CN113703026B - 用于飞行器的导航模式选择的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞行器的导航模式选择的方法，包括：选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源；从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置和内部实时计算获得的；从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号；基于导航信号获得伪距信息，其中该伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与飞行器之间的伪距和伪距率；基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中该GNSS导航信息包括对飞行器位置的第二估计；基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合，以获得飞行器的最终位置。还公开了用于飞行器的导航模式选择的系统。

Description

用于飞行器的导航模式选择的方法和系统

技术领域

本发明涉及飞行管理系统（Flight Management System，FMS）技术领域，具体涉及一种用于飞行器的导航模式选择的方法和系统。

背景技术

飞行管理系统FMS是一种辅助飞行员完成从起飞到着陆各项任务的机载航电系统，能够管理、监视和自动操纵飞机，实现飞机全航程的自动飞行。FMS能够通过机载自主导航传感器、陆基无线电导航系统和卫星导航系统，对飞机在空中所处的位置进行估计。目前FMS利用最为广泛的卫星导航系统是美国的GPS系统。

世界范围内建成并已经得到应用的全球导航卫星系统（Global NavigationSatellite System，GNSS）包括美国的GPS、中国的北斗卫星导航系统（BDS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）和欧洲的伽利略（GALILEO）。虽然GPS在全球范围应用最广，相关研究最为深入，但是BDS和GALILEO等GNSS源的研制开发充分考虑了GPS的优缺点，理论上在特定区域和条件下相比于GPS具备更好的导航精度及性能。而且，单一的卫星导航系统受限于星座规模，难以获得具备最佳精度和性能的导航定位。在某些特定区域和条件下，单一卫星导航源甚至难以满足导航定位要求。目前民用飞机FMS一般只支持基于GPS作为单一GNSS源的导航定位功能，一旦发生GPS信号质量下降、多路径效应、人为干扰以及信号中断等情况，飞机的定位精度将大大降低，飞行员的操作负担和压力将显著增大。如果错误的位置、速度数据用以直接计算引导指令，还将引发飞机非预期的机动。

随着越来越多的国家和地区通过各项政策和法规推行各自的卫星导航系统，FMS支持多种GNSS导航源也必将成为大势所趋。通过采用多种导航源的组合定位，可弥补单个星座可见星覆盖数量不足的缺陷，同时可在基于多个星座系统误差及几何布局综合解算，提升导航定位性能。此外，还可利用冗余的伪距信息值进行故障检测，提升系统完好性。

针对现有技术中采用单一GNSS源的不足，期望提供一种改进的用于飞行器的导航模式选择的方法和系统。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在标识出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以作为稍后给出的更详细描述之序言。

本发明提供了一种用于飞行器的导航模式选择的方法，包括：选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源；从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置和内部实时计算获得的；从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号；基于导航信号获得伪距信息，其中该伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与飞行器之间的伪距和伪距率；基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中该GNSS导航信息包括对飞行器位置的第二估计；基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合，以获得飞行器的最终位置。

在一些实施例中，选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源进一步包括：基于飞行器的当前位置信息来选择该多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

在一些实施例中，选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源包括基于以下GNSS源选择模式之一来进行选择：唯一选择模式：选择多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；优先选择模式：优先选择多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；自动优选模式：自动选择多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

在一些实施例中，该一个或多个GNSS源选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

在一些实施例中，基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合以获得飞行器的最终位置进一步包括：在第一导航模式中组合IRS导航信息和伪距信息以获得飞行器的第一位置；在第二导航模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息以获得飞行器的第二位置；选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置作为飞行器的最终位置。

在一些实施例中，选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置包括：基于第一导航模式和第二导航模式的精度或设置来选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置。

在一些实施例中，第一导航模式和第二导航模式是在同一软件架构下实现的。

在一些实施例中，伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示多个GNSS源的类型数目，并且其中，在第一导航模式中组合IRS导航信息和伪距信息包括：选择伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率；对所选择的伪距和伪距率以及IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得第一位置。

在一些实施例中，在第二导航模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息包括：比较GNSS导航信息的精度与完好性；基于该比较来选择该GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息；对所选择的GNSS导航信息和IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得第二位置。

本发明还提供了一种用于飞行器的导航模式选择的系统，包括：GNSS源选择模块，其被配置成：选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源；获取模块，其被配置成：从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置内部实时计算获得的；从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号；位置计算模块，其被配置成：基于导航信号获得伪距信息，其中该伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与飞行器之间的伪距和伪距率；基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中该GNSS导航信息包括对飞行器位置的第二估计；基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合，以获得飞行器的最终位置。

在一些实施例中，GNSS源选择模块被进一步配置成：基于飞行器的当前位置信息来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

在一些实施例中，GNSS源选择模块被进一步配置成基于以下GNSS源选择模式之一来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源：唯一选择模式：选择多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；优先选择模式：优先选择多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；自动优选模式：自动选择多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

在一些实施例中，该一个或多个GNSS源选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

在一些实施例中，位置计算模块进一步包括：第一导航模式模块，其被配置成在第一导航模式中组合IRS导航信息和伪距信息以获得飞行器的第一位置；第二导航模式模块，其被配置成在第二导航模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息以获得飞行器的第二位置；以及选择模块，其被配置成选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置作为飞行器的最终位置。

在一些实施例中，选择模块被进一步配置成：基于第一导航模式和第二导航模式的精度或设置来选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置。

在一些实施例中，第一导航模式和第二导航模式是在同一软件架构下实现的。

在一些实施例中，伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示GNSS源的类型数目，并且其中，第一导航模式模块被进一步配置成：选择伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率；对所选择的伪距和伪距率以及IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得第一位置。

在一些实施例中，第二导航模式模块被进一步配置成：比较GNSS导航信息的精度与完好性；基于该比较来选择GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息；对所选择的GNSS导航信息和IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得第二位置。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储用于飞行器的导航模式选择的计算机程序，该计算机程序能被处理器执行以执行前述用于飞行器的导航模式选择的方法。

本公开的技术方案从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，基于从所选择的一个或多个GNSS源接收的导航信号获得伪距信息和GNSS导航信息，在第一导航模式和第二导航模式中基于上述信息分别获得飞行器的第一位置和第二位置，并选择其中一种导航模式的位置作为飞行器的最终位置，使得最终得到的飞行器位置精度更高、导航性能更优。

附图说明

结合附图理解下面阐述的详细描述时，本发明的特征、本质和优点将变得更加明显。在附图中，相同附图标记始终作相应标识。要注意，所描述的附图只是示意性的并且是非限制性的。在附图中，一些部件的尺寸可放大并且出于解说性的目的不按比例绘制。

图1示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的系统的功能架构图。

图2示出了本发明的深度混合模式的示例性流程图。

图3示出了本发明的优选融合模式的示例性流程图。

图4示出了本发明的示例性FMS交互式显示界面。

图5示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的方法的流程图。

图6示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的系统的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明进一步详细说明。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所描述的实施例。在其它示例性实施例中，没有详细描述公知的结构，以避免不必要地模糊本公开的概念。应当理解，本文所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。同时，在不冲突的情况下，实施例所描述的各个方面可以任意组合。

基于单一GNSS源（例如，GPS）的定位容易受到干扰，从而影响定位精度和可靠性。因此，有必要在GPS基础上，进一步扩展BDS、GLONASS和GALILEO的导航功能，综合利用多种GNSS源，实现精度更优、更加可靠的定位。

本发明提供了一种改进的用于飞行器的导航模式选择的方法和系统，解决常规定位方法的不足，实现更高精度、更可靠的定位。

图1示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的系统100的功能架构图。

为了便于解说，图1示出了GPS和BDS两种GNSS源。但应理解，本发明的技术方案可适用于包括GPS、BDS、GLONASS和GALILEO在内的现有GNSS源以及未来可能建立完成的新GNSS源。

如图1所示，系统100可以对GNSS源进行选择。具体而言，本发明提出了如下三种GNSS源选择模式：（1）唯一选择模式：选择多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；（2）优先选择模式：优先选择多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；（3）自动优选模式：自动选择多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

在存在GPS和BDS两种GNSS源的实施例中，上述GNSS源选择模式可以进一步细分为以下五种模式（图中未示出）：（1）只选择GPS模式：只选择GPS作为唯一的GNSS源，并且当GPS不可用时，直接向飞行员告警而不会自动切换为BDS，仅当经过飞行员确认后才允许采用BDS作为GNSS源；（2）只选择BDS模式：只选择BDS作为唯一的GNSS源，并且当BDS不可用时，直接向飞行员告警而不会自动切换为GPS，仅当经过飞行员确认后才允许采用GPS作为GNSS源；（3）优先选择GPS模式：优先选择GPS作为GNSS源，并且当GPS不可用时，自动切换为BDS而无需经过飞行员确认；（4）优先选择BDS模式：优先选择BDS作为GNSS源，并且当BDS不可用时，自动切换为GPS而无需经过飞行员确认；（5）自动优选模式：自动选择GPS和BDS中性能较优的一个或多个GNSS源。

在默认情况下，系统100采用“自动优选模式”来选择GNSS源。在自动优选模式下，系统100可以基于飞行器的当前位置信息来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。在一些实施例中，可以将不同地理位置信息与GNSS源的对应选择关系存储在数据库中，并且系统100可以通过查询该数据库来选择合适的GNSS源。在替换实施例中，可以预设GNSS源选择规则，该规则规定处于特定地理位置的飞行器将选择一个或多个特定的GNSS源。在此类实施例中，系统100可以通过该预设规则来选择GNSS源。另外，飞行员也可以通过FMS交互式显示界面手动选择上述模式之一（例如，通过在界面上输入人机交互信息）。应注意，飞行员的手动选择具有最高优先级。

为了获得飞行器的位置，系统100需要从惯性基准系统（Inertial ReferenceSystem，IRS）获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置和内部实时计算获得的。具体而言，IRS导航信息包括基于惯性基准系统获得的飞行器位置和速度。另外，系统100还从GPS接收机和BDS接收机获取相应的导航信号。

在获取上述信息之后，系统100基于这些信息和信号来进行位置计算。系统100可以基于导航信号获得伪距信息，并基于伪距信息获得GNSS导航信息。具体而言，伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与飞行器之间的伪距和伪距率，GNSS导航信息包括基于GNSS源获得的飞行器位置和速度。

随后，系统100可以基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合来获得飞行器的位置。在本发明中，可以在两种导航模式中组合上述信息：深度混合模式（在本文中也称为“第一导航模式”）和优选融合模式（在本文中也称为“第二导航模式”）。具体而言，可以在深度混合模式中组合IRS导航信息和伪距信息以获得飞行器的第一位置，同时可以在优选融合模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息以获得飞行器的第二位置。关于深度混合模式和优选融合模式的详细过程将在图2和图3中解说。

系统100接着可以对深度混合模式和优选融合模式进行比较和选择。例如，可以基于深度混合模式和优选融合模式的精度或设置来选择深度混合模式的第一位置或优选融合模式的第二位置作为飞行器的最终位置。优选地，可以对第一位置和第二位置的相关联导航性能进行比较，并基于比较结果来选择第一位置和第二位置中导航性能较优的位置作为飞行器的最终位置以供输出和显示。

例如，可以将飞行器的最终位置输出到FMS导引功能模块以实现FMS自动引导功能。同时，也可以将飞行器的最终位置显示在FMS交互式显示界面上，以向飞行员提供相关信息。

飞行员可以查看FMS交互式显示界面上的信息以作为参考，还可以通过FMS交互式显示界面来选择GNSS源。

图2示出了本发明的深度混合模式的示例性流程图200。其中虚线框中的步骤表示可任选的步骤。为了便于解说，图2示出了GPS和BDS两种GNSS源。

在202，从GPS和BDS中的每一者接收导航信号。具体而言，由飞行器上的GPS接收机从GPS卫星接收GPS导航信号，由飞行器上的BDS接收机从BDS卫星接收BDS导航信号。

在204，基于导航信号获得伪距信息，其中伪距信息包括接收机（即飞行器）与GNSS源之间的伪距和伪距率。

例如，GPS接收机可以从GPS卫星接收导航信号。假设GPS卫星和GPS接收机处于同一时间系统，则可以知道导航信号从GPS卫星传播到GPS接收机的传播时长，从而根据无线电波传输速度计算出传输距离，即伪距，进而计算出伪距率。BDS接收机与BDS卫星之间的伪距和伪距率可以按相同方式获得。

为了计算飞行器位置，需要使用3个伪距来定位空间坐标。同时，由于系统时间可能存在一定误差，因此需要引入与时间有关的变量用于校准，相应地需要针对每种GNSS源增加一颗卫星及其伪距。由此，伪距信息中的伪距总数需要大于或等于N+3，其中N表示GNSS源的类型数目。同样地，伪距率的总数也需要大于或等于N+3。在存在GPS和BDS两种类型的GNSS源（N=2）的情况下，伪距总数和伪距率总数均需要大于或等于5。

在206，对GPS和BDS的伪距信息进行信息统一化。由于不同GNSS源可能采用不同的地理坐标系和导航性能定义，它们的信息也许无法直接进行组合使用。因此需要对基于不同GNSS源的伪距信息进行信息统一化以使其化归到相同的坐标系和性能定义。

在208，判断GNSS源选择模式是否为“自动优选模式”。如果为“自动优选模式”（在208处为“是”），则自动选择GPS和BDS中性能较优的一个或多个GNSS源的伪距信息（210）。

在各个实施例中，可以选择该一个或多个GNSS源的所有伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率，其中N表示该一个或多个GNSS源的类型数目。例如，在选择GPS和BDS这两种GNSS源的情况下，可以选择所有伪距信息中的5个伪距和5个伪距率，其中3个伪距用于空间定位，2个伪距用于校准GPS和BGS源。在优选实施例中，可以选择所有伪距信息中性能最优的5个伪距（例如，具有最优的三维位置精度因子（PDOP）的5个伪距）和5个伪距率。在不同实施例中，也可以采用不同标准来选择伪距信息，或者选择不同数目的伪距信息（例如，大于5个）。

如果GNSS源选择模式不是“自动优选模式”（在208处为“否”），则在212判断GNSS源选择模式是否为“优先选择模式”。如果为“优先选择模式”（在212处为“是”），则优先选择GPS和BDS中的一者的伪距信息（214）。

在优先选择GPS的情况下，可以优先选择GPS的伪距信息中的4个伪距（3个伪距用于空间定位，1个伪距用于校准GPS源）和4个伪距率。当GPS不可用时，可以自动切换为选择BDS的伪距信息。

类似地，在优选选择BDS的情况下，可以优先选择BDS的伪距信息中的4个伪距和4个伪距率。当BDS不可用时，可以自动切换为选择GPS的伪距信息。

如果GNSS源选择模式不是“优先选择模式”（在212处为“否”），则在216判断GNSS源选择模式是否为“唯一选择模式”。如果为“唯一选择模式”（在216处为“是”），则选择GPS和BDS中的仅一者的伪距信息（218）。

在只选择GPS的情况下，可以选择GPS的伪距信息中的4个伪距（3个伪距用于空间定位，1个伪距用于校准GPS源）和4个伪距率。当GPS不可用时，向飞行器发出告警信息而不会自动切换为选择BDS的伪距信息。

类似地，在只选择BDS的情况下，可以选择BDS的伪距信息中的4个伪距和4个伪距率。当BDS不可用时，向飞行器发出告警信息而不会自动切换为选择GPS的伪距信息。

在获得所需的伪距信息之后，方法200行进至220。在220，对所选择的伪距信息（即，所选择的伪距和伪距率）和（从IRS获取的）IRS导航信息（即，基于IRS获得的飞行器位置和速度）执行紧组合卡尔曼滤波以获得飞行器的第一位置，其中该第一位置具有相关联的导航性能。

在222，输出该第一位置。

图2的深度混合模式采用了伪距信息和紧组合卡尔曼滤波，算法复杂，计算量大，但是定位精度更高，定位可靠性更强。

图3示出了本发明的优选融合模式的示例性流程图300。其中虚线框中的步骤表示可任选的步骤。为了便于解说，图3示出了GPS和BDS两种GNSS源。

在302，从GPS和BDS中的每一者接收导航信号，类似于图2中的202。

在304，基于导航信号获得伪距信息，类似于图2中的204。

在306，基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中GNSS导航信息包括基于GNSS源获得的飞行器位置和速度。

对于GPS源，GPS接收机从三个GPS卫星接收到导航信号，即可获得三个伪距信息。基于这三个GPS卫星的已知位置，可以在空间构建一个以GPS接收机为顶点的三棱锥，用以计算接收机的三维坐标xyz（即，飞行器的空间位置）。可以按类似方式获得基于BDS源的GNSS导航信息。

在308，对GNSS导航信息进行信息统一化。具体而言，对基于GPS源的GNSS导航信息和基于BDS源的GNSS导航信息进行统一化以使其化归到相同的坐标系和性能定义。

在310，判断GNSS源选择模式是否为“自动优选模式”。如果为“自动优选模式”（在310处为“是”），则自动选择GPS和BDS中性能较优的一个或多个GNSS源的GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息（312）。在优选实施例中，可以比较GNSS导航信息的精度与完好性，并基于该比较来选择导航性能最优的一个GNSS导航信息。在其他实施例中，也可以基于其他因素来选择其中一个GNSS导航信息。

如果GNSS源选择模式不是“自动优选模式”（在310处为“否”），则在314判断GNSS源选择模式是否为“优先选择模式”。如果为“优先选择模式”（在314处为“是”），则优先选择GPS和BDS中的一者的GNSS导航信息（316）。

在优先选择GPS的情况下，优先选择GPS的GNSS导航信息。当GPS不可用时，可以自动切换为选择BDS的GNSS导航信息。

类似地，在优先选择BDS的情况下，优先选择BDS的GNSS导航信息。当BDS不可用时，可以自动切换为选择GPS的GNSS导航信息。

如果GNSS源选择模式不是“优先选择模式”（在314处为“否”），则在318判断GNSS源选择模式是否为“唯一选择模式”。如果为“唯一选择模式”（在318处为“是”），则选择GPS和BDS中的仅一者的GNSS导航信息（320）。

在只选择GPS的情况下，选择GPS的GNSS导航信息。当GPS不可用时，向飞行器发出告警信息而不会自动切换为选择BDS的GNSS导航信息。

类似地，在只选择BDS的情况下，选择BDS的GNSS导航信息。当BDS不可用时，向飞行器发出告警信息而不会自动切换为选择GPS的GNSS导航信息。

在获得所需的GNSS导航信息之后，方法300行进至322。在322，对所选择的GNSS导航信息（即，基于GNSS源获得的飞行器位置和速度）和（从IRS获取的）IRS导航信息（即，基于IRS获得的飞行器位置和速度）执行松组合卡尔曼滤波以获得飞行器的第二位置，其中该第二位置具有相关联的导航性能。

在324，输出该第二位置。

图3的优选融合模式采用基于GNSS源的GNSS导航信息和松组合卡尔曼滤波，算法相对简单，抗干扰能力有限，定位精度低，但是能够进一步扩展陆基无线电导航信息，形成综合IRS、GNSS和陆基无线电导航的FMS位置计算。

图4示出了本发明的示例性FMS交互式显示界面400。

FMS交互式显示界面400的上半部分示出了四类GNSS数据，分别为：

GPS：假定GPS作为单一GNSS源的情况下，预计的飞行器位置和相关联导航性能；

BDS：假定BDS作为单一GNSS源的情况下，预计的飞行器位置和相关联导航性能；

MODE 1：假定GPS和BDS源作为GNSS源的情况下，在深度混合模式（图中示为“MODE1”）下预计的飞行器位置和相关联导航性能；

MODE 2：假定GPS和BDS源作为GNSS源的情况下，在优选融合模式（图中示为“MODE2”）下预计的飞行器位置和相关联导航性能。

位置信息以统一的经纬度形式在“Position”栏给出，导航性能以实际导航性能（ANP）的形式，以海里为单位，在“Perf”栏给出。

应注意，上述信息是系统在假定不同GNSS源和不同导航模式下预计的飞行器位置，并非飞行器的实际位置。这些信息主要起参考作用（例如供飞行员在选择GNSS源时作为参考）。

FMS交互式显示界面400的下半部分为GNSS源选择界面，包括自动优选模式（图中示为“AUTO”）、GPS（图中示为“GPS”）和BDS（图中示为“BDS”）。在选择“GPS”选项的情况下，界面400可以进一步显示“GPS优先”和“GPS唯一”的子选项；在选择“BDS”选项的情况下，界面400可以进一步显示“BDS优先”和“BDS唯一”的子选项，从而对应于前文述及的“优先选择模式”和“唯一选择模式”。为清晰起见，图中未示出上述子选项。

默认情况下，系统采用自动优选模式（AUTO）。另外，飞行员可以手动选择特定的GNSS源。应注意，在任一时刻，“AUTO”、“GPS优先”、“GPS唯一”、“BDS优先”和“BDS唯一”中只有一个能被选中。

在选中一个特定的GNSS源选择模式后，在相应字段之后自动更新和显示相应的飞行器位置和相关联导航性能，供飞行员知悉和参考。

如果GNSS源选择模式由飞行员人为进行选择，则飞行员在手动选择一种GNSS源选择模式（例如，通过点选界面上的图标）之后，需要点击执行按键（EXEC）使选择生效。

应注意，图4的FMS交互式显示界面400仅是示例性的。在不同实现中，可以采用不同的界面来显示图4中的各项信息。例如，在一些实现中，可以在界面上同时显示“AUTO”、“GPS优先”、“GPS唯一”、“BDS优先”和“BDS唯一”五个选项。

图5示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的方法500的流程图。

方法500开始于502。在502，选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

该一个或多个GNSS源可以选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

在一些实施例中，可以基于飞行器的当前位置信息来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

在504，从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置和内部实时计算获得的。

在506，从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号。

在508，基于导航信号获得伪距信息，其中该伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与飞行器之间的伪距和伪距率。

在各个实施例中，伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示GNSS源的类型数目。

在510，基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中该GNSS导航信息包括对飞行器位置的第二估计。

在512，基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合，以获得飞行器的最终位置。

具体而言，可以在第一导航模式中组合IRS导航信息和伪距信息以获得飞行器的第一位置。优选地，可以选择伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率，并对所选择的伪距和伪距率以及IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得第一位置。同时，可以在第二导航模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息以获得飞行器的第二位置。优选地，可以比较GNSS导航信息的精度和完好性，基于该比较来选择这些GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息，并对所选择的GNSS导航信息和IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得第二位置。

在优选实施例中，可以基于第一导航模式和第二导航模式的精度或设置来选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置作为飞行器的最终位置。

本发明的方法通过采用来自多种GNSS源的信息，利用基于伪距信息的深度混合模式和基于GNSS导航信息的优选融合模式，生成精度更高、导航性能更优的飞行器位置，实现了多种GNSS源的组合定位，提高了定位精度和可靠性。

尽管出于简化的目的以特定次序描述了方法500的各步骤，但应理解，这些步骤的次序是示例性的而非限制性的。在一些实施例中，可以按不同次序来执行方法500的各步骤。例如，虽然图5中将从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息的步骤（504）示为发生在获得伪距信息和GNSS导航信息的步骤（508和510）之前，但在其他实施例中，从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息的步骤可以发生在获得伪距信息和GNSS导航信息的步骤之后。在另外的实施例中，从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息的步骤也可以与获得伪距信息和GNSS导航信息的步骤并行发生。

图6示出了本发明的用于飞行器的导航模式选择的系统600的框图。其中虚线框中的模块表示可任选的模块。

如图6所示，系统600可以包括GNSS源选择模块602、获取模块604、位置计算模块606、输出模块608、显示模块610。这些模块中的每一者可在一条或多条总线612上直接或间接地彼此连接或通信。

在本发明的各实施例中，GNSS源选择模块602可被配置成：选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。在一些实施例中，该一个或多个GNSS源选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

在一些实施例中，GNSS源选择模块602还可被配置成：基于飞行器的当前位置信息来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

在一些实施例中，GNSS源选择模块602还可被配置成基于以下GNSS源选择模式之一来选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源：唯一选择模式：选择多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；优先选择模式：优先选择多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；自动优选模式：自动选择多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

获取模块604可被配置成：从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中该IRS导航信息包括对飞行器位置的第一估计并且是由惯性基准系统基于飞行器的初始位置和内部实时计算获得的；从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号。

位置计算模块606可被配置成：基于导航信号获得伪距信息，其中该伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与所述飞行器之间的伪距和伪距率；基于伪距信息获得GNSS导航信息，其中该GNSS导航信息包括对飞行器位置的第二估计；基于所选择的一个或多个GNSS源的伪距信息或GNSS导航信息与IRS导航信息组合，以获得飞行器的最终位置。

输出模块608可被配置成输出飞行器的最终位置。例如，可以将飞行器的最终位置输出到FMS导引功能模块（图6中未示出）以实现FMS自动引导功能。

显示模块610可被配置成显示飞行器的最终位置。例如，可以在FMS交互式显示界面（例如，图4中的400）上显示飞行器的最终位置，以向飞行员提供相关信息作为参考。

如图所示，位置计算模块606可进一步包括第一导航模式模块614、第二导航模式模块616、选择模块618。

第一导航模式模块614可被配置成：在第一导航模式中组合IRS导航信息和伪距信息以获得飞行器的第一位置。

在一些实施例中，伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示GNSS源的类型数目，并且第一导航模式模块614可被进一步配置成：选择伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率；对所选择的伪距和伪距率以及IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得第一位置。

第二导航模式模块616可被配置成：在第二导航模式中组合IRS导航信息和GNSS导航信息以获得飞行器的第二位置。

在一些实施例中，第二导航模式模块616可被进一步配置成：比较GNSS导航信息的精度与完好性；基于该比较来选择GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息；对所选择的GNSS导航信息和IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得第二位置。

选择模块618可被配置成：选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置作为飞行器的最终位置。

在一些实施例中，选择模块618可被进一步配置成：基于第一导航模式和第二导航模式的精度或设置来选择第一导航模式的第一位置或第二导航模式的第二位置。

在优选实施例中，第一导航模式和第二导航模式是在同一软件架构下实现的。在同一软件架构下实现第一导航模式和第二导航模式能够同时使用和选择GNSS导航信息的底层伪距信息和上层位置信息，从而提高导航信息的可用性和选择的同步性。

应理解，图6仅示出了用于飞行器的导航模式选择的系统的一个示例性结构。在其他示例中，可以按不同方式来实现本发明的系统。例如，可以添加或省略一个或多个模块，或者多个模块可以被合并或集成。例如，第一导航模式模块和第二导航模式模块可以合并成单个模块。

本发明的系统通过采用来自多种GNSS源的信息，利用基于伪距信息的深度混合模式和基于GNSS导航信息的优选融合模式，生成精度更高、导航性能更优的FMS位置，实现了多种GNSS源的组合定位，提高了定位精度和可靠性。

以上结合附图阐述的详细说明描述了示例而不代表可被实现或者落在权利要求的范围内的所有示例。术语“示例”和“示例性”在本说明书中使用时意指“用作示例、实例或解说”，并不意指“优于或胜过其它示例”。

贯穿本说明书引述的“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性是包含在本发明的至少一个实施例中的。因此，这些短语的使用可以不仅仅指代一个实施例。此外，所描述的特征，结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

提供之前的描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。对这些方面的各种修改将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示的方面，而是应被授予与语言上的权利要求相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述除非特别声明，否则并非旨在表示“有且仅有一个”，而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。本发明通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。

还应注意，这些实施例可能是作为被描绘为流程图、流图、结构图、或框图的过程来描述的。尽管流程图可能会把诸操作描述为顺序过程，但是这些操作中有许多操作能够并行或并发地执行。另外，这些操作的次序可被重新安排。

虽然已经说明和描述了各种实施例，但是应该理解，实施例不限于上述精确配置和组件。可以在本文公开的设备的布置、操作和细节上作出对本领域技术人员显而易见的各种修改、替换和改进而不脱离权利要求的范围。

Claims (17)

1.一种用于飞行器的导航模式选择的方法，包括：

选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源；

从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中所述IRS导航信息包括对所述飞行器位置的第一估计并且是由所述惯性基准系统基于所述飞行器的初始位置和内部实时计算获得的；

从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号；

基于所述导航信号获得伪距信息，其中所述伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与所述飞行器之间的伪距和伪距率；

基于所述伪距信息获得GNSS导航信息，其中所述GNSS导航信息包括对所述飞行器位置的第二估计；

基于所选择的一个或多个GNSS源的所述伪距信息或所述GNSS导航信息与所述IRS导航信息组合，以获得所述飞行器的最终位置，

其中，选择所述多个GNSS源中的一个或多个GNSS源包括基于以下GNSS源选择模式之一来进行选择：

唯一选择模式：选择所述多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；

优先选择模式：优先选择所述多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；

自动优选模式：自动选择所述多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源进一步包括：基于所述飞行器的当前位置信息来选择所述多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个GNSS源选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所选择的一个或多个GNSS源的所述伪距信息或所述GNSS导航信息与所述IRS导航信息组合以获得所述飞行器的最终位置进一步包括：

在第一导航模式中组合所述IRS导航信息和所述伪距信息以获得所述飞行器的第一位置；

在第二导航模式中组合所述IRS导航信息和所述GNSS导航信息以获得所述飞行器的第二位置；

选择所述第一导航模式的第一位置或所述第二导航模式的第二位置作为所述飞行器的最终位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，选择所述第一导航模式的第一位置或所述第二导航模式的第二位置包括：

基于所述第一导航模式和所述第二导航模式的精度或设置来选择所述第一导航模式的第一位置或所述第二导航模式的第二位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一导航模式和所述第二导航模式是在同一软件架构下实现的。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示所述多个GNSS源的类型数目，并且其中，在第一导航模式中组合所述IRS导航信息和所述伪距信息包括：

选择所述伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率；

对所选择的伪距和伪距率以及所述IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得所述第一位置。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在第二导航模式中组合所述IRS导航信息和所述GNSS导航信息包括：

比较所述GNSS导航信息的精度与完好性；

基于所述比较来选择所述GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息；

对所选择的GNSS导航信息和所述IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得所述第二位置。

9.一种用于飞行器的导航模式选择的系统，包括：

GNSS源选择模块，其被配置成：

选择多个GNSS源中的一个或多个GNSS源；

获取模块，其被配置成：

从惯性基准系统IRS获取IRS导航信息，其中所述IRS导航信息包括对所述飞行器位置的第一估计并且是由所述惯性基准系统基于所述飞行器的初始位置内部实时计算获得的；

从所选择的一个或多个GNSS源接收导航信号；

位置计算模块，其被配置成：

基于所述导航信号获得伪距信息，其中所述伪距信息包括所选择的一个或多个GNSS源与所述飞行器之间的伪距和伪距率；

基于所述伪距信息获得GNSS导航信息，其中所述GNSS导航信息包括对所述飞行器位置的第二估计；

基于所选择的一个或多个GNSS源的所述伪距信息或所述GNSS导航信息与所述IRS导航信息组合，以获得所述飞行器的最终位置，

其中，所述GNSS源选择模块被进一步配置成基于以下GNSS源选择模式之一来选择所述多个GNSS源中的一个或多个GNSS源：

唯一选择模式：选择所述多个GNSS源中的仅一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时发出告警信息而不会自动切换为另一可用的GNSS源；

优先选择模式：优先选择所述多个GNSS源中的一个GNSS源，并且当所选择的一个GNSS源不可用时自动切换为另一可用的GNSS源；

自动优选模式：自动选择所述多个GNSS源中性能较优的一个或多个GNSS源。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述GNSS源选择模块被进一步配置成：基于所述飞行器的当前位置信息来选择所述多个GNSS源中的一个或多个GNSS源。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述一个或多个GNSS源选自以下卫星导航源：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统BDS、格洛纳斯GLONASS、伽利略GALILEO。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述位置计算模块进一步包括：

第一导航模式模块，其被配置成在第一导航模式中组合所述IRS导航信息和所述伪距信息以获得所述飞行器的第一位置；

第二导航模式模块，其被配置成在第二导航模式中组合所述IRS导航信息和所述GNSS导航信息以获得所述飞行器的第二位置；以及

选择模块，其被配置成选择所述第一导航模式的第一位置或所述第二导航模式的第二位置作为所述飞行器的最终位置。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述选择模块被进一步配置成：基于所述第一导航模式和所述第二导航模式的精度或设置来选择所述第一导航模式的第一位置或所述第二导航模式的第二位置。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一导航模式和所述第二导航模式是在同一软件架构下实现的。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述伪距信息中的伪距总数和伪距率总数均大于或等于N+3，其中N表示所述GNSS源的类型数目，并且其中，所述第一导航模式模块被进一步配置成：

选择所述伪距信息中的N+3个伪距和N+3个伪距率；

对所选择的伪距和伪距率以及所述IRS导航信息执行紧组合卡尔曼滤波算法以获得所述第一位置。

16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二导航模式模块被进一步配置成：

比较所述GNSS导航信息的精度与完好性；

基于所述比较来选择所述GNSS导航信息中的一个GNSS导航信息；

对所选择的GNSS导航信息和所述IRS导航信息执行松组合卡尔曼滤波算法以获得所述第二位置。

17.一种计算机可读存储介质，其存储用于飞行器的导航模式选择的计算机程序，所述计算机程序能被处理器执行以执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。

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