JP5258362B2 - パリティロジックを使用する慣性測定装置の故障検出、分離、再構成 - Google Patents
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Description
図2は、ビークル20の二重耐故障性アビオニクスシステム51の一実施形態を表すブロック図である。ビークル20内に示す二重耐故障性アビオニクスシステム51は、ビークル・マスタ・コンピュータ201、4つの非耐故障性慣性測定装置300(A〜D)、及びバックアップ非耐故障性慣性測定装置315−Aを備える。非耐故障性慣性測定装置300(A〜D)は、本明細書において、「慣性測定装置300(A〜D)」とも呼ばれる。
図3は、ビークル20の二重耐故障性アビオニクスシステム52の一実施形態を表すブロック図である。ビークル20内に示す二重耐故障性アビオニクスシステム52は、ビークル・マスタ・コンピュータ202、4つの非耐故障性慣性測定装置400(A〜D)、及びバックアップ非耐故障性慣性測定装置415−Aを備える。非耐故障性慣性測定装置400(A〜D)は、本明細書において、「慣性測定装置400(A〜D)」とも呼ばれる。
図4は、ビークル20の単一耐故障性アビオニクスシステム55の一実施形態を表すブロック図である。単一耐故障性アビオニクスシステム55は、3つの非耐故障性慣性測定装置400しかないという点で、図3の二重耐故障性アビオニクスシステム52と異なる。コンピュータ実行可能命令235は、プログラマブルプロセッサ210によって実施されて、慣性測定装置400(A〜C)の故障を判断する。故障が、単一耐故障性アビオニクスシステム55の慣性測定装置400のうちの1つで検出されると、プログラマブルプロセッサ210は、バックアップ慣性測定装置415−Aを自動的に使用して、慣性測定装置400の上記説明から理解されるように、慣性測定装置400の機能を監視する。
jが3〜4の値を含み、
ここで、V3,3:=√((W3,3)−(V1,3)2−(V2,3)2)であるため、
jが4に等しい場合、
ステップ512において、ビークル20が移動し、また慣性測定装置が連続監視される際に、パリティベクトルの大きさの二乗が動的に計算される。パリティチェック中、パリティベクトルの大きさの二乗が閾値と比較される。したがって、慣性測定装置がデータをプログラマブルプロセッサに送ると、プログラマブルプロセッサは計算を実行して、パリティベクトルの大きさの二乗及び測定値の大きさの二乗の閾値を求め、それから、これらを互いに比較して、慣性測定装置のうちの1つが故障したか否か又は性能低下しているか否かを判断する。
式(22)を式(23)に代入すると、
式(24)を展開し、次元δ2の項を無視し、且つfMi T・δfMi=δfMi T・fMiであることに留意することによって、
パリティベクトルは、系統的誤差(例えば、バイアス誤差、倍率誤差、及び非オーソオーソガリティ(non-orthothogality))がないと仮定し、且つパリティベクトルの要素がゼロ平均のランダム分散白色雑音を有すると仮定して形成される。
式(26)は、
右側の第1項がゼロである(パリティ係数行列に真の(truth)感知加速度二乗を乗算したもの)ことに留意する。これは誤差:
表記をコンパクトにするために、式(28)は、右側の最後の項の数量が取付枠の座標で表現されることを理解して、式(29)として書き換えられる。4つの個々の3つ組(例えば、110(A〜D))があり、また各慣性測定装置100(A〜D)からのスカラー測定値(感知測定値二乗)を使用して作業すると、取付枠は、個々の各慣性測定装置に関連する取付枠であると解釈される。
故障検出関数は、パリティベクトルの内積である。
ステップ514において、測定値の大きさの二乗の閾値は動的に計算されて、慣性測定装置が故障したか、又は性能低下しているか否かを判断する。閾値を動的に計算するためにプログラマブルプロセッサによって実行されるアルゴリズムは、本明細書では、加速度計の場合で示される。ジャイロも、示されていないが、本明細書を読むことに基づいて当業者が理解可能な同様の展開を有する。
式(30)を式(32)に代入して展開し、且つ慣性測定装置100(A〜D)の誤差が相関しないと仮定すると、
式の形を見るために、式(33)の右側の期待値項のうちの1つを展開させる。式(34):
式(34)を展開し、期待値をとり、直交取付枠誤差が互いに相関しないと仮定すると、
慣性測定装置100(B〜D)に対しても同様である。
式(37)は、感知加速度の誤差の実際の値が書き出されたときに、式(38)を形成するように展開される。式(38)は、感知加速度からの期待値であり、それぞれ(σVRO)/(Δt)及び(σVRW 2)/(Δt)と表される速度読み出し雑音及び速度酔歩を含む。
上記で示す式の展開は、フィルタリングされていないパリティベクトルデータ及びフィルタリングされているパリティベクトルデータに適用される。フィルタリングされているパリティデータの場合、対応する閾値は、時間的にコヒーレントであるように、パリティベクトルと同じようにフィルタリングされる。各慣性測定装置(例えば、100(1〜4)の性能が、式(40)に基づいてランク付けされる。最小シータ角度(θi)は、パリティベクトルがある方向を示す。この方向は、最低性能の慣性測定装置を識別する。逆に、最大角度は、最高性能の慣性測定装置の方向を示す。
本明細書において説明した方法及び技法は、デジタル電子回路に実装してもよく、又はプログラマブルプロセッサ(例えば、特定用途向けプロセッサ又はコンピュータ等の汎用プロセッサ)を使用してファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせで実施してもよい。これらの技法を具現する装置は、適切な入出力装置、プログラマブルプロセッサ、及びプログラマブルプロセッサが実行するプログラム命令を実体的に具現する記憶媒体を含み得る。これらの技法を具現するプロセスは、入力データに対して動作し、適切な出力を生成することによって、プログラムになった命令を実行して所望の機能を実行するプログラマブルプロセッサによって実行することができる。これらの技法は、データ及び命令をデータ記憶システムと送受信するように結合される少なくとも1つのプログラマブルプロセッサ、データ記憶システム、少なくとも1つの入力装置、並びに少なくとも1つの出力装置を備えるプログラマブルシステムで実行可能な1つ又は複数のプログラムで有利に実装することができる。一般に、プロセッサは、命令及びデータを読み取り専用メモリ及び/又はランダムアクセスメモリから受け取る。
Claims (3)
- ビークル(20)において耐故障性アビオニクスアーキテクチャを実装する方法であって、
パリティチェック中に、少なくとも1つの3つ組センサ(110)をそれぞれ備える少なくとも3つの非耐故障性慣性測定装置(100)の機能を監視するためにパリティロジックを使用するステップ、
パリティチェック中に、期待される慣性測定装置の性能から閾値を計算するステップ、及び
前記計算された閾値に基づいて慣性測定装置の故障が検出される場合、パリティ空間でのパリティベクトルの方向に基づいて該故障している慣性測定装置を識別するステップ
を含む、方法。 - 前記少なくとも3つの慣性測定装置(100)は4つの慣性測定装置を備え、該方法は、
前記故障の検出に応答して、前記故障している慣性測定装置の動作を一時停止させるステップ、及び
前記故障の検出に応答して、3つの完全に機能している動作中の慣性測定装置を動作させて、前記ビークルを追跡するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 少なくとも3つの非耐故障性慣性測定装置(100)の機能を監視するためにパリティロジックを使用するステップは、
前記慣性測定装置から加速度、速度、並びに速度及び加速度の両方のうちの1つの測定値を示す情報を受信するステップ、
測定値を示す前記受信した情報の大きさの二乗に基づいて測定値ベクトルを形成するステップであって、該測定値ベクトルは、加速度ベクトル、速度ベクトル、並びに速度ベクトル及び加速度ベクトルの両方のうちの1つである、形成するステップ、
測定値空間内の前記測定値ベクトルを、前記測定値空間に直交するパリティ空間内のパリティベクトルに転置するステップ、及び
前記パリティベクトルの大きさの二乗を動的に計算するステップ、
を含み、
期待される慣性測定装置の性能から閾値を計算するステップは、前記測定値の大きさの二乗の閾値を動的に計算するステップを含み、前記方法は、
前記パリティベクトルの大きさの二乗を前記閾値と比較するステップ、及び
パリティベクトルの大きさが前記閾値よりも大きい場合、慣性測定装置の故障を決定するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
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