基于磁力計(jì)測量值檢測姿態(tài)故障的方法
【專利說明】基于磁力計(jì)測量值檢測姿態(tài)故障的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請要求2014年10月20日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號62/066133的權(quán)益，該 申請由此通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 出于飛機(jī)安全性原因，需要檢測姿態(tài)故障。檢測姿態(tài)故障的一個(gè)典型的方法是使 冗余姿態(tài)系統(tǒng)結(jié)合某種比較方法。當(dāng)冗余下降到只有兩個(gè)姿態(tài)系統(tǒng)并且它們不一致時(shí)，可 能難W判定哪一個(gè)是錯(cuò)誤的。在運(yùn)種情況下，W及一般在其它情況下，需要可W檢測姿態(tài)故 障的系統(tǒng)。能夠檢測姿態(tài)故障的系統(tǒng)被稱為姿態(tài)監(jiān)視器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在一個(gè)實(shí)施中，航空電子系統(tǒng)被提供。航空電子系統(tǒng)包括：一個(gè)或多個(gè)姿態(tài)源，均 被配置為產(chǎn)生相應(yīng)計(jì)算的姿態(tài)解；至少一個(gè)磁力計(jì)，配置為測量在所述航空電子系統(tǒng)的坐 標(biāo)系中的磁場；W及至少一個(gè)姿態(tài)監(jiān)視器，配置為使用來自所述一個(gè)或多個(gè)姿態(tài)源中的至 少一個(gè)的相應(yīng)計(jì)算的姿態(tài)解來投射測量的磁場估計(jì)值或地球磁場模型估計(jì)值中的至少一 個(gè)，使得測量的磁場估計(jì)值與地球磁場模型估計(jì)值在共同共享坐標(biāo)系中。所述至少一個(gè)姿 態(tài)監(jiān)視器被進(jìn)一步配置為確定在共同共享坐標(biāo)系中的測量的磁場估計(jì)值和地球磁場模型 估計(jì)值之間的相應(yīng)差值。所述至少一個(gè)姿態(tài)監(jiān)視器被進(jìn)一步配置為：如果測量的磁場估計(jì) 值和地球磁場模型估計(jì)值之間的相應(yīng)差值超過預(yù)定闊值，則輸出警報(bào)，該警報(bào)指示用于投 射測量的磁場估計(jì)值或地球磁場模型估計(jì)值中的至少一個(gè)的相應(yīng)計(jì)算的姿態(tài)解是錯(cuò)誤的。
【附圖說明】
[0004] 理解的是，附圖僅描繪了示例性實(shí)施例，并且因此不被認(rèn)為在范圍上是限制性的， 將通過使用附圖描述具有附加明確性和細(xì)節(jié)的示例性實(shí)施例，附圖中： 圖1是用于監(jiān)視姿態(tài)誤差的示例性系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0005] 圖2是用于監(jiān)視姿態(tài)誤差的示例性系統(tǒng)的另一實(shí)施例的框圖。
[0006] 圖3是用于監(jiān)視姿態(tài)誤差的示例性系統(tǒng)的另一實(shí)施例的框圖。
[0007] 圖4示出用于姿態(tài)誤差監(jiān)視中的磁場向量的示例比較。
[0008] 圖5是描繪監(jiān)視姿態(tài)故障的示例性方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0009] 根據(jù)慣例，各種描述的特征不按比例繪制，而是被繪制為強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例相 關(guān)的特定特征。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 在下面的詳細(xì)描述中，參考形成詳細(xì)描述一部分的附圖，并且附圖中通過圖示的 方式示出特定示例性實(shí)施例。然而，要理解的是，可W利用其它實(shí)施例并且可W做出邏輯、 機(jī)械和電氣的改變。此外，在繪制的附圖和說明書中呈現(xiàn)的方法不應(yīng)被解釋為限制個(gè)體步 驟可W被執(zhí)行的順序。下面的詳細(xì)描述因此不應(yīng)被視為具有限制意義。
[0011] 本文描述的實(shí)施例使得能夠使用磁力計(jì)來檢測姿態(tài)故障，與使用磁力計(jì)來測量姿 態(tài)相區(qū)別。目P，磁力計(jì)用于檢測已經(jīng)由正被監(jiān)視的系統(tǒng)確定的姿態(tài)是否錯(cuò)誤。此外，一些飛 機(jī)構(gòu)造已經(jīng)包括磁力計(jì)，用于確定磁航向的目的。在運(yùn)種情況下，磁力計(jì)可W被配置用于檢 測姿態(tài)故障而無需附加硬件。
[0012] 圖1是用于監(jiān)視姿態(tài)誤差的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。系統(tǒng)100包括磁力計(jì) 102、一個(gè)或多個(gè)姿態(tài)源104和姿態(tài)監(jiān)視器106。一個(gè)或多個(gè)姿態(tài)源104可W使用本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的系統(tǒng)來實(shí)施，已知的系統(tǒng)諸如但不限于，大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)單元（ADIRU)、慣 性基準(zhǔn)單元（IRU)、或姿態(tài)航向基準(zhǔn)單元(AHRU)。每個(gè)姿態(tài)源104包括用于計(jì)算姿態(tài)的部 件，諸如但不限于，一個(gè)或多個(gè)速率巧螺儀和一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)。速率巧螺儀配置為測量 關(guān)于相應(yīng)的軸的角速度。另外，在一些實(shí)施例中，磁力計(jì)102被包括作為姿態(tài)源104的部件。 然而，出于解釋的目的，磁力計(jì)102被描繪和解釋為與姿態(tài)源104分離。
[0013] 在本示例中，磁力計(jì)102是=軸磁力計(jì)。=軸磁力計(jì)102沿=個(gè)獨(dú)立的軸測量局 部磁場的強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，=個(gè)獨(dú)立的軸是正交的。在其它實(shí)施例中，=個(gè)獨(dú)立的軸 不正交，但仍然是相互獨(dú)立的。系統(tǒng)100還包括一個(gè)或多個(gè)位置傳感器114,諸如但不限于 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)接收器或慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS)。位置傳感器114提供用于確定飛 機(jī)的位置（即締度、經(jīng)度和高度）的附加測量值。合適的位置傳感器是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的并且本文中沒有更詳細(xì)描述。
[0014] 該姿態(tài)監(jiān)視器106可W使用中央處理單元（CPU)、微控制器、微處理器(例如、數(shù)字 信號處理器（DSP))、現(xiàn)場可編程口陣列（FPGA)、專用集成電路（ASIC)、及其它處理設(shè)備來 實(shí)施。存儲器設(shè)備112可包括有形介質(zhì)，諸如磁或光學(xué)介質(zhì)。例如，有形介質(zhì)可W包括常規(guī) 硬盤、壓縮盤(例如，只讀或可重寫的)、易失性或非易失性介質(zhì)，諸如隨機(jī)存取存儲器（RAM) (包括但不限于：同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率（DDR)RAM、RAMBUS動態(tài)RAM (畑RAM)、靜態(tài)RAM (SRAM)等)、只讀存儲器（ROM)、電可擦除可編程ROM (EEPR0M)、和閃速 存儲器等。
[0015] 例如，在本實(shí)施例中，監(jiān)視器106被實(shí)施為中央處理單元，其包括如下各項(xiàng)或者利 用如下各項(xiàng)起作用：軟件程序、固件或其它計(jì)算機(jī)可讀指令，它們存儲在存儲器設(shè)備112上 W用于執(zhí)行各種方法、過程任務(wù)、計(jì)算和控制功能，用于磁力計(jì)校準(zhǔn)和補(bǔ)償。例如，在該實(shí)施 例中存儲在存儲器設(shè)備112上的是監(jiān)視器指令118,其在被處理單元執(zhí)行時(shí)使處理單元執(zhí) 行本文所描述的一種或多種技術(shù)W監(jiān)視姿態(tài)源。此外，在運(yùn)個(gè)示例中，地球磁場模型（EMFM) 120被存儲在存儲器設(shè)備112上。由國際地磁學(xué)與高層大氣物理學(xué)協(xié)會（IAGA)使得運(yùn)種地 球磁場模型的一個(gè)非限制性示例(被稱為國際地磁基準(zhǔn)場（IGRF))公開可獲得。運(yùn)種模型 的另一個(gè)非限制性示例是世界磁場模型（WMM)，由國家海洋和大氣管理局（NOAA)使得其公 開可獲得。雖然監(jiān)視器指令118和EMFM 120被存儲在同一存儲器設(shè)備112上，但在本示例 中，要理解的是，分離的存儲器設(shè)備可在其它實(shí)施例中使用。
[0016] 在操作中，姿態(tài)監(jiān)視器106接收來自位置傳感器114的位置測量值、來自姿態(tài)源 104的估計(jì)的姿態(tài)解W及來自磁力計(jì)102的測量的磁場估計(jì)值?；趤碜晕恢脗鞲衅?14 的位置估計(jì)值，姿態(tài)監(jiān)視器106計(jì)算地球磁場模型估計(jì)值(例如在EMFM估計(jì)器107中）。具 體來說，姿態(tài)監(jiān)視器106使用締度、經(jīng)度、高度和時(shí)間估計(jì)值作為給地球磁場模型120的輸 入W用于基于所述地球磁場模型計(jì)算估計(jì)的磁場值。地磁場模型處于參考坐標(biāo)系（諸如北 東地（肥D)坐標(biāo)系或向北局部水平（NO化）（Ne化th-化iented Local Level)坐標(biāo)系）中。 與此相反，來自磁力計(jì)102的測量的磁場估計(jì)值是在飛行器的主體坐標(biāo)系中。
[0017] 該姿態(tài)監(jiān)視器106被配置為把測量的磁場估計(jì)值或EMFM估計(jì)值中的至少一個(gè)投 射或變換到共同的共享坐標(biāo)系中（例如，通過磁場坐標(biāo)系變換109)。共同共享坐標(biāo)系意味