用于隔離飛行器中姿態(tài)故障的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】用于隔離飛行器中姿態(tài)故障的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是非臨時(shí)專利申請(qǐng)，其要求2014年10月20日提交的題為“SYSTEMANDMETHOD FOR ISOLATING ATTITUDE FAILURES IN AIRCRAFT(用于隔離飛行器中姿態(tài)故障的系統(tǒng)和方法)”、代理人案號(hào)H0047475的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/065,868的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，通過(guò)引用其全部而并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]在飛行器中，特別是商用飛行器中，存在可操作以用于飛行器起程(depart)所要求的裝置的最小配置。對(duì)于姿態(tài)儀器(其提供飛行器俯仰和滾轉(zhuǎn)指示)，當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平要求一些飛行器類型具有兩個(gè)主姿態(tài)源和輔姿態(tài)源以便用于飛行器起程。來(lái)自兩個(gè)主姿態(tài)源的姿態(tài)測(cè)量顯示在主顯示系統(tǒng)上，其包括用于駕駛員和副駕駛員的單獨(dú)的屏幕。輔或備用姿態(tài)源被顯示在備用顯示系統(tǒng)上。起飛之前要求三個(gè)總系統(tǒng)可操作的原因是使得可以容易地標(biāo)識(shí)誤導(dǎo)信息。也就是說(shuō)，如果在飛行器處于飛行中的同時(shí)姿態(tài)源之一開始呈現(xiàn)誤導(dǎo)信息，則其他兩個(gè)姿態(tài)源仍應(yīng)一致，以使得快速標(biāo)識(shí)誤導(dǎo)源。如果在起程之前三個(gè)姿態(tài)源中的任何一個(gè)故障，則飛行器不能起程，并且飛行器運(yùn)營(yíng)者(諸如例如，航空公司)將引起延遲或取消飛行的重大成本，直到能夠?qū)w行器提到最小配置為止。為了避免引起這些費(fèi)用，航空公司可以維護(hù)備用姿態(tài)儀器設(shè)備的有效且分布式池，使得可以快速安裝替換設(shè)備并且飛行器返回到操作配置。維護(hù)這些池的成本雖然小于取消或延遲的成本，但仍是非常重大的。
[0004]由于上述原因及由于在閱讀并理解說(shuō)明書后將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)的下述其他原因，在本領(lǐng)域中存在對(duì)于用于以最小裝置列表配置隔離飛行器中的姿態(tài)故障的替換的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于隔離飛行器中的姿態(tài)故障的方法和系統(tǒng)，并且將通過(guò)閱讀并研究以下說(shuō)明書而被理解。
[0006]提供了用于隔離姿態(tài)故障的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，用于飛行器的姿態(tài)完整性和顯示系統(tǒng)包括:顯示系統(tǒng)，其包括用于顯示第一姿態(tài)方案的主飛行器顯示系統(tǒng)和用于顯示第二姿態(tài)方案的備用飛行器顯示系統(tǒng);姿態(tài)完整性系統(tǒng)，其生成根據(jù)由姿態(tài)方案數(shù)據(jù)源提供的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量計(jì)算的姿態(tài)完整性(Al)方案，所述Al方案包括飛行器滾轉(zhuǎn)測(cè)量和飛行器俯仰測(cè)量，其中姿態(tài)方案數(shù)據(jù)源提供獨(dú)立于由飛行器機(jī)載的慣性傳感器飛行儀器生成的任何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，并且其中Al方案不被顯示在主飛行器顯示系統(tǒng)或備用飛行器顯示系統(tǒng)上；以及耦合到姿態(tài)完整性系統(tǒng)的姿態(tài)監(jiān)視器，其中所述姿態(tài)監(jiān)視器將第一姿態(tài)方案與第二姿態(tài)方案相比較，其中當(dāng)?shù)谝蛔藨B(tài)方案偏離第二姿態(tài)方案大于閾值時(shí)，姿態(tài)監(jiān)視器基于第一姿態(tài)方案或第二姿態(tài)方案中的哪個(gè)具有從姿態(tài)完整性方案更大的偏離而在顯示系統(tǒng)上標(biāo)識(shí)第一姿態(tài)方案或第二姿態(tài)方案中的哪個(gè)是故障方案。
【附圖說(shuō)明】
[0007]當(dāng)鑒于優(yōu)選實(shí)施例的描述和以下附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例更容易被理解，并且其另外的優(yōu)點(diǎn)和使用更容易地顯而易見(jiàn)，在附圖中:
[0008]圖1是圖示本公開的一個(gè)實(shí)施例的姿態(tài)顯示系統(tǒng)的示圖；
[0009]圖2是圖示本公開的一個(gè)實(shí)施例的姿態(tài)顯示系統(tǒng)的示圖；
[0010]圖3是圖示本公開的一個(gè)實(shí)施例的姿態(tài)顯示系統(tǒng)的示圖；
[0011]圖4、5和6是圖示用于本公開的一個(gè)實(shí)施例的來(lái)自備用顯示器的示例性輸出的示圖；以及
[0012]圖7是圖示本公開的一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。
[0013]根據(jù)一般慣例，各種描述的特征未按尺度繪制，但是被繪制成強(qiáng)調(diào)與本發(fā)明相關(guān)的特征。附圖標(biāo)記貫穿附圖和文本表示相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在以下的詳細(xì)描述中，參考形成其部分的附圖，并且其中通過(guò)其中可以實(shí)踐本發(fā)明的特定說(shuō)明性實(shí)施例的方式來(lái)示出。這些實(shí)施例被描述得足夠詳細(xì)以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`該發(fā)明，并且應(yīng)理解的是可以利用其它實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電子的改變。因此以下的詳細(xì)描述不被視為限制意義。
[0015]本公開的實(shí)施例提供了用于專門的、非導(dǎo)航級(jí)的、較低成本姿態(tài)源的系統(tǒng)和方法，其被設(shè)計(jì)用于隔離危險(xiǎn)誤導(dǎo)信息的主要目的而不是為了輸出用于駕駛飛行器的姿態(tài)信息。利用本文公開的實(shí)施例，操作主姿態(tài)源的最小配置可以減少一個(gè)。適合于駕駛飛行器的操作配置然后將包括一個(gè)輔姿態(tài)源和一個(gè)主姿態(tài)源。通過(guò)減少建立操作配置所需的姿態(tài)源的數(shù)量，本文描述的實(shí)施例可以用于(I)減少飛行器機(jī)載的裝置的冗余水平，從而減少飛行器循環(huán)成本，和/或(2)減少備用要求和成本。
[0016]例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，本公開的實(shí)施例提供在飛行器架構(gòu)水平的足夠的能力以允許飛行器在飛行器的主ADIRU之一故障的情況下起飛以及在飛行中操作。在這樣的實(shí)施例的情況下，如果在剩余的ADIRU或ADAHRU上在俯仰或滾轉(zhuǎn)中發(fā)生了以其他方式未檢測(cè)到的不正確的姿態(tài)錯(cuò)誤，機(jī)組人員可以確定哪個(gè)是故障的通道。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，辨別水平在真實(shí)俯仰的+/-5度之內(nèi)和真實(shí)滾轉(zhuǎn)的+/-10度之內(nèi)。此外，本文描述的實(shí)施例提供多種裝置以減輕以下風(fēng)險(xiǎn):姿態(tài)完整性功能可能具有否則將導(dǎo)致姿態(tài)通道的不適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)和隔離的公共故障模式。
[0017]圖1是圖示本公開的一個(gè)實(shí)施例的姿態(tài)完整性和顯示系統(tǒng)100的框圖。在圖1中呈現(xiàn)的實(shí)施例中，姿態(tài)顯示系統(tǒng)100包括獨(dú)立的第一和第二主慣性參考單元(在110和120處示出)和混合參考單元(在130處示出)。在圖1所示的特定實(shí)現(xiàn)方式中，第一主慣性參考單元包括第一大氣數(shù)據(jù)慣性參考單元(ADIRU)llO，第二主慣性參考單元包括第二大氣數(shù)據(jù)慣性參考單元(ADIRU) 120，并且混合參考單元包括大氣數(shù)據(jù)姿態(tài)混合參考單元(ADAHRU) 130。ADIRU 110和ADIRU 120均從諸如但不限于環(huán)形激光陀螺儀的導(dǎo)航級(jí)慣性導(dǎo)航傳感器得到適合于飛行器導(dǎo)航的主姿態(tài)數(shù)據(jù)。此類導(dǎo)航級(jí)慣性傳感器可以被稱為慣性傳感器飛行儀器，因?yàn)槠錅y(cè)量具有足夠準(zhǔn)確性以顯示給駕駛員，并且供駕駛員用于對(duì)飛行器進(jìn)行導(dǎo)航。ADAHRU 130是提供從傳感器數(shù)據(jù)的多樣集導(dǎo)出的多個(gè)導(dǎo)航方案的導(dǎo)航設(shè)備。例如，在圖1所示的實(shí)施例中，ADAHRU 130包括大氣數(shù)據(jù)參考(ADR)132、混合全球定位和姿態(tài)及航向參考系統(tǒng)(GPAHRS) 134、和獨(dú)立的姿態(tài)及航向參考系統(tǒng)(AHRS) 136。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，GPAHRS 134耦合到ADR 132、磁力計(jì)143和至少一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器144(例如其可以是全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器)。在操作中，GPAHRS134利用來(lái)自ADR 132的高度(altitude)數(shù)據(jù)、來(lái)自GNSS接收器144、慣性傳感器145的測(cè)距或定位信息、和來(lái)自磁力計(jì)143的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生姿態(tài)方案。當(dāng)GPAHRS在GNSS輔助的情況下以主模式操作時(shí)，來(lái)自GPAHRS 134的該姿態(tài)方案被顯示在駕駛員的主顯示系統(tǒng)160上，并且適合于飛行器導(dǎo)航。換句話說(shuō)，當(dāng)GNSS數(shù)據(jù)可用時(shí)，GPAHRS 134產(chǎn)生與由ADIRU 110和120生成的姿態(tài)方案同等質(zhì)量和性能的姿態(tài)方案。在主模式之外(例如，當(dāng)GNSS數(shù)據(jù)的可用性喪失時(shí))，GPAHRS 134在慣性飛行(coasting)。當(dāng)慣性飛行時(shí)，GPAHRS 130的性能依賴于諸如飛行器動(dòng)力學(xué)和磁力計(jì)數(shù)據(jù)之類的因素。應(yīng)當(dāng)指出的是，由GPAHRS 134產(chǎn)生的姿態(tài)方案是使用與由ADIRUl 10和120產(chǎn)生的慣性數(shù)據(jù)導(dǎo)出的方案不相似的輸入和方法導(dǎo)出的。GPAHRS134方案產(chǎn)生針對(duì)姿態(tài)的GNSS輔助的方案，其被發(fā)送到主顯示系統(tǒng)160以供顯示給駕駛員作為輔方案，并且因此具有足夠的準(zhǔn)確性以供駕駛員用于對(duì)飛行器進(jìn)行導(dǎo)航。
[0019]關(guān)于一個(gè)實(shí)施例中的AHRS136，其也耦合到ADR 132和磁力計(jì)143、以及慣性傳感器145。慣性傳感器145包括AHRS級(jí)慣性傳感器，諸如但不限于例如微機(jī)電(MEMS)慣性傳感器。AHRS 136被設(shè)計(jì)成基于體速率、加速度和高度、有意地獨(dú)立于GNSS輔助源而導(dǎo)出用于飛行器的姿態(tài)方案。AHRS 136還可以計(jì)算依賴于磁力計(jì)的航向，并且具有與GPAHRS 134方案相同的航向子模式。AHRS 136姿態(tài)方案也可以包括垂直環(huán)路濾波器，其依賴于來(lái)自ADR 132的高度數(shù)據(jù)。當(dāng)高度數(shù)據(jù)不可用時(shí)，垂直參數(shù)也不可用。AHRS 132方案產(chǎn)生完全無(wú)輔助的姿態(tài)方案，其被發(fā)