专利名称：用于确定移动物体，特别是机场上的飞机的地面位置的方法和设备的制作方法
用于确定移动物体，特別是才几场上的飞机的地面位置的方法和i史备本发明涉及用于确定移动物体，特别是机场上的飞机的地面位置的 方法和i殳备。在机场导航功能(该功能使得能够在飞机的驾驶舱的屏幕上显示机 场地图，飞机的当前位置一皮指示在该机场地图上)的范围内，当飞机位 于地面上的时候，有必要确定飞机的准确位置。相对于飞机的驾驶员可 见的外部标记，这个位置的准确度和刷新率是确保所显示的信息的可靠 性的决定性参数。这个位置的可用性，连同适当的性能，必须被保证以 用于能够接收配备有这种设备的飞机的任何机场表面，因此假设不单 独依靠在地面上可利用的可能的设备的使用来实现该位置的确定以改 进计算，这已假定这种设备并非设置在所有机场上。为了确定飞机的位置，使用一种接收组件，该接收组件与特别是 GPS类型("全球定位系统，，)的卫星定位系统相连，例如Navstar、 Gahleo、 GNSS、 GLONASS。这个接收组件以标准方式包括安装在飞 机的顶部接收天线；以及接收器，被连接到这个天线并根据所述天线检 测的信号产生飞机位置数据。然而，这种定位组件对于飞行中的导航要 求仅仅以每秒一次来发送位置数据，也就是有关飞机的位置的信息，这 对于机场导航要求来说是不够的，因为这样的发送频率不能以令人满意 的方式获取飞机的位移。本发明的目的在于弥补这些缺点。本发明涉及用于以准确方式和以 高刷新率来确定任意移动物体的地面位置的方法，而且特别是确定位于 机场上的飞才7L的地面位置的方法。为此，根据本发明，所述根据本发明的应用的方法包括以周期性的 方式发射的位置数据以及惯性数据，其特征在于A/在位置数据的每次发射时，这些位置数据被用来确定移动物体 的位置；以及B/在位置数据的两次连续发射之间，所述惯性数据被计入，以及a) 在这两次连续发射之间的时间空间被分成多个相同持续时间的 时间间隔，该时间空间由中间时刻来划分；b) 在所述中间时刻中的每一时刻，根据对应的惯性数据确定移动物体的惯性速度；C)对于每个时间间隔，计算划分该时间间隔的两个中间时刻的惯 性速度的平均值，并从中推导出在所述时间间隔中移动物体的地面位移；以及d)对于每个中间时刻，根据先前中间时刻的移动物体的位置以及 才艮据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置，该时间间隔由 当前和先前的这两个对应的中间时刻来划分。因此，根据本发明，在比位置数据的发射的频率更高的频率下确定 移动物体的位置，从而使得能够特别地满足在机场导航的范围内的飞机的位置的高刷新率的要求。本发明考虑的事实是位置数据(优选由接收器产生的数据，该接 收器被安装在移动物体上并与例如GPS类型的标准卫星定位系统配合) 是最准确有效的数据。所以，这些位置数据被用来在其每次被发射(步 骤A/)时确定移动物体的位置。此外，为了在这样的位置数据的两次连 续发射之间获得有关移动物体的位置的信息，惯性数据被计入，该惯性 数据是优选地由所述移动物体的惯性平台产生的数据(步骤B/)。根据 所述惯性数据获得的移动物体的位置承然不如(通常)根据位置数据获 得的位置准确，但该惯性数据以更高的频率发射并因此使得能够在位置 数据的两次发射之间填补信息的空缺。本发明适用于在地面上移动的移动物体的任何类型，并包括能够产 生位置数据和惯性数据的任意类型的装置。在第一个简化的实施例中，在步骤B/c)和B/d)中，移动物体的位 置借助下列表达式来确定x1+1=xi+[(Vx1+1+VXl).dt]/2y^L + [(Vyw + Vyj.dt]/2 #中-Xl+1和y1+1是在中间时刻t1+1的移动物体的所述位置的水平面内的坐标；- &和力是在先前的中间时刻ti的移动物体的所述位置的水平面内的坐标；-Vx1+1和Vy1+是在中间时刻t1+1的移动物体的惯性速度的水平面内的坐标;_ V&和V^是在中间时刻^的移动物体的惯性速度的水平面内的坐-dt是时间间隔的持续时间。此外，在第二个实施例中，如果适合产生惯性数据，那么就使得能够纠正由于使用的惯性平台的慢漂移而引起的可能误差，在步骤B/c) 和B/d)中，移动物体的位置借助下列表达式来确定其中，除前述参数以外，v&和v^是计算的速度，其在所述位置数据的 每次发射时根据配有前述接收器的接收天线的速度进行调整，并被用来 产生位置数据。优选地，所述惯性数据直接对应于惯性速度。然而，在一个特殊的 实施例中，所述惯性数据也能对应于被用来确定所述惯性速度的加速 度。这使得能够特别地增大计算移动物体的位置的频率，因为该加速度 以比惯性速度更高的频率被发送。在该情况下，加速度被用于惯性速度 的两个连续信息之间的惯性外推。在一个特殊的实施例中，在位置数据的每次发射时 -根据惯性数据，按照前述的步骤B/—致确定移动物体的第一位置；-计算在这个第 一位置和借助所述发射的位置数据获得的第二位置 之间的偏差；以及-将下列各项用作移动物体的位置 所述第一位置，如果这样计算的偏差大于或等于第一预定值并小 于第二预定值；以及.所述第二位置，如果所述偏差小于所述第一预定值。该特殊的实施例使得能够监控并如果适当的话，过滤限定的持续时 间(预定的限度)内的位置数据的可能误差。此外，优选地，在随后的步骤C/中，图示出移动物体的周围环境的=x！ +[(vxi+1 + vXi).dt]/2=vxt +(Vxi+1 - VxJ U(Vy^—Vy,)地图(例如机场地图)被显示在观察屏上，该地图提供有指示所述移动物体的位置的符号，如步骤A/和B/d)中所确定那样。 在该情况下，有利地-收集与所述位置数据的准确度有关的准确度信息；-根据这个准确度信息确定移动物体的潜在位置误差；以及-图示出移动物体的所述潜在位置误差的区域环绕所述符号突出显示在所述地图上。本发明也涉及用于确定任意移动物体，特别是在机场上移动的飞机的地面位置的机载设备。根据本发明，所述该类型的设备包括-第一装置，用于以周期性的方式发射位置数据；以及-第二装置，用于发射惯性数据，其特征在于该设备还包括-第三装置，用于在位置数据的每次发射时根据所述位置数据确定移动物体的位置；以及-第四装置，用于在位置数据的两次连续发射之间根据惯性数据确 定移动物体的位置，在两次连续发射之间的时间空间被分成多个相同持续时间的时间间隔，该相同才争续时间;故中间时刻分开，所述第四装置包 括 用于根据对应的惯性数据在所述中间时刻中的每一时刻确定惯性速度的装置；.对于每个时间间隔，计算划分该时间间隔的两个中间时刻的惯性 速度的平均值，并从中推导出在所述对应的时间间隔中移动物体的地面位移的装置；以及 对于每个中间时刻，根据先前中间时刻的移动物体的位置以及根 据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置的装置，该时间间 隔由当前和先前的这两个对应的中间时刻来划分。在一个特殊的实施例中，根据本发明的设备还包括第五装置，用于 在观察屏上呈现地图，该地示出移动物体的周围环境并提供指示移 动物体的位置的符号，如所述的第三和第四装置确定的那样。此外，以有利的方式-所述第一装置包括接收器(配有天线)，其被安装在移动物体上工;并与标准的卫星定位系统相配合；和/或-所述第二装置包括所述移动物体的至少一个惯性平台。附图
中的单一 图示将阐明本发明可被具体实施的方式。该单一 图示 是根据本发明的设备的示意图。根据本发明并被示意地表示在图示中的设备1被携带在移动物体 (未示出)上，特别是在地面上移动的飞机上，而且该设备被用来确定 所述移动物体的当前地面位置，例如在飞机的情况下的机场上的位置。因此，所述设备l是这样的类型，其包括-在下文说明的装置2，用于以周期性的方式发射位置数据；以及 -也在下文说明的装置3，用于发射(通常也以周期性的方式)移 动物体的惯性数据。根据本发明，所述设备l还包括-装置4,用于根据接收的位置数据以标准方式确定移动物体的位 置，在这样的位置数据通过所述装置2的每次发射时进行该操作。所述 位置数据例如以每秒一次^皮发射；以及-装置5,用于根据所述装置3发射的惯性数据确定移动物体的位 置，在位置数据的两次连续发射之间进行该操作。因此，在位置数据的 两次连续发射之间的时间空间Tc ^皮分成多个相同持续时间的时间间隔 △T (例如分成十个时间间隔)，该时间空间;故中间时刻l分开，i是整 数。为此，所述装置5包括下列一体化的装置的每一时刻确定惯性速度的装i;、 '^ ;B ' 对于每个时间间隔AT,计算划分该时间间隔的两个中间时刻的惯性速度的平均值，并从中推导出在这个时间间隔AT中移动物体的地面位移的装置；以及 对于每个当前的中间时刻(例如Ti),根据先前中间时刻(例如Tw )的移动物体的位置以及根据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置的装置，该时间间隔由当前和先前的这两个中间时刻(例如对于当前中间时刻T,来说的丁,和Tw )来划分。这些多方面的计算在表示地面的水平面内一皮实施，所以每个位置和速度参数包括两个坐标。所述设备1还包括装置6，该装置经过线路7和8被分别连接到所述装置4和5，而且接收由这些装置4和5确定的位置，并且在需要时， 在把这些位置传送到显示装置9之前所述装置6将其整形。这些显示装置9包括至少一个标准观察屏10并^L形成使得在这个 观察屏10上呈现地图(未示出)，该地示出移动物体的周围环境 并提供有指示移动物体的当前位置的符号，例如由所述装置6传送的符 号。这个当前位置在观察屏10上以周期性的方式用每次新产生的当前 位置值来更新。在飞机的例子中，所述地图可以是示出才几场的至少 一部分的才几场地 图，该飞机位于该机场上并可能正在移动，而且所述符号是图示出所述 飞才几在所述 f几场上的位置的符号。在一个特殊的实施例中，所述装置4、 5和6被一起集中在中央单 元ll内，该中央单元经过线路12、 13和14-皮分别连接到所述装置2、 所述装置3和所述显示装置9。此外，在一个特殊的实施例中-所述装置2包括标准的接收器15,该接收器经过线路16被连接 到设置在移动物体上的天线17,例如在飞机的顶部上，该天线与优选 GPS类型(例如Navstar、 Galileo、 GNSS、 GLONASS )的标准卫星定位 系统相配合，并以周期性的方式(对于飞行中的导航要求来说，通常为 每秒一次)提供位置数据。这些位置数据允许装置4以标准方式从中(周 期性地)推导出移动物体的当前位置；和/或-所述装置3包括所述飞机的至少一个标准惯性平台。因此，根据本发明的设备1在比位置数据的发射(通过装置2)的 频率更高的频率下确定移动物体的位置，从而使得能够特别地满足在机 场导航的范围内的飞机的位置的高刷新率的要求。本发明考虑的事实是位置数据(由与标准卫星定位系统配合的装 置2的接收器15产生)是使用的最准确的可用数据。而且，设备1计 入这些位置数据(通过装置4)以在其每次被发射时确定移动物体的位 置。此外，为了在这样的位置数据的两次连续发射之间获得有关移动物 体的位置的信息，所述设备1计入(通过装置5)由装置3产生的惯性 数据。该惯性数据是优选地由所述移动物体的惯性平台产生的数据(步骤B/)。根据所述惯性数据获得的移动物体的位置承然不如(通常)根据 位置数据获得的位置准确，但该惯性数据以更高的频率发射并因此使得 能够在位置数据的两次发射之间填补信息的空缺。本发明适用于在地面上移动的移动物体的任何类型，并包括能够产生位置数据和惯性数据的装置2、 3 (任意类型的)。然而，优选的应用涉及对前述类型的飞机的机场导4元的辅助。在第一个简化的实施例中，所述装置5借助下列表达式来确定移动 物体的位置x1+1=Xl+[(Vx1+1+VXl).dt]/2 yw",+[(Vyw + Vy,).dt]/2#巾-&+1和yw是在中间时刻t1+1的移动物体的所述位置在水平面内的坐标；-&和w是在先前的中间时刻t的移动物体的所述位置在水平面内的坐标；-Vxw和Vyw是在中间时刻t1+1的移动物体的惯性速度在水平面内 的坐标；-V&和V力是在中间时刻ti的移动物体的惯性速度在水平面内的坐标；-dt是时间间隔At的持续时间。为了改进在每个时间间隔At上的移动物体的位移的因素并计入采 样，装置5因此对在这个时间间隔At的开始和结束时取得的两个惯性速 度值计算算数平均值。众所周知，如果需要的话，惯性速度可能由于惯性平台3的慢漂移 引起的误差而被破坏。这个误差是绝对的(也就是其对应于连续的分 量)。所以，为了设法避免这样的误差，所述装置5借助下列表达式来 确定移动物体的位置<formula>formula see original document page 12</formula>其中，除前述参数以外，v&和vy,是被计算的速度，其根据与所述装置 2的接收器15相连的接收天线17的速度来调整，该装置2被用来产生 该位置数据。这个调整在所述位置数据的每次发射时被实施。优选地，所述惯性数据直接对应于惯性速度Vx和Vy，从而借助先 前的表达式来简化移动物体的位置的计算。然而，在一个特殊的实施例 中，所述惯性数据也能对应于被用来确定所述惯性速度Vx和Vy的加速 度。这使得能够特别地增大计算移动物体的位置的频率，因为通常该加 速度以比惯性速度(一般以每100 ms被发送)更高的频率被发送(一 般每20 ms)。在该情况下，加速度^C用于惯性速度的两个连续信息之 间的惯性外推，该连续外推依次用作对这个次级算法的调整的基准。该 算法的剩余部分保持不变。在一个特殊的实施例中，在位置数据的每次发射时 -所述装置5以前述的方式借助位置数据和惯性数据来确定移动物 体的第一位置；-装置4，与先前说明的一样，根据从装置2接收的所述位置数据 来确定移动物体的第二位置；以及-所述装置6计算这个第一和第二位置之间偏差，并从中推导出移 动物体的位置(被选择用于显示)，该位置 如果这样计算的偏差大于或等于第一预定值(并小于第二预定值1 那么对应于所述第一位置；以及 如果所述偏差小于所述第一预定值，那么对应于所述第二位置。如果需要，该实施例使得能够监控并过滤限定持续时间(预定的限 度)的位置数据的可能误差。众所周知，在GPS类型的装置2的情况下，接收器15能够提供标 准值HDOP、 HFOM和HIL,该标准值表示准确度信息并给出有关发射 的定位信息(位置数据)的品质的实时提示。所以，根据本发明的设备 1还包括装置18,该装置例如被一体化在中央单元11之内，并接收前 述类型的准确度信息，以及根据这个准确度信息，通过将其与显示装置 9所使用的制图数据的已知准确度相结合，确定移动物体的潜在位置误 差。所述装置18能把这个潜在误差传送到所述显示装置9,以便在所述 地图上环绕图示出移动物体的当前位置的符号，突出显示图示出移动物 体的所述潜在误差的区域，也就是飞机以一定;f既率所处的区域。如果已知显示装置9所使用的当前比例尺，用于表示地图的"l殳影以 及屏幕10的投影，就能够从中推导出在屏幕10 (以像素方式)上显示 的具有一定概率的潜在误差。根据该误差(以及可能根据其相关的概 率)，有可能设计一些用于预先警告驾驶员(例如以可听和/或可视警报 的形式)在移动物体的位置的准确度和地图的细节之间的不 一 致的危险 的装置(未示出)。这些警报可从发送到驾驶员的简单消息到禁止显示装置9使用某种显示比例。
权利要求
1.一种用于确定移动物体的地面位置的方法，根据该方法，利用以周期性的方式发射的位置数据以及惯性数据，根据该方法A/在位置数据的每次发射时，这些位置数据被用来确定移动物体的位置；以及B/在位置数据的两次连续发射之间，所述惯性数据被计入，以及a)在这两次连续发射之间的时间空间被分成多个相同持续时间的时间间隔，该时间空间由中间时刻来划分；以及d)对于每个中间时刻，借助所述惯性数据来确定移动物体的位置，其特征在于-还实施下列操作B/b)在所述中间时刻的每一时刻，移动物体的惯性速度根据对应的惯性数据被确定；以及B/c)对于每个时间间隔，计算划分该时间间隔的两个中间时刻的惯性速度的平均值，并从中推导出在所述时间间隔中移动物体的地面位移；以及-在步骤d)中，对于每个中间时刻，根据先前中间时刻的移动物体的位置以及根据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置，该时间间隔由当前和先前的这两个对应的中间时刻来划分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤B/c)和B/d) 中，移动物体的位置借助下列表达式来确定Jx1+1 = Xl+[(VXl+1 + VXl).dt]/2其中-&+1和yw是在中间时刻tw移动物体的所述位置在水平面内的坐标；-&和力是在先前的中间时刻ti移动物体的所述位置在水平面内的 坐标；-Vxw和Vyw是在中间时刻tw移动物体的惯性速度在水平面内的 坐标；-Vx和Vy是在中间时刻ti移动物体的惯性速度在水平面内的坐标； -dt是时间间隔的持续时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤B/c)和B/d) 中，移动物体的位置借助下列表达式来确定x1+i = xi + vxj -dt〗/2< y1+1 :y, + [(vyw +^)-叫/2其中-&+1和yw是在中间时刻tw移动物体的所述位置在水平面内的坐标；-&和》是在先前的中间时刻t^多动物体的所述位置在水平面内的 坐标；-Vxw和Vyw是在中间时刻u移动物体的惯性速度在水平面内的 坐标；- Vx和Vy是在中间时刻^移动物体的惯性速度在水平面内的坐标； -dt是时间间隔的持续时间；以及- v&和v力是所计算的速度，该计算的速度在所述位置数据的每次 发射时根据用来产生位置数据的接收天线(17)的速度进行调整。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述 惯性数据直接对应于惯性速度。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述 惯性数据对应于允许确定所述惯性速度的加速度。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在位置 数据的每次发射时-根据惯性数据依照步骤B/确定移动物体的第一位置； -计算在这个第 一位置和借助所述发射的位置数据获得的第二位置 之间的偏差；以及-将下列各项用作移动物体的位置 如果这样计算的偏差大于或等于第一预定值并小于第二预定值， 那么给出所述第一位置；以及 如果所述偏差小于所述第一预定值，所述第二位置。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在随后 的步骤C/中，图示出移动物体的周围环境的地图被显示在观察屏(10) 上，该地图提供指示所述移动物体的位置的符号，正如步骤A/和B/d) 确定的那样。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于-收集与所述位置数据的准确度有关的准确度信息； -根据这个准确度信息确定移动物体的潜在位置误差；以及 -图示出移动物体的所述潜在位置误差的区域环绕所述符号被突出 显示在所述地图上。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述位 置数据是由接收器(15)产生的数据，该接收器被安装在移动物体上并 与卫星定位系统相配合。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述惯 性数据是由移动物体的惯性平台(3)产生的数据。
11. 一种用于确定移动物体的地面位置的机载设备，所述设备(l) 包括-第一装置(2),用于以周期性的方式发射位置数据； -第二装置(3),用于发射惯性数据；-第三装置(4),用于在位置数据的每次发射时根据所述位置数据 确定移动物体的位置；以及-第四装置(5)，用于在位置数据的两次连续发射之间根据惯性数据确定移动物体的位置，在两次连续发射之间的时间空间被分成多个相 同持续时间的时间间隔，该相同持续时间:故中间时刻分开，其特征在于所述第四装置(5)包括-用于根据对应的惯性数据在所述中间时刻中的每一时刻确定惯性 速度的装置；-对于每个时间间隔，计算划分该时间间隔的两个中间时刻的惯性 速度的平均值，并从中推导出在所述对应的时间间隔中移动物体的地面 位移的装置；以及-对于每个中间时刻，才艮据先前中间时刻的移动物体的^立置以及才艮 据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置的装置，该时间间隔由当前和先前的这两个对应的中间时刻来划分。
12. 根据权利要求11所述的设备，其特征在于该设备还包括第 五装置(9)，用于在观察屏(10)上呈现地图，该地示出移动物体的周围环境并提供有指示移动物体的位置的符号，正如所述的第三和第四装置(4、 5)确定的那样。
13. 根据权利要求11和12中任一项所述的设备，其特征在于所 述第一装置(2)包括接收器(15)，该接收器被安装在移动物体上并 与卫星定位系统相配合。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其特征在于所 述第二装置(3)包括至少一个惯性平台。
全文摘要
本发明涉及一种设备(1)，包括装置(2)，用于周期性地发射位置数据；装置(3)，用于发射惯性数据；装置(4)，用于在每次位置数据的发射时根据该位置数据确定移动物体的位置；以及装置(5)，用于在位置数据的两次连续发射之间根据惯性数据确定移动物体的位置，在两次连续发射之间的时间空间被分成相等的持续时间的时间间隔，该相等的持续时间被中间时刻分开，该后面的装置(5)对于每个中间时刻，根据先前中间时刻的移动物体的位置以及根据在时间间隔中移动物体的位移确定移动物体的位置，该时间间隔由当前和先前的中间时刻来划分，通过惯性数据来计算该位移。
文档编号G01C21/16GK101223455SQ200680026144
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月12日 优先权日2005年7月18日
发明者F·弗茨曼, P·科尔德夫伊, S·科林斯, T·马拉瓦尔 申请人:法国空中巴士公司