CN112179374A - 操作运载工具的方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作运载工具的方法，包括：沿路径导航运载工具；从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集运载工具的一组导航参数；确定与该组导航参数中的至少一些导航参数有关的一组统计不确定度；将一组统计权重与至少一些导航参数相关联。

Description

操作运载工具的方法
技术领域
本公开大体涉及操作运载工具(诸如飞行器)的方法，包括在操作期间运载工具的导航参数的收集。
背景技术
在包括飞行器的当代运载工具中，可以考虑众多数据源来确定所需的导航参数(例如位置，速度，方向，高度，路径或合适的航路点)，或者估计到达时间和在操作期间燃烧的燃料等。这种确定的准确性和可靠性对于路径调整或更新，以及与可能在附近的其他运载工具相关的交通控制至关重要。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种操作运载工具的方法。该方法包括：沿路径导航运载工具；从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集运载工具的一组导航参数；确定与该组导航参数中的至少一些导航参数有关的一组统计不确定度；基于该组统计不确定度，将一组统计权重与至少一些导航参数相关联；基于该组统计权重来确定运载工具的导航解；根据导航解来操作运载工具。
在另一方面，本公开涉及一种操作飞行器的方法。该方法包括：沿飞行路径导航飞行器；从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集飞行器的一组导航参数；通过应用卡尔曼滤波器来确定该组导航参数的一组初步解；确定该组初步解的一组误差；基于该组误差，经由协方差矩阵来确定该组初步解的一组统计不确定度；基于该组统计不确定度，将一组统计权重与该组初步解相关联；基于该组统计权重，通过混合该组初步解来形成飞行器的导航解；根据导航解来操作飞行器。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文所述的各个方面的飞行器形式的运载工具的一部分的自顶向下的示意图。
图2是根据本文所述的各个方面的飞行器位置形式的图1的飞行器的导航参数的示意图。
图3是根据本文所述的各个方面的，基于飞行器混合位置形式的图1的飞行器的导航参数的导航解的示意图。
图4是根据本文所述的各个方面的示出当前飞行路径和修改飞行路径的图1的飞行器的示意性俯视图。
图5是示出根据本文所述的各个方面的操作图1的飞行器的方法的流程图。
图6是示出根据本文所述的各个方面的操作图1的飞行器的另一种方法的流程图。
具体实施方式
本公开的各方面大体涉及一种操作运载工具的方法，并且包括功能，机构或操作(诸如导航)。为了说明的目的，将在飞行器环境中的飞行管理系统的上下文中描述本公开。然而，将理解的是，本公开不限于此，并且可以在非飞行器应用，非运载工具应用或其他移动，陆基，水基或类似应用中具有普遍适用性。
将在方法的一般上下文中描述本公开的方面，该方法可以通过程序产品在一个方面中实施，该程序产品包括机器可执行指令，例如程序模块形式的程序代码。通常，程序模块包括具有进行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程，程序，对象，部件，数据结构，算法等。机器可执行指令，相关联的数据结构和程序模块代表用于执行本文公开的方法的程序代码的示例。机器可执行指令可以包括例如指令和数据，该指令和数据使通用计算机，专用计算机或专用处理机器进行某些功能或一组功能。
如本文中所使用的，“一组”可以包括任意数量的分别描述的元件，包括仅一个元件。所有方向参考(例如，径向，轴向，近端，远端，上，下，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上方，下方，竖直，水平，顺时针，逆时针，上游，下游，向后，向前等)仅用于识别目的，以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于本公开的位置，定向或用途的限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接，联接，连接和接合)将被广义地解释，并且可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且为彼此固定的关系。示例性附图仅出于说明的目的，所附附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对大小可以变化。
同样，如本文中所使用的，虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”相应值，但是感测或测量可以包括确定指示相应值或与相应值有关的值，而不是直接感测或测量该值本身。感测或测量的值可以进一步提供给附加部件。例如，可以将该值提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可以对该值进行处理以确定代表值或代表所述值的电气特性。
图1描绘了飞行器10形式的一个示例性运载工具1。飞行器10可以包括联接至机身14的一个或多个推进发动机12，位于机身14中的驾驶舱16，以及从机身14向外延伸的机翼组件18。可以包括使飞行器10(或其子系统)能够正确操作的多个飞行器系统20，例如但不限于飞行控制计算机22和具有无线通信链路24的通信系统。示例性飞行器10已经以商用飞行器的形式示出。可以预期的是，本公开的方面可以在其他环境(包括但不限于固定翼飞行器，旋转翼飞行器，个人飞行器或其他有人或无人飞行器)中使用。
多个飞行器系统20可以在驾驶舱16内，在专用电子和装备舱25内，或在包括发动机12的整个飞行器10内的其他位置中。这样的飞行器系统20可以包括但不限于：电气系统，氧气系统，液压和/或气动系统，燃料系统，推进系统，导航系统，飞行控制，音频/视频系统，综合运载工具健康管理(IVHM)系统，机载维护系统，中央维护计算机，以及与飞行器10的机械结构相关联的系统。为了示例性目的，已经示出了多种飞行器系统20，并且应当理解，它们是可以包括在飞行器10中的示意性代表性系统的非限制性示例。
驾驶舱16可以包括至少一个显示器21，该显示器21构造成显示各种参数，包括导航数据，飞行时间，燃料消耗，天气状况，飞行员建议，当前航向等。显示器21可以包括电子可视屏幕，并且还可以被构造为经由触摸屏，键盘，按钮，拨盘或其他输入装置来接收用户输入。
除其他事项外，可以包括飞行管理计算机的飞行控制计算机22可以使飞行和跟踪飞行器10的飞行计划的任务自动化。飞行控制计算机22可以包括任何合适数量的单独微处理器，电源，存储装置，接口卡，自动飞行系统，飞行管理计算机以及其他标准部件或与之相关联。飞行控制计算机22可以包括任何数量的软件程序(例如，飞行管理程序)或指令或与之协作，该软件程序或指令被设计成执行飞行器10的操作所必需的各种方法，处理任务，计算和控制/显示功能。飞行控制计算机22被示为与多个飞行器系统20，无线通信链路24和显示器21通信。可以想到，飞行控制计算机22可以帮助操作飞行器系统20，并且可以从飞行器系统20发送和接收信息。
无线通信链路24可以可通信地联接至飞行控制计算机22或飞行器的其他处理器，以从飞行器10转移飞行数据。这样的无线通信链路24可以是能够与其他系统和装置无线链接的任何种类的通信机制，并且可以包括但不限于分组无线电，卫星上行链路，无线保真(WiFi)，WiMax，蓝牙，ZigBee，3G无线信号，码分多址(CDMA)无线信号，全球移动通信系统(GSM)，4G无线信号，长期演进(LTE)信号，以太网或其任意组合。此外，无线通信链路24可以通过有线或无线链路与飞行控制计算机22通信地联接。尽管仅示出了一个无线通信链路24，但是可以预期，飞行器10可以具有与接收飞行信息的飞行控制计算机或其他机载计算装置可通信地联接的多个无线通信链路。这样的多个无线通信链路可以向飞行器10提供以各种方式(例如通过卫星，GSM或WiFi)从飞行器10转移飞行数据的能力。
此外，可以在飞行器10上或飞行器10内提供一个或多个传感器26，以在飞行器10的操作期间获取飞行数据，包括但不限于纬度，经度，高度，速度，加速度，角速率，航向，方位等。一个或多个传感器26可被包括在任何飞行器系统20中，包括被可通信地联接到任何飞行器系统20。一个或多个传感器26还能够感测并提供环境和飞行器数据。如本文所用，“环境数据”在非限制性示例中可包括或指代感测或测量的天气或空气数据，包括温度，压力，相对湿度，结冰，湍流数据，与环境原因或飞行器外部因素有关的其他数据等。而且，如本文中所使用的，“飞行器数据”在非限制性示例中可以包括或指代来自任何飞行器系统20的感测或测量的数据，包括导航数据，制动液压，速度和性能参数，该速度和性能参数包括减速度数据，加速度数据，着陆性能数据，起飞性能数据，降额推力数据，跑道状况参数，飞行器重量或等级，姿态或位置，燃料温度等。传感器26还能够将这种信息与获得数据的物理位置以及获得这种信息时的时间戳集成在一起。例如，环境或飞行器数据(例如加速度或角速率数据)可以包括与指示在何处发生感测或测量的坐标或一组坐标等的关联。
传感器26可以位于飞行器10上或飞行器10内的任何合适位置，例如机头，机尾，发动机12，机翼组件18，机身14上或机舱或驾驶舱内的其他位置等，或其任何组合。可以使用任何数量的传感器26。传感器26可以可操作地联接以与飞行控制计算机22，飞行管理系统28或飞行器10上的另一控制器通信，以向飞行器10提供这种飞行数据。还可以设想，传感器26可以与无线通信链路24通信地联接，以允许通过传感器26获得的信息被中继离开飞行器10，例如到地面站或另一飞行器(未示出)，而无需飞行控制计算机22或飞行管理系统28。附加地或替代地，可以直接从飞行器系统20获得飞行器数据，并且将飞行器数据中继离开飞行器10。
在另一个示例中，飞行数据计算机22可以从另一架飞行器接收数据。程序可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用的介质。
飞行器10还可以包括与飞行控制计算机22通信的飞行管理系统28。将理解的是，飞行管理系统28可以硬连线至飞行控制计算机22，或者可以以任何合适的方式与飞行控制计算机22通信，包括经由无线通信。
还可以在飞行器10中提供全球定位系统(GPS)30和惯性参考系统(IRS)40。全球定位系统30可以包括被构造为与一组卫星或至少一个通信网络通信的天线(未示出)。惯性参考系统40可包括感测部件，该感测部件包括陀螺仪，加速计或磁力计，以便确定飞行器10的位置，速度，加速度，角速率，定向等。GPS 30和IRS 40中的一个或两者可以生成，输出或以其他方式通信数据，包括与飞行器10的位置，速度，加速度，角速率，定向等有关的数据。在非限制性示例中，可以将这样的数据输出或通信到显示器21，飞行控制计算机22，飞行管理系统28等。另外，可以提供多个GPS 30或IRS 40以用于测量冗余或提高准确性或可用性。
尽管为简洁起见未示出，但进一步考虑到，飞行器10的系统20可以包括距离测量装置(DME)导航无线电或甚高频(VHF)全向测距(VOR)导航无线电。这样的DME或VOR可以包括天线形式的传感器26，该天线被构造为从相关联的DME或VOR地面站(例如，导航辅助装置)接收距离和定向方位数据。从这样的地面站接收的距离和方位信息可以被处理或以其他方式用于确定飞行器10的位置。在非限制性示例中，可以将这样的数据输出或通信到显示器21，飞行控制计算机22，飞行管理系统28等中的任何一个或全部，包括用于飞行器10的导航或其他操作。此外，可以提供多个DME或VOR，以用于测量冗余或提高准确性。
在操作期间，飞行器10的系统20，飞行控制计算机22或飞行管理系统28可以从其他飞行器系统20，一个或多个传感器26，GPS 30或IRS 40接收信息或飞行数据。飞行数据可以包括关于飞行器10的位置，运动，定向等的信息。这样的飞行数据可以由具有处理器和存储器的控制器模块接收，例如在显示器21上显示给用户，经由无线通信链路24传输给另一飞行器或地面站(未示出)，由控制计算机22利用以用于与其他飞行器操作有关的计算或更新，例如非限制性示例中的燃料计算，发动机效率，飞行路径或时刻更新，或成本估计等。
将参照图2和图3更详细地描述这种飞行数据的一个示例。现在参考图2，示出了坐标系50，其具有来自飞行器10上的至少一个源的绘制导航参数。至少一个源可以包括一个或多个传感器26，GPS 30，IRS 40或任何其他飞行器系统20(图1)。在所示的示例中，坐标系50为纬度-经度参考系统的形式，其中第一轴线51代表经度，第二轴线52代表纬度。可以利用用于任何合适的运载工具的任何合适的坐标系，例如非限制性示例中的相对于飞行器10建立的地心地固(ECEF)X/Y/Z参考系，或纬度/经度/高度参考系。
一组导航参数60被绘制在坐标系50上。该组导航参数60可以包括与飞行器10的导航有关的任何数据或状态变量，包括但不限于当前或过去的位置，速度，加速度，定向，航向，方位或其任何组合。在所示示例中，该组导航参数60包括以星形示出的第一位置61，以矩形示出的第二位置62和以三角形示出的第三位置63。位置61、62、63可从传感器26，GPS30，IRS 40等中的任何一个或全部获得。例如，可以预期的是，可以分别从单个传感器26或源(例如IRS 40)获得位置61、62、63。在另一个示例中，位置61、62、63可以从飞行器10上的三个独立的惯性参考系统(或其冗余)获得，每个系统提供独立的输出。在又一个示例中，IRS 40可以提供第一位置61，GPS 30可以提供第二位置62，传感器26可以提供第三位置63。
该组导航参数60可以包括来自各种源的误差或不确定度，包括测量误差或校准误差。在图示的示例中，位置61、62、63表示在坐标系50上绘制的飞行器10的位置。“x”符号表示飞行器10的“真实”位置65，即在零测量误差或不确定度的情况下将被测量到的位置。下表1示出位置61、62、63和真实位置65的一个非限制性示例。虽然表1示出为具有具有有效数字的纬度/经度，但是位置61、62、63数据或表示的任何表示可以包括在本公开的方面中。
第一位置(61) N41.28626984 W122.59631330
第二位置(62) N41.21987530 W122.62962310
第三位置(63) N41.35301667 W122.55768753
真实位置(65) N41.25296125 W122.61296820
表1
可以基于该组导航参数60中的至少一些导航参数来确定一组初步解70，包括对其进行计算。如本文中所使用的，“初步解”将指代通过考虑可能与导航参数相关联的误差或不确定度来表示更新的导航参数的值。换句话说，“初步解”可以表示更新，修改，更改或以其他方式“校正”的导航参数。在非限制性示例中，可以通过手动，飞行管理系统28，飞行控制计算机22，或任何其他合适的飞行器系统20等，或其任何组合来确定或计算一组初步解70。
该组初步解70可以考虑了存在于该组导航参数60中的误差或不确定度。在一个非限制性示例中，可以将卡尔曼滤波器应用于该组导航参数60中的至少一些，以获得一组初步解70。仍然参考图2，相应的一组初步解70包括以星形示出的第一初步解71，以矩形示出的第二初步解72和以三角形示出的第三初步解73。
在所示示例中，将卡尔曼滤波器应用于第一，第二和第三位置61、62、63，以获得对应的初步解71、72、73。例如，卡尔曼滤波器可以对来自飞行器10或其系统20上的任何位置(包括如上所述的GPS 30，IRS 40，DME或VOR等)的传感器26测量值进行操作，以对该组导航参数60进行校正。
初步解71、72、73也可以包括误差或不确定度，如它们与代表真实位置65的相对偏差或距离所指示的。对于该组初步解70中的每一个，可以例如经由卡尔曼滤波器来确定或计算一组误差80。在非限制性示例中，可以通过手动，飞行管理系统28，飞行控制计算机22，或任何其他合适的飞行器系统20等，或其任何组合来确定或计算该组误差80。
该组误差80在图2中由从每个位置61、62、63绘制到每个相应的初步解71、72、73的箭头直观地表示。较大的误差用较大的箭头表示，较小的误差用较小的箭头表示。该组误差80可以表示由于计算初步解而导致的位置的改变或校正(例如，校正测量误差的调整)。在所示的示例中，该组误差80包括第一误差81，第二误差82和第三误差83，其对应于每个初步解71、72、73的位置误差估计的卡尔曼滤波器输出。下面的表2表示与表1中的从IRS 40获得的每个位置相对应的一组误差80的一个非限制性数值示例。一组误差中的每个误差都以海里(NM)为单位的值表示，其中正值参考“北”和“东”。将理解的是，负值分别对应于“南”和“西”。尽管表2中示出了“海里”，但是包括米，公里，英尺或法定英里的任何合适的单位都包括在本公开的方面中。例如，海里可以转换为各种标准单位，其中1 NM大约等于1852米或6076英尺。还应该理解，取决于飞行器10的地理位置，纬度或经度位置的度数变化可以对应于不同的海里误差量。
Figure BDA0002564672390000071
表2
可以理解，第三误差83在数值上大于第一误差81和第二误差82。与朝向第一和第二初步解71、72绘制的箭头相比，该较大的误差在图2中被直观地表示为从第一位置61朝向第三初步解73绘制的较大的箭头。
一组统计不确定度可以与该组导航参数60中的至少一些有关，并且可以进一步被确定。该组统计不确定度可以与该组导航参数60中的至少一些导航参数有关。更具体地说，该组统计不确定度可以代表表2中描述的卡尔曼滤波器获得的误差81、82、83中的不确定度。误差量的差异可能由于多种情况(例如在获得第三位置63时的校准误差，测量误差，建模误差或传感器故障)而发生。在非限制性示例中，可以通过手动，飞行管理系统28，飞行控制计算机22，或任何其他合适的飞行器系统20等，或其任何组合来确定或计算该组统计不确定度。
下面的表3表示针对表2中的每个误差计算的一组统计不确定度的一个非限制性示例。该组统计不确定度在下面以IRS 40参考系的协方差矩阵形式给出，以平方英尺为单位。
Figure BDA0002564672390000081
表3
可以理解的是，表3中的第三不确定度大于第一不确定度和第二不确定度。现在参考图3，表3中给出的该组统计不确定度由用于指示坐标系50上的初步解71、72、73的标记的相对大小来示意性说明。表示第三初步解73的三角形比表示相应的第一和第二初步解71、72的星形或矩形大得多。另外，表示第二初步解72的矩形相对于表示第一初步解71的星形更大。换句话说，初步解71、72、73的视觉尺寸的相对差异表示在其相应位置误差(例如上表2中用数字表示的那些)中的统计不确定度的量(例如，测量或表示绝对或相对确定性的定量“值”)。在所示的示例中，初步解71、72、73的较大的视觉尺寸对应于较大的统计不确定度(例如，与较小的视觉尺寸相比，降低的确定性或更少的确定性)，并且较小的视觉尺寸对应于较小的统计不确定度(例如，与较大的视觉尺寸相比，增加的确定性)。以这种方式，该组统计不确定度可以与该组导航参数60中的至少一些导航参数(例如相应位置61、62、63)有关。
至少基于位置61、62、63的对应初步解71、72、73的统计不确定度，可以将统计权重与每个位置61、62、63相关联。例如，由于第三初步解73的不确定度相对于第一和第二初步解71、72的不确定度较大，因此第三初步解73可以与较小的统计权重相关联。由于第一初步解71的统计不确定度小于第二和第三初步解72、73的统计不确定度，因此第一初步解71可以给予最大的统计权重。该组60中一个导航参数的统计权重可以基于多个统计不确定度，例如所有统计不确定度的混合。下面的等式1给出了一种确定或计算统计权重的示例性方法，该统计权重由与第一位置61相关联的无偏统计权重
Figure BDA0002564672390000091
表示：
(1)
Figure BDA0002564672390000092
下表4基于表3的统计不确定度，提供了与第一，第二和第三位置61、62、63中的每一个相关联的一组无量纲统计权重的一些示例性值。在非限制性示例中，可以通过手动，飞行管理系统28，飞行控制计算机22，或任何其他合适的飞行器系统20等，或其任何组合来确定或计算该组统计权重。该组统计权重在表4中示出为对应于第一，第二和第三位置61、62、63(图2)中的每一个的协方差矩阵。可以理解的是，第三位置63与最小的统计权重相关联，因为它与最大的统计不确定度(表3)有关。
Figure BDA0002564672390000093
表4
可以基于该组导航参数60，该组初步解70，相关联的一组统计权重(例如表4)，其组合等来形成飞行器10(图1)的导航解90。例如，导航解90可以是代表第一，第二和第三位置61、62、63(图2)的组合的“混合”或“复合”位置的形式。在一个示例中，当确定或计算导航解90时，上述统计权重可以与位置相关联。更具体地，导航解90可以是基于该组统计权重的优化的导航解。在非限制性示例中，导航解90可以通过手动，飞行管理系统28，飞行控制计算机22，或任何其他合适的飞行器系统20等，或其任何组合来确定或计算。
在图3的示例中，该组统计权重由与第三初步解相比，导航解90被绘制成更靠近第一和第二初步解71、72来直观地表示。更具体地，将导航解90绘制成与第一和第二初步解71，72大致等距，以直观地表示相关联的第一权重和第二权重大小大致相同。将理解的是，如本文所使用的值“大致相同”将指这样的值相差不超过预定量，例如在一个示例中相差不超过10％。以这种方式，当确定或计算导航解90时，具有最小关联统计不确定度的初步解可以被分配最大统计权重。
可以利用该组统计不确定度来形成导航解90的整体不确定度。例如，以与确定导航解90相似的方式，表3的误差可以被组合或混合以构造导航解90的整体不确定度。在图3中的坐标系50上将导航解90绘制为实心圆。通过将导航解90的相对视觉尺寸与初步解71、72、73的相对视觉尺寸进行比较，示出了对应于导航解90的整体不确定度。可以预期，导航解90的整体不确定度可以小于对应于初步解71、72、73的任何统计不确定度。此外，导航解可以比任何初步解71、72、73都更准确，如通过其相对接近真实位置65所示。
现在参考图4，示出了飞行器10沿着当前飞行路径100飞行。在飞行器10中示意性地示出了显示器21。在操作期间，可以从传感器26，GPS 30，IRS 40等或其组合(为简便起见在图4中未示出)中的至少一个收集飞行器10的该组导航参数60。如上所述，可以确定与该组导航参数60中的至少一些导航参数(例如位置61、62、63)有关的该组统计不确定度。然后可以基于该组统计不确定度将该组统计权重与位置61、62、63相关联。最终可以至少基于该组统计权重来为飞行器形成导航解90。
导航解90可以显示在显示器21上或通信给飞行管理系统28。例如，位置不确定度的估计(EPU)，实际导航性能(ANP)，所需导航性能(RNP)或其任何组合可以显示在显示器21上，或者通信给飞行控制计算机22，飞行管理系统28或合适的飞行器系统20中的任何一个或全部。在一个非限制性示例中，飞行器10或其子系统可以包括将导航解90与其他子系统数据或计算进行计算，确定，比较等，并且可以基于其生成或确定新的数据或计算。在又一个非限制性示例中，可以基于或根据导航解90来修改，覆盖或取代飞行器10或其子系统的操作，控制，飞行或操作参数。
可以预期，导航解90可以形成飞行器10的EPU或ANP。例如，RNP可以代表沿着计划飞行路径102的所需导航性能，指示飞行器10将其实际位置与计划飞行路径102进行比较，并进行任何必要的调整。例如，可以将形成EPU的导航解90与RNP进行比较。如果EPU超过RNP，则可以在显示器21上显示警报。在非限制性示例中，这样的警报可以发出EPU已超出RNP的信号，提供建议的航向校正以使飞行器10返回计划飞行路径102，提示飞行员进行手动航向校正或提示飞行员启用自动系统来改变飞行器10的航向。另外，导航解90可以被自动传输到运载工具管理系统(诸如飞行器10的飞行管理系统28(图1))。在所示的示例中，飞行器10基于导航解90从其当前飞行路径100朝向计划飞行路径102改变。
现在参考图5，通过飞行器10示出了操作运载工具1的方法200。在202处，运载工具1可以沿着诸如图4的当前飞行路径100的路径导航。在204处，可以从传感器26，全球定位系统30，惯性参考系统40等中的至少一个收集运载工具1的一组导航参数，例如该组导航参数60。在206处，可以确定与该组导航参数中的至少一些导航参数有关的一组统计不确定度(图3)。在208处，可以基于该组统计不确定度将一组统计权重(图3)与至少一些导航参数相关联。可以基于该组统计权重在210处为运载工具1确定导航解，诸如导航解90。在212处，可以根据导航解90来操作运载工具1。这种操作的一个示例可以包括在显示器(诸如显示器21(图4))上显示导航解。操作运载工具1的另一个示例可以包括基于导航解90来改变当前路径。
将会理解，方法200的任何方面，包括在202处的飞行，在204处的收集，在206处的确定或在208处的关联，都可以通过手动，飞行控制计算机22，飞行管理系统28，任何其他合适的飞行器系统20或其子系统等，或其组合来进行。
图6示出了操作飞行器10的方法300。在302处，可以沿着飞行路径(诸如图4的当前飞行路径100)来导航或飞行飞行器10。在304处，可以从传感器26，全球定位系统30或惯性参考系统40中的至少一个收集飞行器的一组导航参数，例如该组60。在306处，可以经由用于该组导航参数的卡尔曼滤波器来确定(包括计算)一组初步解，例如该组初步解70。在308处，可以为该组初步解确定(包括计算)一组误差，例如该组误差80，如图3所示。在310处，可以基于该组误差，经由协方差矩阵为该组初步解确定一组统计不确定度，如图3所示。在312处，可以基于该组统计不确定度将一组统计权重与该组初步解相关联。可以基于该组统计权重，通过混合该组初步解在314处形成导航解(例如导航解90)，如图3所示。在316处，可以根据导航解90来操作飞行器10，包括但不限于将导航解90显示在显示器21上或改变飞行器10的当前飞行路径100(图4)。
将在方法200，300中的任一个中理解的是，在一个示例中，可以在确定或计算该组误差之前确定该组初步解。可以在确定该组统计不确定度之前确定该组误差。可以在形成导航解之前将该组统计权重与该组初步解相关联。确定或形成导航解还可包括如图3所示确定整体不确定度。另外，方法200、300还可包括改变飞行器10的当前飞行路径，例如飞行路径100。
还将理解，可以为飞行器的该组导航参数中的任何或全部导航参数确定该组初步解。例如，飞行器上的飞行管理系统可以被构造为对该组导航参数进行数据完整性检查，或者丢弃被确定为虚假(例如来自故障传感器)的任何条目。可以在确定该组初步解之前进行这种检查。
上述方面提供了多个益处，包括改进的导航性能，例如位置和地面速度的准确性。即使这些单独获得的导航参数已被卡尔曼滤波器校正，与单独获得的导航参数中的任何一个相比，由多个独立获得的导航参数(例如位置)形成单个混合导航解(例如单个混合位置)可提供改进的准确性，并减少不确定度。
另外，上述方面的技术效果是提供了跨多个驾驶舱架构的飞行器操作或导航的可扩展方法。一些示例包括具有三个IRS装置的分离式驾驶舱架构，具有两个IRS装置的单解驾驶舱架构，或具有单个IRS装置的无人飞行器。在飞行器上可以提供多个IRS导航解或参数的情况下，每个参数都有其自身相关的不确定度。单个混合解考虑了单独获取的导航参数中的相关不确定度和误差，并使与单个混合解相关联的整体不确定度最小化。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可根据需要彼此组合或替代使用。未在所有方面中示出的一个特征并不意味着其不能这样示出，而是为了描述的简洁。因此，不管是否明确地描述了新方面，都可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新方面。本文所描述的特征的所有组合或置换都被本公开覆盖。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本公开的各种特征，方面和优点也可以在本公开的方面的任何置换中体现，包括但不限于在列举的方面中限定的以下技术方案：
1.一种操作运载工具的方法，该方法包括：
沿路径导航运载工具；
从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集运载工具的一组导航参数；
确定与该组导航参数中的至少一些导航参数有关的一组统计不确定度；
基于该组统计不确定度，将一组统计权重与至少一些导航参数相关联；
基于该组统计权重来确定运载工具的导航解；并且
根据导航解来操作运载工具。
2.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括经由卡尔曼滤波器基于该组导航参数来确定一组初步解。
3.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括确定该组初步解的一组误差，其中该组误差中的每一个对应于该组初步解中的初步解。
4.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，该组统计不确定度中的每一个对应于该组误差中的误差。
5.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，在确定该组误差之前确定该组初步解，其中在确定该组统计不确定度之前确定该组误差，其中在确定导航解之前关联该组统计权重，其中确定导航解进一步包括确定导航解的整体不确定度。
6.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，确定导航解包括经由卡尔曼滤波器来混合该组初步解。
7.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，该组初步解包括运载工具的当前位置或当前速度中的至少一个。
8.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，导航解包括基于该组统计权重的优化导航解。
9.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，该组导航参数包括位置，速度，航向或参考系中的至少一个。
10.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，该操作进一步包括显示位置不确定度的估计，实际导航性能或所需导航性能中的至少一个。
11.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括将位置不确定度的估计与所需导航性能进行比较，并且其中，当位置不确定度的估计大于所需导航性能时，该显示包括所显示的警报。
12.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括将导航解自动传输到运载工具管理系统。
13.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括基于导航解来改变当前路径。
14.一种操作飞行器的方法，该方法包括：
沿飞行路径导航飞行器；
从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集飞行器的一组导航参数；
通过应用卡尔曼滤波器来确定该组导航参数的一组初步解；
确定该组初步解的一组误差；
基于该组误差，经由协方差矩阵来确定该组初步解的一组统计不确定度；
基于该组统计不确定度，将一组统计权重与该组初步解相关联；
基于该组统计权重，通过混合该组初步解来形成飞行器的导航解；和
根据导航解来操作飞行器。
15.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，该组初步解包括飞行器的位置或飞行器的速度中的至少一个。
16.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，形成导航解进一步包括基于该组统计权重来确定导航解的整体不确定度。
17.根据本公开方面中任一项所述的方法，其中，整体不确定度包括飞行器的位置不确定度的估计。
18.根据本公开方面中任一项所述的方法，该操作进一步包括显示位置不确定度的估计，实际导航性能或所需导航性能中的至少一个。
19.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括将位置不确定度的估计与所需导航性能进行比较，并且其中，当位置不确定度的估计大于所需导航性能时，该操作包括所显示的警报。
20.根据本公开方面中任一项所述的方法，进一步包括基于导航解来改变当前飞行路径。

Claims (10)

1.一种操作运载工具的方法，其特征在于，所述方法包括：
沿路径导航所述运载工具；
从传感器，全球定位系统或惯性参考系统中的至少一个收集所述运载工具的一组导航参数；
确定与所述一组导航参数中的至少一些导航参数有关的一组统计不确定度；
基于所述一组统计不确定度，将一组统计权重与所述至少一些导航参数相关联；
基于所述一组统计权重来确定所述运载工具的导航解；并且
根据所述导航解来操作所述运载工具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由卡尔曼滤波器基于所述一组导航参数来确定一组初步解。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述一组初步解的一组误差，其中所述一组误差中的每一个对应于所述一组初步解中的初步解。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，所述一组统计不确定度中的每一个对应于所述一组误差中的误差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，在确定所述一组误差之前确定所述一组初步解，其中在确定所述一组统计不确定度之前确定所述一组误差，其中在确定所述导航解之前关联所述一组统计权重，并且其中确定所述导航解进一步包括确定所述导航解的整体不确定度。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，确定所述导航解包括经由所述卡尔曼滤波器来混合所述一组初步解。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述一组初步解包括所述运载工具的当前位置或当前速度中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述导航解包括基于所述一组统计权重的优化导航解。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述一组导航参数包括位置，速度，航向或参考系中的至少一个。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述操作进一步包括显示位置不确定度的估计，实际导航性能或所需导航性能中的至少一个。
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