傳感器數(shù)據(jù)融合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對來自傳感器的測量結(jié)果進(jìn)行合并的領(lǐng)域，更具體地涉及對飛行器的 飛行參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器配備有大量的傳感器，從而使得測量飛行器的飛行參數(shù)（速度、姿勢、位 置、高度等）成為可能，并且更一般地使得測量飛行器在每個時刻的狀態(tài)成為可能。
[0003] 這些飛行參數(shù)然后由航空電子系統(tǒng)，特別地由自動駕駛系統(tǒng)、飛行計(jì)算機(jī)（飛行 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）、飛行器控制與指導(dǎo)系統(tǒng)（飛行指導(dǎo)系統(tǒng)）、飛行器的最關(guān)鍵系統(tǒng)來使用。
[0004] 由于這些系統(tǒng)的重要性，傳感器是冗余的，即，多個傳感器提供同一個參數(shù)的測量 結(jié)果。這些不同的測量結(jié)果然后通過測量結(jié)果合并方法被處理以提供參數(shù)的最合理的可能 估計(jì)。參數(shù)的估計(jì)例如是分別由不同傳感器提供的多個測量結(jié)果的平均值或中間值。參數(shù) 的估計(jì)也被稱為"合并值"，或"估計(jì)值"。
[0005] 為了改善對參數(shù)的估計(jì)，測量結(jié)果合并方法一般包括搜索傳感器之一的可能異 常，以避免考慮由表現(xiàn)異常的傳感器提供的異常測量結(jié)果。
[0006] 例如，已知以下測量結(jié)果合并方法，該測量結(jié)果合并方法在每個時刻包括以下步 驟：
[0007] 計(jì)算由不同的傳感器提供的測量結(jié)果的中間值；
[0008] 關(guān)于以所述中間值為中心的預(yù)定寬度的公差帶來布置由傳感器提供的測量結(jié) 果；
[0009] 排除位于該公差帶外的測量結(jié)果；
[0010] 根據(jù)剩余的測量結(jié)果估計(jì)參數(shù)的值。
[0011] 關(guān)于公差帶布置測量結(jié)果的步驟實(shí)現(xiàn)了對傳感器之一的可能異常進(jìn)行搜索，該異 常通過異常測量結(jié)果的提供來揭露。
[0012] 這樣的測量結(jié)果合并方法的一個缺點(diǎn)是：該方法不能可靠地確定虛警（false alarm)概率，g卩，盡管傳感器沒有表現(xiàn)出任何這樣的異常，但仍認(rèn)為傳感器表現(xiàn)異常的概 率。
[0013] 本發(fā)明的一個目的是提出用于合并傳感器測量結(jié)果的方法，更特別地用于估計(jì)飛 行器的飛行參數(shù)，使得可以可靠地確定虛警概率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 此目的通過以下方法來實(shí)現(xiàn)：根據(jù)分別由多個傳感器提供的參數(shù)具體為飛行器的 飛行參數(shù)的測量結(jié)果來合并該參數(shù)的測量結(jié)果。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟及子步驟：
[0016] 1)搜索稱為感興趣傳感器的至少兩個傳感器之一的可能異常，包括以下子步驟：
[0017] la)針對每個感興趣傳感器，計(jì)算所謂的檢測離差，所述檢測離差與由該感興趣傳 感器提供的測量結(jié)果和根據(jù)由其他感興趣傳感器提供的測量結(jié)果而計(jì)算的參數(shù)的估計(jì)之 間的差的絕對值成比例；
[0018] lb)將每個檢測離差與對應(yīng)的預(yù)定閾值進(jìn)行比較；
[0019] lc)基于比較結(jié)果，利用所確定的總的虛警概率來確定感興趣傳感器之一是否存 在異常；以及
[0020] 2)合并由感興趣傳感器提供的測量結(jié)果以提供參數(shù)的被稱為最終估計(jì)的估計(jì)。
[0021] 每個感興趣傳感器在沒有異常的情況下與該感興趣傳感器所提供的測量結(jié)果的 總誤差的正態(tài)律特性相關(guān)聯(lián)。該正態(tài)律被標(biāo)記為N(yi;〇 其中〇i是標(biāo)準(zhǔn)離差，y 1是 平均數(shù)。
[0022] yi標(biāo)記由感興趣傳感器i提供的測量結(jié)果，并且^標(biāo)記根據(jù)由其他感興趣傳感 器（即排除感興趣傳感器i)提供的測量結(jié)果而計(jì)算的參數(shù)的估計(jì)。
[0023] 與感興趣傳感器i有關(guān)的檢測離差被標(biāo)記為1\，并且根據(jù)本發(fā)明，應(yīng)用以下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種根據(jù)分別由多個傳感器（Ci，C2，C3，C4)提供的參數(shù)（X)特別是飛行器的飛行參 數(shù)的測量結(jié)果（yi，72, 73,y4)來合并所述參數(shù)的測量結(jié)果的方法，其特征在于所述方法包括 W下步驟及子步驟： 1) 捜索被稱為感興趣傳感器的至少兩個傳感器之一的可能異常，包括W下子步驟： la)針對每個感興趣傳感器（Ci;C2;C3;C4)，計(jì)算（3〇1;3〇2;3〇3;3〇4)所謂的檢測離 差化;T2;T3;T4)，所述檢測離差化;T2;T3;T4)與由所述感興趣傳感器提供的測量結(jié) 果打1巧2巧3巧4)和根據(jù)由其他感興趣傳感器提供的測量結(jié)果而計(jì)算的所述參數(shù)的估計(jì) (￡：!; ；C：2; AC4)之間的差的絕對值成比例； 化）將每個檢測離差與對應(yīng)的預(yù)定闊值（Tdi;Td2;Td3;Td4)進(jìn)行比較（31i;3l2;3l3;314); lc) 基于所述比較的結(jié)果，使用確定的總的虛警概率（Pm)來確定（32)感興趣傳感器 之一存在或不存在異常；W及 2) 合并（33)由感興趣傳感器提供的測量結(jié)果W提供所述參數(shù)的被稱為最終估計(jì)的估 計(jì)(f)?
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，捜索兩個感興趣傳感器（Ci;C2;C3;C4)之 一的可能異常W及合并由所述兩個感興趣傳感器提供的測量結(jié)果，W提供所述參數(shù)的被稱 為最終估計(jì)的估計(jì)（f)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，捜索可能異常實(shí)現(xiàn)捜索至少=個感興趣 傳感器（Ci;C2;C3;C4)之一的可能異常，并且當(dāng)確定所述感興趣傳感器之一存在異常時還 包括W下子步驟： ld)識別表現(xiàn)異常的感興趣傳感器，所述測量結(jié)果合并步驟實(shí)現(xiàn)對由W下提供的測量 結(jié)果的合并： 在確定出所述感興趣傳感器之一無異常的情形下，所述感興趣傳感器（Ci，C2,C3,C4); 在確定出一個感興趣傳感器存在異常的情形下，除了表現(xiàn)異常的感興趣傳感器W外的 感興趣傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測量結(jié)果合并步驟提供所述參數(shù)的 估計(jì)（《），所述參數(shù)的估計(jì)（棄）根據(jù)由W下提供的參數(shù)的測量結(jié)果而計(jì)算： 在預(yù)定時間期間的每個測量時刻確定出一個感興趣傳感器存在異常的情形下，除了表 現(xiàn)異常的感興趣傳感器W外的感興趣傳感器（Ci，C3，C4) 及 在其他情形下，所述感興趣傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，針對每個感興趣傳感器 (Ci;C2;C3;C4)，所述檢測離差化;T2;T3;T4)與所述差的絕對值除W中屯、正態(tài)律的標(biāo)準(zhǔn)離 差（〇")的結(jié)果成比例，所述中屯、正態(tài)律表征在感興趣傳感器無異常的情況下由所述感興 趣傳感器提供的測量結(jié)果打1巧2巧3巧4)與由其他感興趣傳感器提供的測量結(jié)果所計(jì)算的 所述參數(shù)的估計(jì)?^2; ^3; ^4)之間的差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，針對每個檢測離差，根據(jù)期 望虛警概率來確定所述預(yù)定闊值（Tdi;Td2;Td3;TM)，所述期望虛警概率與W下概率對應(yīng)；盡 管感興趣傳感器之一的異常不存在，但是根據(jù)所述檢測離差仍確定所述異常存在的概率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，識別表現(xiàn)異常的感興趣傳感 器的步驟包括： Idi)針對每個感興趣傳感器（Ci;C2;C3;C4)，由除所關(guān)注的感興趣傳感器W外的其 他感興趣傳感器提供的所述參數(shù)的測量結(jié)果來計(jì)算（4〇1;4〇2;4〇3;4〇4)所述參數(shù)的估計(jì) (*二1; *二2; -Y:3;X-4); ?。┽槍γ總€適當(dāng)計(jì)算的估計(jì)，計(jì)算（41i;4l2;4l3;4l4;)殘余值（1'沖2江3;0，所述 殘余值（ri;r2;r3;r4)取決于由所述其他感興趣傳感器提供的測量結(jié)果柄，73,y4;yi，73， y4;y1，y]，y4;y1，Y2,Y3)與所述估計(jì)（X-2;X-3;X-4 )之間的距離擬及 leg捜索（42)最小殘余值，與所述最小殘余值相關(guān)聯(lián)的被排除的感興趣傳感器是表現(xiàn) 異常的感興趣傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)的每個估計(jì) (CTi;jCz; ^3; ^4)是分別由感興趣傳感器提供的測量結(jié)果的加權(quán)平均。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)的每個估計(jì) (交；'Cl;-<三；xCa;C：4)是分別由感興趣傳感器提供的測量結(jié)果的加權(quán)平均， 由感興趣傳感器提供的每個測量結(jié)果打1巧2巧3巧4)通過正態(tài)律的方差的倒數(shù)來加權(quán)，所 述正態(tài)律表征在所述感興趣傳感器無異常的情況下與所述感興趣傳感器有關(guān)的總的測量 結(jié)果誤差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)的最終估計(jì)（f)是分別由感 興趣傳感器提供的測量結(jié)果的加權(quán)平均，由感興趣傳感器提供的每個測量結(jié)果（yi;y2;y3; 74)通過W下系數(shù)來加權(quán)；所述系數(shù)使得由用于計(jì)算所述最終估計(jì)的感興趣傳感器的異常 而引入的關(guān)于所述最終估計(jì)的最大誤差的值最小化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過將被考慮用于提供所 述最終估計(jì))的感興趣傳感器認(rèn)作新的感興趣傳感器來實(shí)現(xiàn)捜索可能異常的新步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過將被考慮用于提供所 述最終估計(jì)（￡)的感興趣傳感器W及先前被識別為表現(xiàn)異常的至少一個感興趣傳感器 認(rèn)作新的感興趣傳感器來實(shí)現(xiàn)捜索可能異常的新步驟。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述最終估計(jì)的準(zhǔn)確 度誤差（RP。）包括W下步驟： 確定正態(tài)律，所述正態(tài)律表征在被考慮用于所述最終估計(jì)的感興趣傳感器無異常的情 況下與所述最終估計(jì)相關(guān)聯(lián)的總的測量結(jié)果誤差； 設(shè)置W下概率（丫）的值；與所述最終估計(jì)（X)相關(guān)聯(lián)的總的測量誤差的絕對值大 于要確定的闊值的概率； 從所述概率（丫）的值推導(dǎo)出被稱為所述最終估計(jì)的準(zhǔn)確度誤差（RP。）的、所述闊值的 值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，針對每個感興趣傳感器： 設(shè)置錯誤檢測概率任")，所述錯誤檢測概率（P"3)共用于所有感興趣傳感器，并且與W 下概率對應(yīng)；盡管感興趣傳感器之一存在異常，但是仍確定所關(guān)注的感興趣傳感器不存在 該異常的概率；W及 從錯誤檢測概率任》)推出最小可檢測偏差化。1。1;13。1。2;13。1。3;13。1。4)的值，所述最小可檢 巧咖差化。1。1;13。1。2;13。1。3;13。1。4)與由所述感興趣傳感器的異常引入到由所述感興趣傳感器 提供的測量結(jié)果中的最小偏差對應(yīng)，并且使得能夠使用所設(shè)置的錯誤檢測概率（P"3)來確 定感興趣傳感器之一存在異常。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述最終估計(jì)（PRi)的完整度誤差 包括W下步驟： 針對用于計(jì)算所述最終估計(jì)（f)的每個感興趣傳感器，計(jì)算與因所述感興趣傳感器 的故障而被引入到所述最終估計(jì)中的誤差化Ii;6l2;6l3;6l4)成比例的指標(biāo)，所述故障通 過與所述最小可檢測偏差對應(yīng)的偏差來表征； 確定化2)被稱為所述最終估計(jì)的完整度誤差（RPi)的最大指標(biāo)。
【專利摘要】公開一種傳感器數(shù)據(jù)融合的方法。本發(fā)明涉及根據(jù)分別由多個傳感器(C1，C2，C3，C4)提供的參數(shù)特別是飛行器的飛行參數(shù)的測量結(jié)果(y1，y2，y3，y4)來合并參數(shù)的測量結(jié)果的方法。該方法包括步驟：針對每個傳感器(C1；C2；C3；C4)，計(jì)算離差(T1；T2；T3；T4)，離差(T1；T2；T3；T4)與由該傳感器提供的測量結(jié)果(y1；y2；y3；y4)與根據(jù)由其他傳感器提供的測量結(jié)果而計(jì)算的參數(shù)的估計(jì)之間差的絕對值成比例；將每個離差與對應(yīng)的閾值(Td1；Td2；Td3；Td4)進(jìn)行比較；基于該比較，使用所確定總的虛警概率來確定傳感器之一是否存在異常；合并測量結(jié)果以提供參數(shù)的最終估計(jì)()。
【IPC分類】G01C23-00
【公開號】CN104848873
【申請?zhí)枴緾N201510086861
【發(fā)明人】阿蘭·吉列特, 艾哈邁德·塔哈·扎里賈比里
【申請人】空中客車運(yùn)營簡化股份公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年2月17日
【公告號】US20150233730