用于姿态错误检测的系统和方法技术方案

用于姿态错误检测的系统和方法。提供了用于基于空气数据和飞行器控制设置来进行姿态错误检测的系统和方法。在一个实施例中，用于飞行器姿态测量系统的传感器监视器包括：被配置成模拟多个状态的飞行器模型，所述多个状态至少包括飞行器姿态状态，飞行器速度状态，下降率误差状态，和风速状态；传播器-估计器，被配置成利用飞行器模型的多个状态来处理来自飞行器姿态测量系统的第一惯性测量单元的空气数据测量和姿态测量；和残差评估器，其被配置成输入由传播器-估计器生成的残留误差值，其中当残留误差值超过预定统计阈值时，残差评估器输出警报信号。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2014年10月8日提交的题为“ATTITUDEFAULTDETECTIONBASEDONAIRDATAANDAIRCRAFTCONTROLSETTINGS”的美国临时申请号62/061,425的优先权和权益并且其通过引用被全部并入本文。
技术介绍
引出当前商用飞行器设计以消除对具有用于获得飞行器姿态测量的三个可操作的高级别(即，导航级别)的空气数据惯性参考单元的需求。期望具有仅包括两个高级别的惯性参考单元的飞行器，并且具有作为低级别的惯性传感器(例如微机电系统(MEMS)惯性传感器)的第三单元。同时，存在对甚至当两个高级别的惯性参考单元之一不工作(例如，由于惯性传感器有故障引起)时保持飞行器起飞的能力的期望。具有用于姿态测量的两个可靠的源的飞行器的起飞和操作本身并不是问题，但是可能发展在飞行期间两个剩余的服务中的惯性传感器之一降级，并且开始输出包括某种级别的偏置误差的姿态数据的情形。在那个情况下，当飞行人员观察到两个服务中的惯性传感器正产生不同的滚动和/或仰俯数据时，他们需要能够确定传感器中的哪个正在提供准确的姿态测量并且哪个没有。由于上面阐明的原因，并且由于下面阐明的其它原因(在阅读和理解说明书时，对于本领域技术人员来说其将变得明显)，本领域中存在对基于空气数据和飞行器控制设置来进行姿态错误检测的替代系统和方法的需要。附图说明当鉴于优选实施例的描述和下面的图形考虑时，本专利技术的实施例可以被更加容易地理解，并且更多优点及其使用更加显而易见，其中：图1是图示出用于提供本公开的一个实施例的飞行器姿态测量的航空电子系统的图；图2是图示出由本公开的一个实施例的传感器监视器利用的简单飞行器模型的图；并且图3是进一步图示出本公开的一个实施例的传感器监视器的图；并且图4是图示出本公开的一个实施例的方法的流程图。根据惯例，各种描述的特征并未按比例绘制，而是被绘制成强调与本发明相关的特征。遍及整个附图和文本，参考字符表示相似的元件。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了用于提供姿态错误检测的系统和方法，并且将通过阅读和学习下面的说明书而被理解。提供了用于基于空气数据和飞行器控制设置来进行姿态错误检测的系统和方法。在一个实施例中，用于飞行器姿态测量系统的传感器监视器包括：飞行器模型，其被配置成模拟多个状态，该多个状态至少包括飞行器姿态状态，飞行器速度状态，下降率(sinkrate)误差状态，和风速状态；传播器-估计器，其被配置成利用飞行器模型的多个状态来处理来自飞行器姿态测量系统的第一惯性测量单元的空气数据测量和姿态测量；和残差评估器，其被配置成输入由传播器-估计器生成的残留误差值，其中当残留误差值超过预定统计阈值时，残差评估器输出警报信号。具体实施方式在下面的详细描述中，参考形成本文一部分的附图，并且在图中通过本专利技术可以在其中实施的特定说明性实施例的方式被示出。这些实施例充分详细地被描述从而使得本领域技术人员能够实施本专利技术，并且将理解的是，可以利用其它实施例并且在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以进行逻辑的、机械的和电气的改变。因此，下面的详细描述不将以限制性意义进行。本文描述的提议的实施例采用飞机动力学的简单模型来确定由惯性传感器提供的指示的姿态(滚动或俯仰)是否与其它测量的或可量化的实体(诸如真实空速(TAS)，气压高度率，迎角(AOA)，推力和方向舵(rudder)设置)相当。结合滚动和俯仰的所提及的参数形成动态参数的冗余集合，并且通过尝试将它们全部作为测量(或观察)应用到简单模型，在滚动或俯仰测量或者两者都偏离(off)的情况下，则将观察到冲突。这个冲突将表现为在传播器-估计器算法测量残差中的系统偏移，并且在这些达到超出了测量参数相对于模型的不确定的水平时，提供俯仰和滚动的设备失效。传播器-估计器算法可以使用卡尔曼滤波器或卡尔曼滤波器等同物来实现。可以将阈值应用到残差，从而使得大于预定水平的姿态错误触发警报。例如，在一个实施例中，评估来自惯性测量单元的残差的部件能够确定对于导航设备而言，滚动是否偏离(例如，偏离超过10度)，或者俯仰是否偏离(例如，偏离超过5度)，或者是否俯仰和滚动两者都偏离。当两个姿态参考系统输出不同的答案时，提议的实施例能够查看所有可用的飞机动态输入参数，并且指示两个姿态参考系统中哪个是错误的。本文所描述的实施例将动态状态估计技术扩展到不仅包括导航特定的参数建模(例如姿态和速度)，而且包括依赖飞行器动态状态的模型的参数，诸如迎角、方向舵设置和/或位置和施加的推力。图1是图示出用于向飞行器的飞行人员提供飞行器姿态测量(即，飞行器俯仰和滚动测量)的航空电子系统100的图。该系统包括三个惯性测量单元110，120和130。在图1中所示的特定实施例中，系统100包括第一高级别惯性测量单元(110)和第二高级别惯性测量单元(120)，并且进一步包括低级别惯性测量单元(130)，其可以使用例如MEMS惯性传感器来实现。然而，系统100不需要被限制到此特定配置。在其它实施例中，惯性测量单元可以是全部高级别的，全部低级别的，全部不同级别的，或者其任何组合。此外，在替代实施例中，系统100可以包括多于或少于3个惯性测量单元。该三个惯性单元110，120和130将数据输出到一个或多个座舱姿态显示器140，其向飞行人员提供飞行器姿态测量信息。如图1中所示的，在本公开的实施例的情况下，惯性测量单元110，120和130中的每个具有相关联的传感器监视器(在115，125和135处示出)，其识别来自其惯性传感器的姿态数据何时不可信或失败并且生成在仪表状态显示器150上显示的警报。传感器监视器115，125和135可以集成到图1中所示的惯性测量单元110，120和130。在其它实施例中，传感器监视器115，125和135可以在惯性测量单元110，120和130的外部实现。例如，在一个实施例中，传感器监视器115，125和135可以在与座舱姿态显示器140或仪表状态显示器150相关联的航空电子设备内实现。图2是图示出用于以数学方式模拟与姿态确定相关的飞行器状态的简化子集的由传感器监视器115，125或135之一所利用的简单飞行器模型200(在210处示出)的图。这里，姿态表示任何被选择的姿态表示，例如4组分四元数，9组分标准正交矩阵，或3欧拉角，Vel表示3组分速度矢量，d/dt是时间导数，并且f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞行器姿态测量系统(100)的传感器监视器(115)，该传感器监视器(115，125，135)包括：飞行器模型(200)，其被配置成模拟多个状态(210)，该多个状态(210)至少包括飞行器姿态状态、飞行器速度状态、下降率误差状态、以及风速状态；传播器‑估计器(320)，其被配置成利用飞行器模型(200)的多个状态(210)来处理来自飞行器姿态测量系统(100)的第一惯性测量单元(110，120，130)的空气数据测量和姿态测量；以及残差评估器(330)，其被配置成输入由传播器‑估计器(320)生成的残留误差值，其中当残留误差值超过预定统计阈值时，残差评估器(330)输出警报信号；其中警报信号在显示器(150)上产生指示第一惯性测量单元(110，120，130)有故障的警报。

【技术特征摘要】
2014.10.08 US 62/061425;2014.12.09 US 14/5643441.一种用于飞行器姿态测量系统(100)的传感器监视器(115)，该传感器监
视器(115，125，135)包括：
飞行器模型(200)，其被配置成模拟多个状态(210)，该多个状态(210)至少包
括飞行器姿态状态、飞行器速度状态、下降率误差状态、以及风速状态；
传播器-估计器(320)，其被配置成利用飞行器模型(200)的多个状态(210)来处
理来自飞行器姿态测量系统(100)的第一惯性测量单元(110，120，130)的空气数
据测量和姿态测量；以及
残差评估器(330)，其被配置成输入由传播器-估计器(320)生成的残留误差
值，其中当残留误差值超过预定统计阈值时，残差评估器(330)输出警报信号；
其中警报信号在显示器(150)上产生指示第一惯性测量单元(110，120，130)
有故障的警报。
2.一种用于飞行器姿态测量系统(100)的错误检测方法，方法包括：
监测(420)由飞行器姿态测量系统(100)的第一惯性测量单元(110，120，130...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·布伦纳，J·R·莫里森，D·T·金梅尔，J·J·汉森，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US