完整性控制方法以及包括多個(gè)處理模塊的融合/合并裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性控制。
[0002] 本發(fā)明更特別設(shè)及一種處理模塊的完整性控制方法和裝置，該方法和裝置使用來(lái) 自慣性測(cè)量單元（在下文中也被稱為UMI，化it6deMesureInedielle)的慣性測(cè)量值W 及來(lái)自無(wú)線導(dǎo)航衛(wèi)星星群的信號(hào)的測(cè)量值對(duì)處理模塊進(jìn)行完整性控制。在下文中，運(yùn)些測(cè) 量值將被稱為來(lái)自導(dǎo)航裝置的測(cè)量值。
[0003] 本發(fā)明還可用于僅來(lái)自無(wú)線導(dǎo)航衛(wèi)星星群的信號(hào)的測(cè)量值信息。
【背景技術(shù)】
[0004] 在飛行器或船舶的導(dǎo)航中尤其普遍使用混合INS(Inertial化vigationSystem, 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）/GNSS(Global化vigationSatelliteSystem,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）設(shè)備。 陽(yáng)0化]將來(lái)自UMI的信息用于計(jì)算定位、速率和方向信息的慣性設(shè)備提供的信息具有不 太大的噪聲并且在短期內(nèi)很精確。然而，在長(zhǎng)期內(nèi)，該慣性設(shè)備的定位性能變差（變差的快 慢取決于例如傳感器、加速計(jì)或巧螺儀的質(zhì)量W及所實(shí)現(xiàn)的處理操作的質(zhì)量）。盡管來(lái)自衛(wèi) 星無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)的各條信息自身在長(zhǎng)期內(nèi)漂移的可能性很小，但是運(yùn)些信息通常具有噪聲 并且具有變化的精度。而且，GNSS信息并不總是可用，慣性測(cè)量值卻總是可用的并且可能 會(huì)被檢驗(yàn)和加擾。
[0006] INS/GNSS混合化ybridation)將由UMI提供的信息與由一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星無(wú)線導(dǎo)航 接收機(jī)提供的測(cè)量值相結(jié)合W便借助于運(yùn)兩個(gè)來(lái)源獲得位置和速率信息，該一個(gè)或多個(gè)衛(wèi) 星無(wú)線導(dǎo)航接收機(jī)可選地工作在不同的星群中。GNSS接收機(jī)提供的測(cè)量值的精度使得能夠 控制慣性漂移，并且具有并不十分大的噪聲的慣性測(cè)量值使得有可能對(duì)接收機(jī)的測(cè)量值進(jìn) 行噪聲過(guò)濾。
[0007] 現(xiàn)代航空導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算所提供的位置的保護(hù)半徑，該保護(hù)半徑將真實(shí)位置誤差限 制在給定的完整性風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)。由保護(hù)半徑和相關(guān)聯(lián)的完整性水平構(gòu)成的配對(duì)限定了假設(shè)位置 的完整性。
[0008] 該方法對(duì)于除地面位置（維度、經(jīng)度）之外的變量同樣有效，并且對(duì)于諸如海拔之 類(lèi)慣常也計(jì)算保護(hù)距離的一維信息尤其有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種信息完整性控制方法，該方法通過(guò)將特定的少有事 件或失效考慮在內(nèi)來(lái)確定保護(hù)半徑，例如，每操作小時(shí)的發(fā)生概率小于10 7的事件或失效。 在此情況下，有必要將每操作小時(shí)的出現(xiàn)概率通?？蒞忽略的事件考慮在內(nèi)。
[0010] W可能影響位置或速率信息的極少有事件為例，極少有事件可W是無(wú)線導(dǎo)航衛(wèi)星 的未表明雙重失效、UMI的未表明雙重失又或者無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)的未表明整體失效，其在GPS NAVSTAR無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下發(fā)生水平大約為10V化（飛行小時(shí)）。
[0011] 為此提出了一種用于對(duì)由融合-合并裝置遞送的導(dǎo)航信息的值進(jìn)行完整性控制 的方法，該融合-合并裝置包括多個(gè)處理模塊，各處理模塊根據(jù)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo) 航裝置的測(cè)量值來(lái)得到導(dǎo)航解，根據(jù)該導(dǎo)航解針對(duì)各處理模塊來(lái)確定對(duì)應(yīng)于所給定的失效 概率的保護(hù)半徑，
[0012] 其特征在于，確定至少一個(gè)合并區(qū)域，所述至少一個(gè)合并區(qū)域包圍保護(hù)區(qū)域，所述 保護(hù)區(qū)域W所述處理模塊的輸出處的所述解值為圓屯、且對(duì)應(yīng)于針對(duì)運(yùn)些處理模塊所確定 的所述保護(hù)半徑，所述融合-合并裝置針對(duì)所述失效概率的保護(hù)半徑自身被確定W對(duì)應(yīng)于 所述合并區(qū)域。
[0013] 在測(cè)量信息僅來(lái)自無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下，處理模塊例如實(shí)現(xiàn)位置自主完整性處 理操作，該位置自主完整性處理操作由用于計(jì)算相關(guān)的保護(hù)半徑的值的接收機(jī)（縮寫(xiě)為 P-RAIM)及其針對(duì)速率的等效物（V-RAIM)來(lái)完成。在信息來(lái)自UMI或GNSS的情況下，處理 模塊例如實(shí)現(xiàn)混合W及AAIM類(lèi)型的完整性處理操作。
[0014] 運(yùn)樣的方法有利地采用W下不同特征單獨(dú)或者根據(jù)其全部可能組合來(lái)完成：
[0015] 當(dāng)至少一個(gè)導(dǎo)航裝置的測(cè)量值被用于兩個(gè)處理模塊的輸入處時(shí)，測(cè)量值被用于運(yùn) 兩個(gè)處理模塊中分別任一個(gè)的輸入處的其他導(dǎo)航設(shè)備被選擇為就其可能的失效而言是獨(dú) 立的；
[0016] 當(dāng)至少兩個(gè)導(dǎo)航裝置就其可能的失效而言是非獨(dú)立的時(shí)，分別使用運(yùn)些導(dǎo)航裝置 中任一個(gè)的測(cè)量值的至少兩個(gè)處理模塊使得所述至少兩個(gè)處理模塊在輸入處使用的其他 導(dǎo)航裝置就其可能的失效而言是獨(dú)立的；
[0017] 在確定合并圓圓屯、之后，所述合并圓的半徑被確定為包圍圓，該包圍圓對(duì)W處理 模塊的輸出處的解值為圓屯、并且半徑等于處理模塊的保護(hù)半徑的圓進(jìn)行包圍；
[0018] 包圍圓是W最小半徑對(duì)W處理模塊的輸出處的解值為圓屯、的圓進(jìn)行包圍的圓；
[0019] 合并圓的圓屯、被確定為等于在不同的處理模塊的輸出處的解值的平均值，必要時(shí) 為加權(quán)平均值；
[0020] 在處理模塊的輸出處應(yīng)用對(duì)可能的失效的檢測(cè)和排除；
[0021] 在處理模塊的輸出處應(yīng)用一致性檢測(cè)，根據(jù)一致性檢測(cè)來(lái)檢測(cè)可能的失效；
[0022] 對(duì)一致性檢測(cè)的輸出進(jìn)行分析W用于在對(duì)應(yīng)于運(yùn)些輸出的數(shù)據(jù)中檢測(cè)某些失效 的特征標(biāo)記；
[0023] 為處理模塊所共有的導(dǎo)航裝置為UMIW及無(wú)線導(dǎo)航接收機(jī)，并且其中，應(yīng)用于處 理模塊的輸出處或者應(yīng)用于處理模塊的輸入處的測(cè)量值的處理操作對(duì)一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的 失效和/或慣性測(cè)量單元的失效和/或GNSS系統(tǒng)的失效和/或GNSS接收機(jī)的失效和/或 UMI類(lèi)型的失效進(jìn)行檢測(cè)；
[0024] 在處理模塊處應(yīng)用對(duì)UMI硬件失效的檢測(cè)。
[00巧]同樣提出了一種融合-合并裝置，該融合-合并裝置包括多個(gè)處理模塊，各處理模 塊根據(jù)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)航裝置的測(cè)量值得到導(dǎo)航解，所述融合-合并裝置包括處 理裝置，處理裝置針對(duì)各處理模塊來(lái)確定對(duì)應(yīng)于給定失效概率的保護(hù)半徑，其特征在于，融 合-合并裝置包括合并模塊，合并模塊確定至少一個(gè)合并區(qū)域，該至少一個(gè)合并區(qū)域包圍 保護(hù)區(qū)域，保護(hù)區(qū)域W處理模塊的輸出處的解值為圓屯、并且對(duì)應(yīng)于針對(duì)運(yùn)些處理模塊所確 定的保護(hù)半徑，所述融合-合并裝置針對(duì)所述失效概率的保護(hù)半徑自身被確定W對(duì)應(yīng)于所 述合并區(qū)域。
【附圖說(shuō)明】
[00%] 通過(guò)W下描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將進(jìn)一步變得明顯，該描述是示意性且非 限定性的，并且應(yīng)當(dāng)參考附圖進(jìn)行閱讀，在附圖中：
[0027] 圖1示出了一種融合-合并裝置的架構(gòu)，該融合-合并裝置與符合本發(fā)明的實(shí)施 例的慣性/GNSS混合導(dǎo)航類(lèi)型的處理模塊相連；
[0028] 圖2概括示出了本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)施例；
[0029]圖3a至3e示出了可W在應(yīng)用本發(fā)明的模式中檢測(cè)到的失效模式的特征標(biāo)記的不 同示例；
[0030] 圖4、5和6示出了用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)航裝置的可能的合并架構(gòu)示例。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 合并巧架構(gòu)示例
[0032] 參考圖1，其概括示出了導(dǎo)航系統(tǒng)1，該導(dǎo)航系統(tǒng)1例如被加載到飛行器或船舶上 (或用于被加載到飛行器或船舶上）。
[003引該導(dǎo)航系統(tǒng)1使用各種UMI和GNSS導(dǎo)航裝置，并且為此包括不同的慣性測(cè)量單元 2W及不同類(lèi)型星群的GNSS信號(hào)接收機(jī)3。導(dǎo)航系統(tǒng)1還包括融合-合并裝置4 (計(jì)算平 臺(tái)），融合-合并裝置4包括6個(gè)Kalman(卡爾曼）濾波器類(lèi)型的處理模塊5a至5fW及合 并模塊6。
[0034] 更特別地，在所示示例中提供了S個(gè)慣性測(cè)量單元UMI1. 1、UMI1. 2、UMI2,前兩 個(gè)慣性測(cè)量單元是相同類(lèi)型的（類(lèi)型1)，第=個(gè)慣性測(cè)量單元是另一類(lèi)型的（類(lèi)型2)。 接收機(jī)3使得能夠獲得至少兩個(gè)衛(wèi)星星群的偽測(cè)量值，一個(gè)GNSS1例如為GPS(Global 化sitioningSystem,全球定位系統(tǒng)）星群，另一個(gè)GNSS2例如為GALILEO(GALILEO satellitenavigationsystem,伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）或化ONASS(GLObalnayaNAvigatsi onnayaSputrdkovayaSisterna,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）星群。
[0035] 各處理模塊5a至5f接收：
[0036] 單元2的輸出處的數(shù)據(jù)，該單元的傳感器（巧螺儀、加速計(jì)）得到的慣性增量測(cè)量 值；
[0037]W及，接收機(jī)3的輸出處的偽測(cè)量值。
[0038] 尤其是，模塊5a接收GNSS1數(shù)據(jù)和UMI1. 1單元的數(shù)據(jù)，模塊化接收GNSS2數(shù)據(jù) 和UMI1. 1單元的數(shù)據(jù)，模塊5c接收GNSS1數(shù)據(jù)和UMI1. 2單元的數(shù)