用于確定飛機的飛行參數(shù)的方法和系統(tǒng)技術(shù)方案

用于確定飛機的飛行參數(shù)的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)，一種用于實時確定在飛機飛行期間飛機的飛行參數(shù)的系統(tǒng)，其包括擴展的卡爾曼濾波器(10)，其基于飛行力學(xué)方程配置所述擴展的卡爾曼濾波器(10)，所述飛行力學(xué)方程建立被估計的所述飛機的至少兩個預(yù)選擇的飛行參數(shù)之間的依賴關(guān)系；和其被形成使得在所述飛機的飛行期間遞送所述選擇的飛行參數(shù)的聯(lián)合估計。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
用于確定飛機的飛行參數(shù)的方法和系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種用于確定飛機在飛行期間的飛機的飛行參數(shù)的方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
電動飛行控制和現(xiàn)代運輸飛機更高水平的自動化的引入，使得顯著提高它們的安全性成為可能。這一技術(shù)的飛躍允許更安全的引航法規(guī)的制定-特別是由自動駕駛儀來執(zhí)行-它積極參與保護(hù)飛機，特別是在異常情況、飛行系統(tǒng)故障、危險的環(huán)境條件等時候。然而，許多引航法規(guī)的使用增加了飛行系統(tǒng)對飛機狀態(tài)參數(shù)的測量的依賴。特別是某些飛行參數(shù)現(xiàn)在變成為確保飛機飛行所必不可少，因此這些參數(shù)具有可靠的值就變得有必要。必不可少的參數(shù)包括，特別是，測定風(fēng)力和慣性參數(shù)，他們的處理由ADIRS系統(tǒng)執(zhí)行(首字母縮略詞代表“大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)”)，該系統(tǒng)遞送有關(guān)飛機的速度，高度和慣性的數(shù)據(jù)(特別是配平)的信息。現(xiàn)在，飛行參數(shù)的值建立在源自合適適配的傳感器的測量的基礎(chǔ)上，因此這些值的正確性本質(zhì)上依賴于這些傳感器執(zhí)行的測量的正確性。然而，在外部傳感器的情況下，外部干擾(例如結(jié)冰或傳感器中的其他污垢)可能損害由這些外部傳感器執(zhí)行的測量的精度和正確性。因此，為了滿足由航空安全部門施加的監(jiān)管和安全義務(wù)，有必要確保飛行參數(shù)數(shù)值的可靠性、精確性和可用性。因此，目前執(zhí)行的已知的一個解決方案依賴于硬件的冗余：這帶來傳感器和計算機數(shù)目的擴增，以使得獲得給定飛行參數(shù)的值成為可能。但是，給定飛行參數(shù)的不一致和/或錯誤值的檢測，在某些極端情況下，可能導(dǎo)致不考慮由傳感器獲得的任何值，因此然后沒有任何與所述被考慮的飛行參數(shù)相關(guān)的值可用。這些值的缺失能導(dǎo)致由機載飛行系統(tǒng)使用的引航法規(guī)中的改變。這就是為什么，為了避免一個或多個參數(shù)值的整個缺失的極端情況，已知的在卡爾曼濾波器的幫助下估計至少一些必不可少的飛行參數(shù)。例如，已知的是入射角可以使用基于定義飛行過程中的入射角演化的飛行力學(xué)方程配置的卡爾曼濾波器進(jìn)行估計。為了進(jìn)行這樣的估計，卡爾曼濾波器接收作為輸入的空速的測量(入射角與后者密切相關(guān))-由機載傳感器獲得-并遞送入射角的估計作為輸出。然而，當(dāng)空速的測量值是錯誤的時候(例如由于傳感器故障)，入射角的估計也變得有缺陷。因此，由卡爾曼濾波對唯一飛行參數(shù)進(jìn)行的估計不會使得人們可能規(guī)避為了估計所考慮的飛行參數(shù)必須的輸入?yún)?shù)的一個或多個測量中的干擾，因為，在這種情況下，獲得的估計也是錯誤的從而不可用。本專利技術(shù)的目的是糾正這些缺點，并且特別是規(guī)避卡爾曼濾波器的一個或多個輸入?yún)?shù)測量的缺陷，從而保證在后者濾波器輸出上被考慮的飛行參數(shù)的可靠值的可用性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為此，根據(jù)本專利技術(shù)，一種用于改善在飛機飛行期間飛機的飛行參數(shù)的實時確定的方法，值得注意的是執(zhí)行下述步驟：-選擇至少兩個要進(jìn)行估計的所述飛機的飛行參數(shù)；-確定飛行力學(xué)方程，其分別與選擇的飛行參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并且其中在所述選擇的飛行參數(shù)之間存在依賴關(guān)系；-基于與所述選擇的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的所述確定的飛行力學(xué)方程，配置擴展的卡爾曼濾波器，其接收包括至少所述選擇的飛行參數(shù)的輸入?yún)?shù)的值；和-在所述飛機的飛行期間，執(zhí)行擴展的卡爾曼濾波器，使得它遞送所述選擇的飛行參數(shù)的聯(lián)合估計作為輸出。這樣，依靠本專利技術(shù)，經(jīng)由特別確定的飛行力學(xué)方程而相互關(guān)的至少兩個飛行參數(shù)在適當(dāng)配置的擴展卡爾曼濾波器的幫助下被同時估計。如此規(guī)避了在輸入?yún)?shù)的一個或多個值中的錯誤。確實，在選擇的飛行參數(shù)的估計期間使用的擴展的卡爾曼濾波器的輸入?yún)?shù)的錯誤值不再必然導(dǎo)致后者的錯誤估計，因為，依靠本專利技術(shù)，可以重新構(gòu)建所述選擇的飛行參數(shù)的估計，尤其是基于通過確定的飛行力學(xué)方程的媒介其被耦合到的另一個選擇飛行參數(shù)的估計。另外所述，本專利技術(shù)提供了至少兩個通過飛行力學(xué)方程相互關(guān)的先前選擇的飛行參數(shù)的共同估計，即使在濾波器的一個或多個輸入值是錯誤的時候。這保證了在飛機引航法規(guī)中執(zhí)行的選擇的飛行參數(shù)數(shù)值的可用性。因此，本專利技術(shù)使得人們可能提供選擇的飛行參數(shù)的備用估計，當(dāng)飛機的傳感器不再以傳統(tǒng)方式使得這一切成為可能的時候。優(yōu)選的，所述卡爾曼濾波器由下述矩陣定義：·與測量噪聲相關(guān)和與測量噪聲V的對角矩陣關(guān)聯(lián)的協(xié)方差矩陣R；和·與演化噪聲相關(guān)和與演化噪聲W的對角矩陣關(guān)聯(lián)的協(xié)方差矩陣Q；-執(zhí)行下述額外的步驟：·檢驗所述輸入?yún)?shù)的值是可容許的；和·在檢測輸入?yún)?shù)的值的缺陷的情況下，實時適配協(xié)方差矩陣R和Q中至少一個的至少一個元素的當(dāng)前值。這樣，通過增益的適配可以修正擴展卡爾曼濾波器的設(shè)置，從而允許由機載傳感器獲得的影響輸入?yún)?shù)值的某些測量中的故障(外在現(xiàn)象影響飛機上嵌入的傳感器的操作)。通過適配協(xié)方差矩陣R和Q的值，在機載傳感器執(zhí)行的測量中或擴展的卡爾曼濾波器的估計中放置更多的置信度。優(yōu)選的：-在預(yù)備步驟中，定義分別與測量和演化噪聲相關(guān)的協(xié)方差矩陣R和Q的多個預(yù)設(shè)，這樣被定義的所述預(yù)設(shè)的每一個與所述輸入?yún)?shù)中的其中之一的缺陷值相關(guān)聯(lián)；和-在檢測輸入?yún)?shù)的值的缺陷的情況下，適配與測量噪聲和演化噪聲相關(guān)的所述協(xié)方差矩陣Q和R的當(dāng)前值，與檢測到的缺陷值相對應(yīng)的預(yù)先定義的預(yù)設(shè)被分配至與測量噪聲和演化噪聲相關(guān)的所述協(xié)方差矩陣R和Q。而且，作為變形或作為補充，在檢測由一個或多個嵌入在所述飛機上的傳感器測量的所述輸入?yún)?shù)的其中之一的值的缺陷的情況下，所述有缺陷的測量值由作為所述擴展卡爾曼濾波器的輸出所遞送的估計的對應(yīng)值來代替。如此，通過擴展卡爾曼濾波器，在估計選擇飛行參數(shù)中不再被考慮有缺陷的測量。而且，可以有利的執(zhí)行下述步驟：-考慮所述選擇的飛行參數(shù)中的至少一個，對于所述選擇的飛行參數(shù)中的至少一個，所述擴展的卡爾曼濾波器遞送估計；-從所述卡爾曼濾波器的輸入?yún)?shù)的值中選擇那些與所述考慮的所述飛行參數(shù)相對應(yīng)的值，所述考慮的所述飛行參數(shù)源自嵌入在所述飛機上的傳感器；-檢測與所述選擇值的至少一個聯(lián)系(tie)的不一致；-基于剩余選擇的一個或多個值和所述選擇的飛行參數(shù)的估計，確定所述選擇的所述飛行參數(shù)的當(dāng)前值，其中排除檢測到的不一致的一個或多個值。這樣，不用參考不一致的測量值就可以獲得選擇的飛行參數(shù)的當(dāng)前值的確定。信息項，即考慮的選擇飛行參數(shù)估計，被添加從而增加所述參數(shù)當(dāng)前值的可用性，即使在一個或多個對應(yīng)測量值不可用或不一致的情況下。這樣，允許選擇的飛行參數(shù)的確定的值的類型是多樣化的，從而保證遞送與所述參數(shù)相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前值。通過確保遞送選擇的飛行參數(shù)的當(dāng)前值，即使在所有相關(guān)傳感器(這種情況下可使用由擴展卡爾曼濾波器提供的估計)有故障的情況下，降低了包括考慮的飛行參數(shù)的引航法規(guī)的變化的風(fēng)險。從而增加了所謂正常的法規(guī)的可用性，這樣確保了飛機控制性能的連續(xù)性。而且，在根據(jù)本專利技術(shù)的方法的實施中，與所述擴展卡爾曼濾波器相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)向量由下述12個狀態(tài)定義：-入射角α；-在地面框架的速度v；-相對于地面的速度V；-俯仰率q；-姿態(tài)θ；-高度h；-凈運動推力TB；-在對應(yīng)縱向加速度nx的方向中投影的偏差bnx；-在對應(yīng)橫向加速度ny的方向中投影的偏差bny；-沿地面框架(x，y，z)的x軸的風(fēng)速Wx；-沿地面框架(x，y，z)的y軸的風(fēng)速Wy；以及-沿地面框架(x，y，z)的z軸的風(fēng)速Wz。而且，根據(jù)該實施，所述擴展的卡爾曼濾波器的所述輸入?yún)?shù)包括慣性參數(shù)，測風(fēng)參數(shù)，所述飛機特定的參數(shù)和從機載模型中產(chǎn)生的中間參數(shù)。而且本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于改善在飛機飛行期間飛機的飛行參數(shù)的實時確定的方法，其特征在于執(zhí)行下述步驟：?選擇至少兩個要進(jìn)行估計的所述飛機的飛行參數(shù)；?確定飛行力學(xué)方程，其分別與選擇的飛行參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并且其中在所述選擇的飛行參數(shù)之間存在依賴關(guān)系；?基于與所述選擇的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的所述確定的飛行力學(xué)方程，配置擴展的卡爾曼濾波器(10)，其接收包括至少所述選擇的飛行參數(shù)的輸入?yún)?shù)的值；和?在所述飛機的飛行期間，執(zhí)行擴展的卡爾曼濾波器(10)，使得它遞送所述選擇的飛行參數(shù)的聯(lián)合估計作為輸出。

【技術(shù)特征摘要】
2011.08.01 FR 11/024051.一種用于改善在飛機飛行期間飛機的飛行參數(shù)的實時確定的方法，其特征在于執(zhí)行下述步驟：－選擇至少兩個要進(jìn)行估計的所述飛機的飛行參數(shù)；－確定飛行力學(xué)方程，其分別與選擇的飛行參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并且其中在所述選擇的飛行參數(shù)之間存在依賴關(guān)系；－基于與選擇的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的所確定的飛行力學(xué)方程，配置擴展的卡爾曼濾波器(10)，其接收包括至少所選擇的飛行參數(shù)的輸入?yún)?shù)的值；和－在所述飛機的飛行期間，執(zhí)行擴展的卡爾曼濾波器(10)，使得它遞送所選擇的飛行參數(shù)的聯(lián)合估計作為輸出。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：－所述卡爾曼濾波器由下述矩陣定義：·與測量噪聲相關(guān)和與測量噪聲V的對角矩陣關(guān)聯(lián)的協(xié)方差矩陣R；和·與演化噪聲相關(guān)和與演化噪聲W的對角矩陣關(guān)聯(lián)的協(xié)方差矩陣Q；－執(zhí)行下述額外的步驟：·檢驗所述輸入?yún)?shù)的值是可容許的；和·在檢測輸入?yún)?shù)的值的缺陷的情況下，實時適配協(xié)方差矩陣R和Q中至少一個的至少一個元素的當(dāng)前值。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：－在預(yù)備步驟中，定義分別與測量和演化噪聲相關(guān)的協(xié)方差矩陣R和Q的多個預(yù)設(shè)，這樣被定義的所述預(yù)設(shè)的每一個與所述輸入?yún)?shù)中的其中之一的缺陷值相關(guān)聯(lián)；和－在檢測輸入?yún)?shù)的值的缺陷的情況下，適配分別與測量噪聲和演化噪聲相關(guān)的所述協(xié)方差矩陣R和Q的當(dāng)前值，與檢測到的缺陷值相對應(yīng)的預(yù)先定義的預(yù)設(shè)被分配至分別與測量噪聲和演化噪聲相關(guān)的所述協(xié)方差矩陣R和Q。4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于：在檢測由一個或多個嵌入在所述飛機上的傳感器測量的所述輸入?yún)?shù)其中之一的值的缺陷的情況下，有缺陷的測量值被估計的對應(yīng)值替代，所述估計的對應(yīng)值作為所述擴展的卡爾曼濾波器(10)的輸出被遞送。5.如權(quán)利要求1-3中任一個所述的方法，其特征在于：執(zhí)行下述步驟：－考慮所選擇的飛行參數(shù)中的至少一個，對于所選擇的飛行參數(shù)中的至少一個，所述擴展的卡爾曼濾波器(10)遞送估計；－從所述擴展的卡爾曼濾波器(10)的輸入?yún)?shù)的值中選擇那些與所考慮的所述飛行參數(shù)相對應(yīng)的值，所考慮的所述飛行參數(shù)源自嵌入在所述飛機上的傳感器；－檢測與所選擇值的至少一個聯(lián)系的不一致；－基于剩余選擇一個或多個值和所選擇的飛行參數(shù)的估計，確定所選擇的所述飛行參數(shù)的當(dāng)前值，其中排除檢測到的不一致的一個或多個值。6.如權(quán)利要求1-3中任一個所述的方法...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P·埃澤爾澤雷，C·塞倫，G·阿爾迪耶，
申請(專利權(quán))人：空中客車運營簡化股份公司，奧尼拉國家宇航研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：