传感器中的一个或多个；以及逻辑装置，其用于从GPS、朝向传感器、加速度计或水速传感器中的一个或多个接收传感器信号并且基于传感器信号提供交通工具速度。12.根据权利要求11所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，该风传感器运动补偿系统还包括具有显示器的用户接口，所述逻辑装置被配置成: 至少部分基于风传感器速度和相对风速度的组合，确定传感器运动补偿的风速度，至少部分基于交通工具速度和传感器运动补偿的相对风速度的组合，确定绝对风速度，以及 使用用户接口的显示器以将绝对风速度的方向和/或幅度显示给接近用户接口的用户。13.根据权利要求12所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，逻辑装置适于在确定绝对风速度之前，将传感器运动补偿的相对风速度转换到交通工具速度的坐标框架。14.根据权利要求12所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，积分器由逻辑装置实施。15.根据权利要求1所述的风传感器运动补偿系统，其特征在于，还包括转向致动器以及为转向致动器提供对应于期望交通工具速度的控制信号的控制器，其中，期望的交通工具速度基于相对风速度、风传感器速度和交通工具速度。
【文档编号】G01P21/02GK205484410SQ201490000682
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年3月13日
【发明人】M·约翰逊, C·霍奇森
【申请人】菲力尔系统公司