CN104677360A - 一种姿态航向角的余度管理算法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种姿态航向角的余度管理算法，首先对信号进行处理，解决换向问题，然后对三余度信号进行比较监控和表决，通过计算两个惯导值与航姿部件差值来获取基准值，之后进行归一化处理来解决换向问题，解决了传统余度管理算法无法解决的180度附近符号跳变问题，保证了对三余度信号的正确监控和表决。

Description

一种姿态航向角的余度管理算法

技术领域

本发明属于飞行控制系统领域，特别是涉及飞行控制系统或飞机管理系统多余度信号余度管理策略问题。

背景技术

飞机姿态角、航向角是描述飞机在惯性坐标系中的姿态，是飞行控制的重要参数，飞机通过两余度激光捷联惯导和单余度光纤航姿部件实现飞机姿态、航向的测量解算，

现有技术中，对姿态航向角的精度计算以及校正方法都达到了很精确的地步，例如申请号为201310633933.X的中国专利申请中，提出了一种用于导航系统的姿态及航向角的校正方法，包括提出了基于改进扩展卡尔曼滤波的椭球拟合方法进行磁强计误差补偿、姿态角的误差二级建模和校正以及实现整个系统误差校正的有效方法。该发明用于由惯性测量单元(IMU)和磁强计等组成的惯性组合导航与定位系统中的姿态及航向角的误差校正。然而，对于在航向角达到±180°附近值时，根据其定义，三通道传感器测量值会出现正负号的问题从而会出现较大的误判，同时，不能仅仅为了判断结果而进行绝对值的运算导致在该技术领域中没有较大的技术突破，以航向角为例，在范围-180°～180°内，在航向角达到±180°附近值时，根据其定义，三通道传感器测量值会出现正负号的问题：一个信号从179度继续顺时针旋转，先到180度，再继续顺时针旋转，变成-179度。这样在180度附近时可能会出现两个信号-179度，一个信号179度这种情况，如果采用传统的三余度监控表决算法，由于两个信号为-179度，另一个信号为179，与其它两路信号相差358度，会将该通道置故障。但是实际上该通道与其他两个通道仅差2度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种姿态航向角的余度管理算法，包括以下步骤：

S1、获取来自惯导1、惯导2及航姿部件的三余度航向角，依次记做G1、G2和HZ；

S2、计算差值，分别计算航姿角HZ和两个惯导角G1与G2的差值的绝对值△ab和△ac，若△ab＞180°，则令△ab＝360°-△ab，△ac同理；

S3、计算转换基准值，取△ab与△ac中较少的值作为转换基准值JZ；

S4、分别对三余度航向角G1、G2和HZ进行归一化处理，对于G1，比较abs([G1]-JZ)、abs([G1+360°]-JZ)、abs([G1-360°]-JZ)三个值的大小，将最小值对应的中扩号[]中的值赋给G1，其中abs表示绝对值，G2和HZ同理进行重新赋值；

S5、采用三余度监控表决算法输出表决值，对G1、G2和HZ两两进行比较，舍去差值较大的姿态航向角；

S6、表决输出处理，当步骤S5中的表决值＞180°时，最终输出表决值为前一步结果减掉360°，当第四步中的表决值＜-180°时，最终输出表决值为前一步结果加上360°。

优选的是，在所述步骤S5中，舍去差值较大的姿态航向角的比较值为幅值门限，所述幅值门限取值范围为5°～10°。

本技术的优点在于，采用以上方案后，解决了传统余度管理算法无法解决的180度附近符号跳变问题，保证了对三余度信号的正确监控和表决。

附图说明

图1是根据本发明姿态航向角的余度管理算法的一优选实施例的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

本发明提出了一种姿态航向角的余度管理算法，对来自惯导1、惯导2及航姿部件的三余度航向角进行监控表决。

如图1所示，首先对信号进行处理，解决换向问题，然后对三余度信号进行比较监控和表决。

第一步：计算差值

计算△ab＝abs(航姿-惯导1)；

如果△ab＞180°，则令△ab＝360°-△ab；

计算△ac＝abs(航姿-惯导2)

如果△ac＞180°，则令△ac＝360°-△ac。

第二步：计算转换基准值

如果第一步中的△ab＞△ac，则基准值为惯导2，否则基准值为惯导1。

第三步：分别对航姿、惯导1、惯导2进行归一化处理

以航姿的归一化处理为例，比较abs(【航姿】-基准)、abs(【航姿+360°】-基准)、abs(【航姿-360°】-基准)三个值的大小，取最小值对应的【】中的值赋给航姿，惯导1和惯导2也按照同样算法进行归一化处理。

第四步：对第三步中归一化处理后的航姿、惯导1、惯导2进行三余度比较监控，输出表决值。

第五步：表决输出处理

当第四步中的表决值＞180°时，最终输出表决值为前一步结果减掉360°，当第四步中的表决值＜-180°时，最终输出表决值为前一步结果加上360°。

以三余度信号：a＝179度，b＝－178度，c＝－150度为例：

第一步：

计算△ab＝abs(179+178)＝357度；

且△ab＞180°，则△ab＝360-357＝3度；

计算△ac＝abs(179+150)＝329度；

且△ac＞180°，则△ac＝360-329＝31度；

第二步：

由于△ab<△ac，因此采用惯导1为基准，即基准值为b(-178度)。

第三步：

归一化处理：

a信号：

abs(【a】－基准)＝357

abs(【a+360】-基准)＝713

abs(【a-360】-基准)＝3

其中abs(【a-360】-基准)＝3为最小，因此a(归一化)＝a－360度＝-181

同理：b(归一化)＝-178；c(归一化)＝-150度；

第四步：采用三余度监控表决算法，由于ab相差小于门限10度，而c与a和b相差均大于10度，因此置c通道故障。表决值输出a和b的均值：-179.5度。

第五步：

由于表决值-179.5在(-180，+180)区间内，因此直接输出-179.5度。

需要说明的是，本发明姿态航向角的余度管理算法包括上述实施例中的任何一项及其任意组合，但上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种姿态航向角的余度管理算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取来自惯导1、惯导2及航姿部件的三余度航向角，依次记做G1、G2和HZ；

S2、计算差值，分别计算航姿角HZ和两个惯导角G1与G2的差值的绝对值△ab和△ac，若△ab＞180°，则令△ab＝360°-△ab，△ac同理；

S3、计算转换基准值，取△ab与△ac中较少的值作为转换基准值JZ；

S4、分别对三余度航向角G1、G2和HZ进行归一化处理，对于G1，比较abs([G1]-JZ)、abs([G1+360°]-JZ)、abs([G1-360°]-JZ)三个值的大小，将最小值对应的中扩号[]中的值赋给G1，其中abs表示绝对值，G2和HZ同理进行重新赋值；

S5、采用三余度监控表决算法输出表决值，对G1、G2和HZ两两进行比较，舍去差值较大的姿态航向角；

S6、表决输出处理，当步骤S5中的表决值＞180°时，最终输出表决值为前一步结果减掉360°，当第四步中的表决值＜-180°时，最终输出表决值为前一步结果加上360°。

2.根据权利要求1所述的姿态航向角的余度管理算法，其特征在于：在所述步骤S5中，舍去差值较大的姿态航向角的比较值为幅值门限，所述幅值门限取值范围为5°～10°。