专利名称：辅助确保地面上的飞行器位置信息的精确度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于辅助确保飞行器，特别是行进在机场地面上的运输机的位置信息的精确度和完整性的方法和装置。
背景技术：
通常，飞行器(在地面和飞行中)的定位系统尤其基于利用卫星的特别是GPS类型(英语为“Global Positioning System”,全球定位系统)的定位系统。在这种情况下，消息被叠加在含有时间基准的代码上。通过装载于各卫星上的原子钟实现信号的同步。接收机对所接收信号相对于在接收机中本地产生的信号的延时进行比较，并且由此测量出相应的卫星的距离。对于从中接收信号的所有卫星重复进行所述测量，并使得能够连续地计算位置。无论使用何种系统(低轨星座或地球同步卫星或局域信标)，每次距离测量都把接收机设在以发射机为中心的球体上。通过使用至少三个接收机，这些球体具有唯一的交叉点。然而，这种简单的原则的复杂之处在于:-接收机的本地时钟很少能达到原子精确度:只有时间差是精确的，这需要四个信标或卫星而非三个，来确定一个点(如果已知高度，三个信标就够了)；-接收机是移动的，因而在不同的点处执行测量；且-无线电波具有根据被横穿的电离层而略微改变的速度。
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接收机因此含有不同误差，利用对各种卫星或信标的校正和测量，还有积分和例如卡尔曼(Kalman)滤波器的滤波技术，以便获得最可能的点和估算的点的精确度，点的速度和世界标准时间。对于要求点的绝对安全性的应用(无能见度着陆、防撞…)，通过所谓“完整性”的信号来补足导航信号，“完整性”信号允许消除从临时出错或被延时的发射机发出的所有测量。完整性是让使用者可以对系统输出质量具有信心的措施。如今，使用基于GPS数据和飞行器惯性数据间的复合的位置计算装置。这种复合旨在借助来自GPS数据的定位测量来减轻或稳定惯性导航中心的发散误差。在卡尔曼滤波器中,GPS数据使得能够估算IRS型惯性系统(英语为“Inertial Reference System”,惯性基准系统)的定位误差，并以更精确的方式估算位置。在某些方案中，存在使用N个可能卫星来提供一个被估算的主GPIRS点的主滤波器，以及各自使用一个卫星子集的N-1个次滤波器。卡尔曼子滤波器库能实现FDE型(英语为“Fault Detection and Exclusion”,错误检测和排除)的检测并排除故障卫星的功能。对于地面导航，重点在于精确度，因此通常不使用子滤波器库。所估算的位置因此是用一组已知误差计算的GPIRS位置，即获得以95%的精确度确保的位置。经常可通过修正增加的GPS点来对这一位置进行补充，以便把由GPS确保的精确度提高至95%。在地面计算的GPIRS的目的在于无论在何种情况下，都不降低由GPS给出的精确度，且在GPS信号被遮挡或无法获得GPS信号时，也能保证连续性。
相反，对于飞行中的导航，常常使用主滤波器和N-1个次滤波器。所确认的确信率估计为10_7，即所估计的GPIRS点位于完整性保护半径之外的可能性小于10_7。确信率的估算依据的是，假设由电子实体计算的GPIRS位置只有10_5的确信率，SP比电子实体的错误可能性，也就是10_6差十倍。因此，随后可推测，如果冗余数足够(对于排除法，最小为3)，由冗余数N提供的GPIRS数据，可通过对计算的数据进行整合以及错误数据的排除，使确信率从10_5提高至10_7。此外，已知使用如上所述的特别是GPS型卫星定位系统的飞行器的定位系统，在地面会经受所谓多路径现象，多路径现象对位置测量的精确度产生干扰，从而使所获得的GPS位置不足够精确，或由该GPS位置计算的复合位置不具有足够的完整性来在地面上应用。实际上，当从卫星发出的信号碰到障碍物时，会在障碍物上激发电流，且呈辐射状返回。该原理被称为电磁衍射。按照所述定义，术语衍射包含由阻挡导致的例如反射、衍射等的所有相互作用现象，以及例如传输和掩蔽。在由GPS数据定位的背景下，由位于接收机的天线附近的障碍物，例如建筑物产生衍射的电磁场，表现为回波信号，被称为多路径现象。当存在这种多路径现象时，可能不利于对卫星和接收机之间传播延时的估算且获得的位置可能呈现降低的精确度。还已知，某些最新的功能要求飞行器还要求提供地面的完整性位置，以确保着陆之后的快速转向或以便允许利用定位的确信率在复杂的机场导航。由于上述存在的多路径问题，因为信号不再被保证，所以不能保证位置或给出飞行器位置的确信。
发明内容
本发明的目的在于克服这些缺点。本发明涉及辅助确保飞行器，尤其是在机场地面行进的运输机的位置信息的精确度的方法，该方法能够克服上述缺点。为此，按照本发明，所述方法的显著之处在于，对于机场的至少一个着陆跑道，实现以下操作:-接收与跑道有关的信息；-至少根据机场的建筑的高度，确定对多路径型电磁辐照敏感的最大距离；-借助所述信息和所述最大距离，确定呈矩形形状的跑道区，所述跑道区是相对于跑道入口确定的，且具有与所述跑道的长度相等的长度以及取决于所述最大距离的宽度；以及当飞行器在机场行进时，以自动和重复的方式实现以下操作:-接收飞行器的位置信息；以及-验证与该位置信息有关的位置是否位于所述跑道区内部。更确切地，该矩形以跑道为中心定位，从而使跑道的入口在纵向上位于矩形上方边缘处，而在侧向上位于宽度的中心。因此，得益于本发明，能够确定称之为跑道区的一块机场区域，其被限定在可以由飞行器取道的跑道处，因此对于对于与尤其是GPS型(而不限于此)卫星定位系统有关且安装在飞行器上的探测器来说，不存在任何遭受多路径型电磁辐照的风险。这能使得能够获得不受多路径现象干扰并且因此十分精确的位置信息(由利用卫星的定位系统产生)。因此，如以下详细描述的那样，还能根据所述位置信息(以及常用的惯性数据)生成具有改善的完整性的复合位置。有利的是，当飞行器位于地面时，还可以根据安装在飞行器上并接收来自利用卫星的定位系统的信号的天线相对于地面的高度，来确定对多路径型电磁辐照敏感的最大距离。在一优选的实施方式中，可借助以下表达式计算所述最大距离D:D = (Hl-H2)/tga其中:-Hl是机场上的建筑物的最大高度；-H2是当飞行器位于地面时，安装在飞行器上并接收来自利用卫星的定位系统的信号的天线相对于地面的高度；-tg代表正切；以及- a是掩蔽角。更好地，借助以下关系式确定宽度L2:
权利要求
1.一种辅助确保在机场地面上行进的飞行器的位置的信息的精确度的方法，其特征在于:对于机场(AE)的至少一个跑道(11)，实现以下操作: -接收与所述跑道(11)有关的信息； -至少根据机场(AE)的建筑(10)的高度，确定对多路径型电磁辐照敏感的最大距离(D)； -借助所述信息和所述最大距离(D)，确定呈矩形形状的跑道区(ZP)，所述跑道区是相对于所述跑道(11)的入口(O)确定的，且具有与所述跑道(11)的长度相等的长度(L1)以及取决于所述最大距离(D)的宽度(L2);以及 当所述飞行器在机场(AE)行进时，以自动和重复的方式实现以下操作: -接收所述飞行器的位置信 息；以及 -验证与该位置信息有关的位置是否位于所述跑道区(ZP)的内部。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述飞行器位于地面时，还根据安装在所述飞行器上并接收来自卫星定位系统的信号的天线相对于地面的高度，来确定对多路径型电磁辐照敏感的所述最大距离(D)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 借助以下表达式计算所述最大距离D: D = (Hl-H2)/tga 其中: -Hl是机场(AE)上的建筑物(10)的最大高度； -H2当所述飞行器位于地面时，安装在所述飞行器上并接收来自卫星定位系统的信号的天线相对于地面的高度； -tg代表正切；以及 _a是掩蔽角。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，借助以下关系式确定所述宽度L2:L2 = 2 U -D) 其中: -Y代表所述跑道(11)的中心(16)相对于机场(AE)的建筑物(10)的最小距离；且 -D代表所述最大距离。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，确定呈矩形形状的总体跑道区，其包含了与机场(AE)的相邻跑道(11、12)有关的多个跑道区。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，为了验证与位置信息相关的位置M是否位于所述跑道区(ZP)的内部，验证以下条件:
7.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，用于辅助确保在机场(AE)的地面上行进的飞行器的位置信息的完整性，其特征在于， 如果所述飞行器位于所述跑道区(ZP)的内部，则使用由卫星定位系统生成的所述飞行器的位置信息以及所述飞行器的惯性数据，来确定所述飞行器的复合位置，所述跑道区(ZP)代表具有预先确定的完整性的完整性区域。
8.根据权利要求7所述的方法，用于增大机场的所述完整性区域，其特征在于， -借助至少部分机载的位置生成辅助元件(34)，确定所述飞行器的辅助位置； -借助所述惯性数据和所述辅助位置，确定至少一个辅助复合位置；且 -至少在所述跑道区(ZP)的外部使用所述辅助复合位置，以便增大机场的所述完整性区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述位置生成辅助元件(34)包括以下机载部件中的至少一个: -测距仪； -视频系统； -磁性传感器系统；以及 -无源天线。
10.一种辅助确保在机场(AE)的地面上行进的飞行器的位置信息的精确度的装置，其特征在于，包括: -用于接收与跑道(11)有关的信息的部件(3); -用于至少根据机场(AE)的建筑(10)的高度，确定对多路径型电磁辐照敏感的最大距离(D)的部件(5)； -用于借助所述信息和所述最大距离(D)，确定呈矩形形状的跑道区(ZP)的部件(6)，所述跑道区(ZP)是相对于所述跑道(11)的入口(O)确定的，且具有与所述跑道(11)的长度相等的长度(L1)以及取决于所述最大距离(D)的宽度(L2);以及 -用于当所述飞行器在机场(AE)行进时，以自动且重复的方式验证与所述飞行器的位置信息有关的位置是否位于所述跑道区(ZP)的内部的部件(20)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:如果所述飞行器位于所述跑道区(ZP)的内部，则借助由卫星定位系统生成的所述飞行器的位置信息以及所述飞行器的惯性数据，来确定所述飞行器的复合位置的部件(31)。
12.根据权利要求10和11中任意一项所述的装置，其特征在于，还包括: -用于确定所述飞行器的辅助位置的至少一个辅助元件(34);以及 -用于借助所述惯性数据和所述辅助位置，确定至少一个辅助复合位置的部件(35)。
13.一种飞行器，其特征在于，包括根据权利要求10至12中任意一项所述的装置(I)。
全文摘要
公开了一种辅助确保地面上的飞行器位置信息的精确度的方法和装置。该装置包括用于在机场(AE)上确定对涉及GPS信号的多路径不敏感的区域(ZP)的部件，所述区域(ZP)呈矩形，其是相对于跑道(11)的入口(O)确定的，并具有与跑道(11)的长度(L1)相等的长度以及依赖于最大辐照距离(D)的宽度(L2)。装置还包括部件(20)，其用于在飞行器在机场(AE)上行进时，验证与飞行器位置信息有关的位置是否位于所述跑道区(ZP)的内部。
文档编号G01C21/16GK103090859SQ20121041933
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月27日
发明者让-达米安·佩里耶, 菲利普·格迈赖克, 阿德里安·陈 申请人:空中客车营运有限公司