CN112424567A

CN112424567A - 用于辅助导航的方法

Info

Publication number: CN112424567A
Application number: CN201980044063.8A
Authority: CN
Inventors: I·奥拉尼尔; P·艾利
Original assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: FR3083306B1; EP3814719B1; WO2020002482A1; CN112424567B; US20210247188A1; US11274926B2; FR3083306A1; EP3814719A1

Abstract

一种用于辅助交通工具的导航的方法，包括以下步骤：在预定时间，使用各种定位装置(10，20)确定交通工具的第一位置和第二位置，并计算每一对第一位置和第二位置之间的差异；将该差异与警告阈值相比较；在屏幕上定义坐标系，该坐标系以与最近的第一位置相对应的参考点为中心；通过将符号分配给每一差异并通过在屏幕上相对于参考点定位每一符号，以便将差异的值以及该交通工具自计算差异以来行驶的路径纳入考虑，来在屏幕上对差异进行符号化，第一符号设置有时间顺序指示符。

Description

用于辅助导航的方法

本发明涉及辅助导航(诸如在海上、在陆地上或在空中导航)的方法。

背景技术

当今，要覆盖几百公里的大多数交通工具都设置有用于接收来自属于卫星定位或位置系统的星座中的卫星的卫星信号的接收器。每一信号包括卫星传送该信号的时间和使得能够确定进行传送的卫星的位置的信息。基于每一接收到的信号，接收器可以确定其自身与卫星之间的距离，使得接收器可以根据来自不同卫星的至少四个信号来确定：

·精确的时间；以及

·其在预定参考系中的x、y、z坐标。

这些系统被称为位置导航时间(PNT)系统，因为它们被布置成能够提供：

·接收器所在交通工具的当前位置；

·从当前位置朝所需位置的导航指引；以及

·精确的时间信息。

存在这一类型的若干系统，且最著名的是GPS、GALILEO、GLONASS和北斗系统。

其他导航手段也是已知的，诸如：

·惯性导航；

·天文或“星体”导航；

·使用地标的导航(该地标可由光电设备来检测)；以及

·使用雷达点的导航；……

可以理解，在长途旅行中，导航需要尽可能精确。

发明目的

本发明的目标是提供一种用于确保正在进行的导航是可靠的装置。

发明概述

为此，本发明提供了一种辅助至少装备有第一定位设备和第二定位设备的交通工具的导航的方法，该方法包括以下步骤：

·在预定时刻，使交通工具的第一位置由第一定位设备确定，并使交通工具的第二位置由第二定位设备确定，并且计算在同一时刻每一第一位置和第二位置之间的第一差异的值；以及

·将第一差异的值与第一阈值相比较，并在第一差异的值大于第一阈值时发出第一警告；

该方法还包括以下步骤：

·在交通工具的屏幕上定义与根据最近的第一位置确定的交通工具当前位置相对应的参考点还有围绕参考点的周围区域这两者，并以预定比例和在预定参考系中构成交通工具周围空间的一部分的二维表示；以及

·通过将第一符号分配给每一第一差异并通过在屏幕上相对于参考点定位每一第一符号，同时将第一差异的值还有自计算第一差异的值以来交通工具行驶的路径这两者纳入考虑，来在屏幕上对第一差异进行符号化，第一符号设置有相应的时间顺序指示符。

因而，本发明使得可能向驾驶交通工具的人员通知可用定位手段的可靠性。

在阅读了以下对本发明的特定、非限制性实现的描述之后，本发明的其他特性及优点将变得显而易见。

附图的简要说明

参考附图，在附图中：

图1是本发明的导航辅助系统的图解透视图；

图2到5是该系统针对各种不同导航情形的显示的正视图。

本发明的详细描述

参考图1，在该示例中描述了本发明对交通工具的应用，且更具体而言是在船舶上的应用，该船舶具有电子控制单元1，该电子控制单元1首先连接到位于船桥上的控制仪表以使船员能够控制船舶，且其次连接到作用于转向的致动器以及船舶的推进装置。

电子控制单元1是以常规方式包括与包含计算机程序的存储器相关联的一个或多个处理器的计算机。计算机程序中的至少一者包括被布置成使船舶能够被控制并使船舶遵循导航路线的指令。

电子控制单元1还连接到：

·用于卫星定位的第一定位设备10；

·用于惯性定位的第二定位设备20；

·用于雷达定位的第三定位设备30；

·用于天文定位的第四定位设备40；以及

·屏幕50。

以常规方式，卫星定位设备10包括用于接收和处理来自属于卫星星座(GPS、GALILEO、GLONASS和/或北斗)的卫星的信号的电子接收器和处理器单元。电子接收器和处理器单元包括包含计算装置的计算机处理器电路和包含计算机程序的存储器，该计算机程序具有被布置成计算船舶的当前位置以及在船舶的当前位置还有操作者指定的目的地点之间的导航路线这两者的指令。电子接收器和处理器单元向电子控制单元1提供以下信息：

·船舶的第一当前位置；

·航向指示；

·第一时钟信号(日期和时间)；

·到目的地点的剩余距离；以及

-所估计的到达时间，……

惯性定位设备20包括惯性导航单元。以常规方式，此类单元包括计算机处理器电路，该计算机处理器电路连接到加速度计和沿着测量参考系的三个轴布置的陀螺仪，以便检测船舶平行于测量参考系的诸轴以及绕所述诸轴的移动。惯性单元向电子控制单元1提供以下信息：

·根据检测到的移动确定的船舶的第二当前位置；以及

·第二时钟信号，……

以常规方式，雷达定位设备30包括连接到雷达天线的计算机处理器电路。计算机处理器电路执行程序，该程序被存储在存储器中并且包含被布置成根据海岸的形状确定船舶的第三当前位置的指令。雷达定位设备30将该第三当前位置提供给电子控制单元1。

以常规方式，天文定位设备40包括计算机处理器电路，该计算机处理器电路被连接到具有被指向以观察天空的视野的光电图像传感器。计算机处理器电路包括包含星历的存储器和包含指令的计算机程序，该指令被布置成使得计算机处理器电路能够使用星历和由电子控制单元1传递的第一时钟信号来标识光电传感器的视野中存在的星星并从中推导出船舶的第四当前位置。天文定位设备40将该第四当前位置提供给电子控制单元1。

电子控制单元1被编程成：

·在预定时刻，使卫星定位设备10确定第一当前位置；

·在每一相同时刻，使惯性定位设备确定第二当前位置，计算第一当前位置和第二当前位置之间的第一差异的值，将第一差异的值与第一阈值相比较，以及当第一差异的值大于第一阈值时发出第一警告；

·在每一相同时刻，使雷达定位设备30确定第三当前位置，计算第一当前位置和第三当前位置之间的第二差异的值，将第二差异的值与第二阈值相比较，以及当第二差异的值大于第二阈值时发出第二警告(例如参见图3)；以及

·在每一相同时刻，使天文定位设备40确定第四当前位置，计算第一当前位置和第四当前位置之间的第三差异的值，将第三差异的值与第三阈值相比较，以及当第三差异的值大于第三阈值时发出第三警告。

举例而言，这些警告可被用来打开屏幕50上的灯、船桥的控制面板和/或被列在船员可访问的报告中。

电子控制单元1被编程成在位于船桥上的屏幕50上显示信息以便船员可以看到。

电子控制单元1被编程成在屏幕50上定义第一显示区域Z1和第二显示区域Z2。区域Z1和Z2优选地相邻以被同时查看。

显示区域Z1示出船舶所遵循的航向，具体而言是以刻度环101的形式，该刻度环101经过位于区域Z1顶部的指针102，使得刻度环101的面向指针102的刻度对应于船舶所遵循的航向。

电子控制单元1被编程成在屏幕50的区域Z2中定义参考系。参考系的原点在屏幕50的中心并且用于以预定比例提供船舶周围空间的一部分的二维表示。参考系的中心构成参考点200并且持续地以第一当前位置为中心，并且参考轴持续地与船舶所遵循的航向对齐。还显示了与刻度环101相对应地转动的简化刻度环201，并且其限定了船舶周围空间的该部分的边界。

电子控制单元1被编程成：

·通过向每一第一差异分配第一符号S1(具体是向下指向的三角形)并通过将每一第一符号S1相对于参考点定位在区域Z2中，同时将第一差异的值还有自计算第一差异的值以来船舶所行驶的路径这两者纳入考虑，来在屏幕50上将第一差异符号化。第一符号S1设置有时间顺序指示符，具体是最近计算的差异的点，然后是数字1、2、3、4或5(在最近计算的差异之后的下一最近的第一差异具有指示符1，而最早的第一差异具有指示符5)；

·通过将第二符号S2(具体是向上指向的三角形)分配给每一第二差异并通过将每一第二个符号S2相对于参考点定位在区域Z2中，同时将第二差异的值还有自计算第二差异的值以来船舶行驶的路径这两者纳入考虑，来在屏幕上将第二差异符号化(与第一符号一样，第二符号同样设置有相应的时间顺序指示符)；以及

·通过将第三符号S3(具体是盘)分配给每一第三差异并通过将每一第三个符号S3相对于参考点定位在区域Z2中，同时将第三差异的值还有自计算第三差异的值以来船舶行驶的路径这两者纳入考虑，来在屏幕上将第三差异符号化(与第一符号一样，第三符号同样设置有相应的时间顺序指示符)。

在本实现中，考虑到航程的长度和船舶的行驶速度，每三小时显示新差异。对于较短的行程或更快的交通工具，差异可能会以更快的速度添加。在时间之间计算的差异仅用于生成警告，并且它们不被显示。在一变型中，可以决定忽略未被用于显示目的的那些差异，或者以显示速率来计算差异。

优选地，电子控制单元1被编程成因变于第一、第二和第三差异的值来修改符号S1、S2和S3的外观。例如，符号的颜色可以因变于相应差异的值而从绿色通过橙色变为红色。可作出如下规定：当差异超过警告阈值的一半时，符号从绿色变为橙色，并且当差异超过警告阈值时变为红色。

可以理解：

·当差异刚被计算出且差异的值为零时，与该差异相对应的符号在参考系的中心处被显示在参考点200上，并带有时间顺序指示符“.”；

·如果差异的值不为零，则符号被显示在参考点200周围的区域中，但从参考点200偏移开与差异的值相对应的、将参考系的比例纳入考虑的距离，并具有时间顺序指示符“.”；

·随着当前时刻和计算差异的时刻之间的时长增加时，对应符号被显示在距参考点200的某一距离处，该距离既对应于差异的值还对应于船舶在所述时长内行驶的距离(将参考系的比例纳入考虑)，然而，如果符号要被定位的距离大于参考点200周围的区域所覆盖的距离(该距离由刻度环201来符号化)，则该差异停止被显示；

·由于参考系与航向对齐并且由于路径是直线，所以与零差异相对应的符号通常在参考点200的后向直线上对齐(例如，参见图3)；以及

·只要尚未计算出新差异，时间顺序指示符就保持不变，并且每次计算新差异时，与新差异相对应的符号就被显示为具有时间顺序指示符“.”，而与较早差异相对应的符号中的每一者的时间顺序指示符则增加1。

船员因而可以看到他们是否可以信任卫星导航设备10，这是主导航设备，因为它是提供要遵循的航向的设备。

如果具有相同时间顺序指示符的所有差异都被显示在偏移位置(如适用于图2中的时间顺序指示符3)，则可以认为卫星导航设备10有故障。船员随后需要验证下一差异是否也偏移，并且如果是，则他们需要相应地调整导航。

在图3中，具有时间顺序指示符“3”的符号S1和S3被一起编组在参考点后的垂直线上，而具有时间顺序指示符“3”的符号S2偏移开：可以推断出雷达定位设备30当时发生故障。

在图4中，具有时间顺序指示符“3”的所有符号都是偏移的。具有时间顺序指示符“3”的符号S2和S3被叠加，而具有时间顺序指示符“3”的符号S1与另外两者偏移开：可以推断卫星定位设备10和惯性定位设备20在该时刻发生故障。应当观察到，由于符号S2和S3被叠加，所以分别由雷达定位设备30和天文定位设备40提供的两个位置彼此相对应：由卫星定位设备10提供并由天文定位设备40使用的时钟信号先验地是正确的。

在图5中，具有时间顺序指示符“3”的符号S1和S2向左偏移，而具有时间顺序指示符“3”的符号S3向右偏移。在此类情形中，可以认为分别由雷达定位设备30和惯性定位设备20提供的两个位置彼此相对应，并且由卫星定位设备10提供(也由天文定位设备40使用)的时钟信号发生故障。

电子控制单元1被编程成发出：

·当第一差异的值大于第一阈值且第二差异的值大于第二阈值时，发出第四警告；

·当第一差异的值大于第一阈值且第三差异的值大于第三阈值时，发出第五警告；

·当第一差异的值大于第一阈值，第二差异的值大于第二阈值，第三差异的值大于第三阈值时，发出第六警告(例如参见图2和5，其中具有时间顺序指示符3的符号全部偏移)。

电子控制单元1还被编程成：

·计算卫星定位设备10提供的时钟信号与惯性定位设备20提供的时钟信号之间的差；

·如果该差的绝对值大于第四阈值，则发出第七警告；以及

·在屏幕上显示表示两个时钟信号之差随时间的变化的曲线，以及对应于第四阈值的极值。

举例而言，第七警告可被用来打开屏幕50上的灯、船桥的控制面板和/或被列在船员可访问的报告中。

当然，本发明不限于所描述的实现，而是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。

具体而言，本发明可以与其他类型的定位设备一起使用。因此，交通工具可配备有光电搜索模块，该光电搜索模块包括计算机处理器电路，该计算机处理器电路连接到安装在由计算机处理器电路控制的指点部件上的光电图像传感器，以将光电图像传感器指向地标，以使得计算机处理器电路能够计算交通工具的当前位置。

本发明同样适用于配备有某一其他数目的定位设备的船舶，例如只有两个定位设备，诸如卫星定位设备和惯性定位设备。

参考系不必以航向为中心或在航向上对齐。

警告可被用于使得偏移的符号仅在只其对应于已经超过警告阈值的差异时才显示。

显示可以按与所描述的方式不同的方式来组织。

Claims

1.一种辅助至少装备有第一定位设备(10)和第二定位设备(20)的交通工具的导航的方法，所述方法包括以下步骤：

·在预定时刻，使所述交通工具的第一位置由所述第一定位设备确定，并使所述交通工具的第二位置由所述第二定位设备确定，并且计算在同一时刻每一第一位置和所述第二位置之间的第一差异的值；以及

·将所述第一差异的值与第一阈值相比较，并在所述第一差异的值大于所述第一阈值时发出第一警告；

所述方法还包括以下步骤：

·在所述交通工具的屏幕(50)上定义与根据最近的第一位置确定的所述交通工具的当前位置相对应的参考点还有围绕所述参考点的周围区域这两者，并以预定比例和在预定参考系中构成所述交通工具周围的空间的一部分的二维表示；以及

·通过将第一符号(S1)分配给每一第一差异并通过在所述屏幕上相对于所述参考点定位每一第一符号，同时将所述第一差异的值以及还有自计算所述第一差异的值以来所述交通工具行驶的路径这两者纳入考虑，来在所述屏幕上对所述第一差异进行符号化，所述第一符号设置有相应的时间顺序指示符。

2.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述周围区域的所述参考系的轴持续地对齐在所述交通工具所遵循的航向上。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述交通工具至少装备有第三定位设备(30，40)，所述方法包括以下步骤：

·在所述预定时刻，使所述交通工具的第三位置由所述第三定位设备确定，并且计算所述第一位置与所述第三位置之间的第二差异的值；以及

·将所述第二差异的值与第二阈值相比较，并在所述第二差异的值大于所述第二阈值时发出第二警告；

所述方法还包括以下步骤：

·通过将第二符号(S1)分配给每一第二差异并通过在所述屏幕上相对于所述参考点定位每一第二符号，同时将所述第二差异的值还有自计算所述第二差异的值以来所述交通工具行驶的路径这两者纳入考虑，来在所述屏幕(50)上对所述第二差异进行符号化，所述第二符号设置有相应的时间顺序指示符。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括在如下时间发出第三警告的步骤：所述第一差异的值大于所述第一阈值且所述第二差异的值大于所述第二阈值。

5.如权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三定位设备(40)是天文定位设备。

6.如权利要求3到5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第三定位设备是雷达定位设备(30)。

7.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一定位设备(10)包括用于接收和处理卫星信号的电子单元。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二定位设备(20)包括惯性导航单元。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一定位设备(10)和所述第二定位设备(20)提供相应时钟信号，并且所述方法包括计算所述时钟信号之间相对于彼此的差以及在所述差具有大于第三阈值的绝对值的情况下发出第四警告的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括在所述屏幕(50)上显示曲线连同与所述第三阈值相对应的极值的步骤，所述曲线表示所述时钟信号之间的所述差随时间的变化。

11.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括因变于所述第一差异的值来修改所述第一符号的外观的步骤。