用于使用一致性準(zhǔn)則融合來自傳感器的數(shù)據(jù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的領(lǐng)域，更具體地以用于估計飛行器的 飛行參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器裝備有大量的傳感器，這使得能夠測量飛行器的飛行參數(shù)（速度、姿態(tài)、位 置、高度等），并且更一般地能夠測量飛行器在每個時刻的狀態(tài)。
[0003] 這些飛行參數(shù)此后被航空電子系統(tǒng)特別是自動駕駛系統(tǒng)、飛行計算機（飛行控制 計算機系統(tǒng)）、飛行器控制和制導(dǎo)系統(tǒng)（飛行制導(dǎo)系統(tǒng)）所使用，這些系統(tǒng)是飛行器的最關(guān) 鍵的系統(tǒng)。因為這些系統(tǒng)的關(guān)鍵性，所測量的參數(shù)必須呈現(xiàn)出高度完整性和高度可用性。完 整性被理解為是指：航空電子系統(tǒng)所使用的參數(shù)值不會由于任何故障而出現(xiàn)誤差。可用性 被理解為是指：提供這些參數(shù)的傳感器必須具有足夠的冗余，以使每個參數(shù)的測量值可以 永久可用。如果傳感器發(fā)生故障并且不能提供任何的測量，則另一傳感器接管。
[0004] 一般說來，航空電子系統(tǒng)接收源自若干冗余傳感器的一個且同一參數(shù)的測量值。 當(dāng)這些測量值不同時，系統(tǒng)執(zhí)行處理（數(shù)據(jù)融合），以通過合并所述測量值以最低誤差風(fēng)險 估計參數(shù)。該處理通常為所討論的測量值的求平均或求中值。
[0005] 圖1示出了由冗余傳感器提供的測量值的第一示例性處理。
[0006] 在該圖中示出了分別由三個傳感器A1, A2, ^執(zhí)行的作為時間的函數(shù)的一個且同一 飛行參數(shù)的測量值。
[0007] 在這里，該處理包括在每個時刻處計算測量值的中值。因此，在圖示的示例中，我 們選擇A 2的直到時間t i的測量值a 2 (t)，以及越過去A1的測量值a i (t)。在該圖中還示出 了中值周圍的寬度為2△的容差帶。如果所述測量值中之一落在容差帶之外（例如從時間 t 2估計的測量值a 2 (t))，則認(rèn)為該測量值是錯誤的并且在所討論的參數(shù)的估計中不再考慮 后者。針對其余處理不使用相應(yīng)的傳感器（這里為A2)。
[0008] 一般地，可以應(yīng)用該處理，只要冗余傳感器的數(shù)量為奇數(shù)即可。
[0009] 當(dāng)傳感器的數(shù)量為偶數(shù)時，或當(dāng)傳感器的數(shù)量是奇數(shù)但是已禁用一個傳感器時， 在每個時刻以簡化方式使測量的值平均化，以獲得所討論的參數(shù)的估計值。
[0010] 與一種且同一技術(shù)相關(guān)的所有傳感器可能受常見故障（例如在皮托管中存在冰、 靜壓抽頭受阻、入射角探針受凍、一個且同一電子部件的故障等）影響。在這種情況下，上 述處理方法不能識別錯誤源。有利的是，可以調(diào)用實施一個或更多個不同技術(shù)的另外的傳 感器。因此，通常使用若干組傳感器，從而使得能夠測量一個且同一參數(shù)，其中各組傳感器 的技術(shù)被選擇為不同。通過不同技術(shù)是指，這些技術(shù)使用不同的物理原理或不同的實現(xiàn)方 式。
[0011] 例如，可以訴諸于能夠基于還被稱為空氣數(shù)據(jù)參考單元（Air Data Reference unit，ADR)的壓力探針（總壓和靜壓）來測量飛行器的速度的第一組傳感器，能夠根據(jù)入 射角和升降角（借助于升降等式）來估計速度的第一估計器，以及能夠基于發(fā)動機數(shù)據(jù)來 估計速度的第二估計器。
[0012] 用于估計參數(shù)的第一方法是根據(jù)與之前相同的原理來融合由不同或相同的傳感 器取得的所有測量值。例如在給定時刻處，將取得由各種傳感器測量的值的中值或平均值。
[0013] 第一方法通過釋放出可能影響特定技術(shù)的缺點來提高參數(shù)估計的魯棒性。另一方 面，如借助于下文中的示例所示出的，第一方法可能會導(dǎo)致估計的準(zhǔn)確度的顯著下降。
[0014] 圖2A示出了通過使用第一技術(shù)的第一組的三個傳感器（被表示為A1, A2, A3)和通 過使用不同于第一技術(shù)的第二技術(shù)的第二組的兩個傳感器（被表示為B1, B2)測量的飛行參 數(shù)（這里為飛行器的速度）的值。針對第一組傳感器和第二組傳感器，測量值分別表示為 a! (t)，a2 (t)，a3 (t)和 Id1 (t)，b2 (t)。假設(shè)測量值 B1 (t)，a2 (t)，a3 (t)比測量值 Id1 (t)，b2 (t)準(zhǔn) 確得多。飛行器的實際速度已通過V(t)來表示。
[0015] 假定在時刻&處第一組傳感器八1和八2受一個且同一故障影響。如可以在圖中看 出，從時間&開始，測量值 ai(t)，a2(t)偏移，并且從參數(shù)V(t)的實際值大幅偏離。
[0016] 圖2B示出了獲得的速度的估計值&/)作為測量值 ajt), a2(t), a3(t), bjt), b2(t)的中值?？梢钥闯觯瑥臅r間t。開始，中值的計算相當(dāng)于選擇 傳感器B2的測量值匕⑴?，F(xiàn)在，與仍然可用且有效的傳感器A3的測量值a 3(t)相比，該測 量值的準(zhǔn)確度低得多。
[0017] 可以看出，應(yīng)用于測量值整個集合的數(shù)據(jù)融合在此得到次最佳的估計準(zhǔn)確度。
[0018] 因此本發(fā)明的目的是提出一種數(shù)據(jù)融合方法，該數(shù)據(jù)融合方法能夠融合由具有不 同技術(shù)和準(zhǔn)確度的多個傳感器取得的參數(shù)如飛行器飛行參數(shù)等的測量值以獲得該參數(shù)的 估計值，該估計值不僅可用且穩(wěn)定，而且還呈現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)相比較高的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明提供一種用于融合參數(shù)的測量值的方法，所述方法基于由第一組所謂的主 要傳感器取得的第一組所謂的主要測量值以及由第二組所謂的二次傳感器取得的多個第 二組所謂的二次測量值來融合參數(shù)特別是飛行器飛行參數(shù)的測量值，所述主要測量值呈現(xiàn) 出與所述二次測量值相比較高的準(zhǔn)確度，其特征在于：
[0020] -計算每個主要測量值與所述二次測量值之間的差；
[0021] -借助于這樣獲得的差來確定每個主要測量值與所述二次測量值的一致性的分 數(shù)；
[0022] -對于所述主要傳感器的每個可能的故障配置，基于由在所述配置中沒有發(fā)生故 障的傳感器取得的所述主要測量值來對所述參數(shù)進(jìn)行所謂有條件的第一估計；
[0023] -對于每個故障配置，基于先前所獲得的所述主要測量值的一致性分?jǐn)?shù)來確定加 權(quán)系數(shù)；
[0024] -通過利用對應(yīng)于各種故障配置的所述加權(quán)系數(shù)對與所述各種故障配置相關(guān)的條 件估計值進(jìn)行加權(quán)，來對所述參數(shù)進(jìn)行估計。
[0025] 因此，在參數(shù)的估計值中優(yōu)選由于主要測量值與二次測量值的一致性而具有最高 有效概率的主要測量值。
[0026] 優(yōu)選地，對于每個二次測量值集合，計算主要測量值與二次測量值之間的差包括 計算所述主要測量值與所述集合的每個二次測量值之間的差。
[0027] 有利地通過以下過程來獲得所述主要測量值與所述二次測量值的一致性的分 數(shù)：
[0028] 基于所述主要測量值與每個二次測量值之間的差，計算分別分配給第一焦點集 合、第二焦點集合以及第三假設(shè)的質(zhì)量，所述第一焦點集合對應(yīng)于所述主要測量值與所述 二次測量值的一致性的第一假設(shè)，所述第二焦點集合對應(yīng)于所述主要測量值與所述二次測 量值不存在一致性的第二假設(shè)，以及所述第三假設(shè)對應(yīng)于所述主要測量值與所述二次測量 值的一致性的不確定度；
[0029] 基于這樣獲得的所述質(zhì)量來估計所述主要測量值與所述二次測量值中至少之一 相一致的置信度；
[0030] 基于這樣獲得的所述質(zhì)量來估計所述主要測量值與所述二次測量值中至少之一 相一致的似然性；
[0