[发明专利]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

说明书

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。

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，即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。