包括用于测量计算出的姿态的完整性的设备的混合AHRS系统技术方案

本发明专利技术的领域是用于测量载体的姿态的混合系统的领域，该系统包括：‑卫星定位系统(10)；‑测量单元(20)，其包括至少一个陀螺仪；‑电子设备(30)，其用于根据源自卫星定位系统和测量单元的信息来计算载体的姿态信息。根据本发明专利技术的混合系统包括计算电子设备，该计算电子设备包括用于计算角保护半径的模块，该角保护半径为这样的角半径：其使得计算出的姿态与载体的真实姿态之间的误差不被包括在该半径内的风险小于给定概率，所述半径等于两个贡献的总和，第一贡献等于与测量单元相关的定位误差，第二贡献等于与卫星定位系统相关的定位误差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于测量计算出的姿态的完整性的设备的混合AHRS系统
本专利技术的领域主要是航空导航的领域，并且特别是实现惯性测量单元和卫星地理定位模块两者的混合测量系统的领域。
技术介绍
被称为“AHRS”(AttitudeandHeadingReferenceSystem(姿态和航向参考系统)的首字母缩写)的系统是并入加速度和角旋转的惯性测量以便确定载体的姿态的设备。姿态被理解为表示载体在空间中的定向。该载体通常是飞机。在这种情况下，姿态典型地由侧倾值(rollvalue)、俯仰值(pitchvalue)和偏摆值(yawvalue)定义。由于来自各种传感器的测量中的缺陷，因此这些姿态是有误差的，并且误差的量是递增的。在一些AHRS(例如，图1中呈现的AHRS)中，通过将在对角速度VA进行积分之后获得的积分姿态AI与参考姿态AR进行比较来校正积分姿态AI，该参考姿态AR通常是通过将地球的重力投影到与载体相关的水平轴上而获得的被称为加速度计姿态(accelerometricattitude)的姿态。AHRS姿态与参考姿态之间的偏差以一定的增益G环回。在该图和图3中，积分器通过由拉长的S给出的积分符号表示。为了改进系统的准确度，惯性测量可以与源自卫星导航系统(该系统称为GNSS，GlobalNavigationSatelliteSystem(全球导航卫星系统)的首字母缩写)的测量合并。在航空上下文中，要求对有关飞行器姿态的数据的完整性进行实时量化，即，对测量误差高于考虑到各种可能的故障原因的确定的阈值的概率进行实时量化。例如，对于飞机姿态测量，通常要求完整性小于每小时10-7。从AHRS获得的姿态是在没有对其完整性进行量化的情况下提供的。然而，在使用接近高性能惯性单元的算法的算法的情况下，有可能估计这种完整性。这种方法要求：-高复杂度和高计算负荷，通过并行使用多个Kalman滤波器来估计惯性单元的完整性。题为“Methodfordeterminingaradiusofprotectionassociatedwithanavigationparameterofahybridinertialnavigationsystemandassociatedsystem”的欧洲申请EP3018447参考文件提出了这种类型的第一解决方案。题为“Methodandsystemforprovidingintegrityforhybridattitudeandtrueheading”的专利US9341718也提出了这种类型的解决方案。-对AHRS单元的惯性传感器的性能进行约束，以便使其具有允许使用Kalman滤波器的准确度。作为示例，陀螺仪的漂移必须小于每小时10度。
技术实现思路
根据本专利技术的混合系统不存在上述缺点。实际上，姿态估计是按常规执行的。AHRS位置是通过对AHRS惯性测量进行三重积分来估计的。将这些AHRS混合位置与GNSS位置进行比较以从中推断出校正。这些校正应用于混合数据。本专利技术涉及产生对这些姿态的完整性的测量。在根据本专利技术的系统中，使用混合滤波器的传递函数的知识、与由卫星定位系统的接收机给出的位置相关联的保护半径的值的知识并且通过计算从混合AHRS系统的知识导出的主要常数来估计完整性。针对10-7/h的完整性来计算保护半径。更具体地，本专利技术的主题是一种用于测量载体的姿态的系统，所述系统是混合的并且至少包括以下各项：-卫星定位系统；-测量单元，其包括三个陀螺仪和三个加速度计；-电子设备，其用于根据从卫星定位系统和测量单元获得的信息来计算载体的姿态信息，其特征在于，计算电子设备包括用于计算角保护半径的模块，该角保护半径为这样的角半径：其使得计算出的姿态与载体的真实姿态之间的误差不在该半径内的风险小于给定概率，所述半径等于两个贡献的总和，第一贡献等于与测量单元相关的姿态误差，第二贡献等于在考虑到卫星定位系统的假定故障的情况下由位置误差引起的姿态估计的误差，该位置误差是由于卫星定位系统导致的。有利地，第一贡献等于在考虑到测量单元的所有可能的误差的情况下从Monte-Carlo模拟获得的最大定位误差。有利地，第二贡献等于以下各项的乘积：用于计算载体的姿态的电子设备的传递函数的增益，所述传递函数是针对由卫星定位系统给出的位置的振荡的频率确定的；卫星定位系统的保护半径的值，所述值被称为术语HIL，该术语HIL是水平完整性限制的首字母缩写。有利地，姿态计算电子设备包括：串联的三个积分器；以及恒定增益校正滤波器，第一积分器的输入数据是载体的角速度信息，并且第二积分器的输入数据是载体的加速度和第一积分器的结果，第三积分器的输入数据是由卫星定位系统给出的位置信息初始化的第二积分器的结果，第一积分器的输出数据是载体的姿态信息，其被称为混合姿态，第二积分器的输出数据是载体的速度信息，其被称为混合速度，并且第三积分器的输出数据是载体的位置信息，其被称为混合位置。有利地，角保护半径小于1度。有利地，与角保护半径相关联的完整性介于10-5/小时使用和10-9/小时使用之间。有利地，载体是飞机。附图说明在阅读以非限制性方式给出的以下描述之后并根据附图，将更好地理解本专利技术并且其他优点将变得显而易见，在附图中：先前讨论的图1表示根据现有技术的AHRS单元；图2表示根据本专利技术的用于测量载体的姿态的系统；图3表示根据本专利技术的姿态信息计算电子设备。具体实施方式如已经陈述的，根据本专利技术的姿态测量系统是混合系统。在图2中呈现了该姿态测量系统。该姿态测量系统被并入载体中，在该图中未呈现载体。该姿态测量系统至少包括以下各项：-GNSS卫星定位系统10；-惯性测量单元“UMI”20，其包括陀螺仪和加速度计；-电子设备30，其用于根据从卫星定位系统10和测量单元20获得的信息来计算载体的混合姿态A、速度V和定位P信息。测量系统实时进行操作。卫星定位系统10是本领域技术人员已知的。卫星定位系统10提供实时载体位置信息。同样，角速度和加速度测量单元20是本领域技术人员已知的。测量系统使用由惯性测量单元UMI20测量的增量、参考航向以及GNSS接收机10的常规输出。并入设备中的实时计算平台30执行对混合姿态A、速度V和位置P数据的计算。姿态估计是按常规执行的。AHRS位置是通过对AHRS惯性测量进行三重积分来估计的。将这些混合AHRS位置与GNSS位置进行比较以从中推断出校正。通过校正滤波器34将这些校正应用于混合数据。更具体地，在设备30内部的计算平台中执行对混合AHRS姿态的计算，这在图3中示出。计算平台包括三个积分器31、32和33的链。积分器31是从惯性测量单元20获得的角速度VA的积分器。该积分器31提供混合姿态AH。积分器32是姿态积分器。该积分器32提供混合速度VH。积分器33是位置积分器。该积分器33提供混合位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量载体的姿态的系统，所述系统是混合的并且至少包括以下各项：/n-卫星定位系统(10)；/n-测量单元(20)，其包括三个陀螺仪和三个加速度计；/n-电子设备(30)，其用于根据从所述卫星定位系统和所述测量单元获得的信息来计算所述载体的姿态信息，/n其特征在于，所述计算电子设备包括用于计算角保护半径的模块，所述角保护半径为这样的角半径：其使得计算出的姿态与所述载体的真实姿态之间的误差不在该半径内的风险小于给定概率，所述半径等于两个贡献的总和，第一贡献等于与所述测量单元相关的姿态误差，第二贡献等于在考虑到所述卫星定位系统的假定故障的情况下由位置误差引起的姿态估计的误差，所述位置误差是由于所述卫星定位系统导致的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181204 FR 18722621.一种用于测量载体的姿态的系统，所述系统是混合的并且至少包括以下各项：
-卫星定位系统(10)；
-测量单元(20)，其包括三个陀螺仪和三个加速度计；
-电子设备(30)，其用于根据从所述卫星定位系统和所述测量单元获得的信息来计算所述载体的姿态信息，
其特征在于，所述计算电子设备包括用于计算角保护半径的模块，所述角保护半径为这样的角半径：其使得计算出的姿态与所述载体的真实姿态之间的误差不在该半径内的风险小于给定概率，所述半径等于两个贡献的总和，第一贡献等于与所述测量单元相关的姿态误差，第二贡献等于在考虑到所述卫星定位系统的假定故障的情况下由位置误差引起的姿态估计的误差，所述位置误差是由于所述卫星定位系统导致的。


2.根据权利要求1所述的用于测量载体的姿态的系统，其特征在于，所述第一贡献等于在考虑到所述测量单元的所有可能的误差的情况下从Monte-Carlo模拟获得的最大定位误差。


3.根据前述权利要求中的一项所述的用于测量载体的姿态的系统，其特征在于，所述第二贡献等于以下各项的乘积：
用于计算所述载体的所述姿态的所述电子设备的传递函数的最大增益，所述传递函数是针对由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·德格兰西，J·科坦蒂克，
申请(专利权)人：塔莱斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR