本发明大体上涉及用于飞行控制的系统和方法，并且在特定实施方式中，涉及用于验证旋翼飞行器位置坐标的系统和方法。
背景技术：
与机械控制系统相比，飞行器上的电传飞行系统使用电子信号来控制飞行面和飞行器中的发动机。例如，代替使飞行员控制装置经由液压系统与控制面机械连接，将飞行员控制装置以电子方式连接至飞行计算机，该飞行计算机又通过电子信号来控制飞行面致动器。通过另外将飞行计算机与飞行器传感器对接，可以使用复杂的控制算法来提供自动驾驶仪功能以及使飞行器稳定和控制飞行器。
虽然电传飞行系统在商用和民用固定翼飞行器中已经司空见惯，但是这种系统在旋翼飞行器(如直升机)中的采用要慢得多，部分原因是控制旋翼飞行器并使旋翼飞行器稳定的复杂性增加。然而，通过在直升机中采用电传飞行系统，可以在困难的飞行环境(例如低速、低空、劣化的视觉环境、恶劣天气)下实现更安全的操作。电传飞行系统可以有益于旋翼飞行器的另一方面是飞行员工作负担减少。通过提供自动功能，例如响应于风而进行稳定化、控制轴解耦、位置保持和航向保持功能，飞行员能够空出时间以将精力集中在飞行的环境上。
技术实现要素：
根据实施方式，一种操作旋翼飞行器的方法包括：接收包括第一粗分辨率部分和第一细分辨率部分的第一传感器值；接收包括第二粗分辨率部分和第二细分辨率部分的第二传感器值；以及当第二传感器值与第一传感器值之间的差在第一阈值内时，确定第二粗分辨率部分与第二细分辨率部分对应。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，在附图中：
图1示出了实施方式的旋翼飞行器；
图2示出了实施方式的旋翼飞行器飞行控制系统的框图；
图3示出了实施方式的飞行控制系统的框图；
图4a示出了展示冗余gps单元与冗余飞行控制计算机如何对接的框图，并且图4b示出了gps位置字如何在粗分辨率位置字与细分辨率位置字之间进行划分；
图5示出了实施方式的gps信号管理系统；
图6示出了实施方式的gps信号管理系统的信号相关性块；
图7示出了实施方式的gps信号管理系统的位置误差计算块；以及
图8示出了可以用于实现实施方式的控制算法的计算机系统。
除非另有指明，否则不同附图中的相应附图标记通常指代相应部分。附图被绘制以清楚地示出优选实施方式的相关方面并且附图未必按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施方式，指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟在附图标记之后。
具体实施方式
下面描述本公开内容的系统和方法的说明性实施方式。为清楚起见，实际实现方式的所有特征可能未必全部在本说明书中描述。当然，将要理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实现方式的决策以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，这将随实现方式的不同而不同。此外，应该理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言仍然是日常任务。
在本文中，在描绘附图中的设备时，可以参考各个部件之间的空间关系以及部件的各个方面的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开内容之后将会认识到的，本文所描述的设备、构件、装置等可以以任何期望的取向来定位。因此，由于本文中描述的设备可以以任何期望的方向定向，因此使用诸如“在…上方”、“在…下方”、“上”、“下”的术语或其他类似术语来描述各个部件之间的空间关系或描述这些部件的各方面的空间取向应当分别被理解成描述这些部件之间的相对关系或这些部件的各方面的空间取向。
越来越多地使用旋翼飞行器，特别是用于商业应用和工业应用，导致了更大更复杂的旋翼飞行器的发展。然而，随着旋翼飞行器变得越来越大越来越复杂，飞行旋翼飞行器与固定翼飞行器之间的差异也越来越明显。由于旋翼飞行器使用一个或更多个主旋翼来同时提供升力、控制姿态、控制高度并且提供横向或位置移动，因此不同的飞行参数和控制装置彼此紧密地耦合，这是因为主旋翼的空气动力特性影响每个控制装置和运动轴。例如，旋翼飞行器在巡航速度或高速下的飞行特性可能与在悬停时或相对较低速度下的飞行特性显著不同。另外，对于主旋翼上的不同轴的不同飞行控制输入，例如周期距输入(cyclicinput)或总距输入(collectiveinput)，影响旋翼飞行器的其他飞行控制装置或飞行特性。例如，使旋翼飞行器的机头向前俯仰来增加前进速度将通常导致旋翼飞行器高度降低。在这种情况下，可以增加总距(collective)来保持水平飞行，但是总距的增加会导致主旋翼的功率增加，这又需要来自尾旋翼的额外的反扭矩力。这与固定翼系统形成对比，在固定翼系统中，控制输入较少彼此密切关联并且不同速度机制下的飞行特性彼此比较密切相关。
近来，在旋翼飞行器中引入了电传飞行(fly-by-wire，fbw)系统，以辅助飞行员稳定地驾驶旋翼飞行器并且减轻飞行员的工作负担。fbw系统在不同飞行机制下可以针对周期距控制输入、踏板控制输入或总距控制输入提供不同的控制特性或响应，并且可以通过将物理飞行特性解耦来提供稳定性辅助或增强，使得飞行员免于需要补偿发给旋翼飞行器的一些飞行命令。fbw系统可以在布置在飞行员控制装置与飞行控制系统之间的一个或更多个飞行控制计算机(flightcontrolcomputer，fcc)中实现，从而向飞行控制提供校正，这帮助更有效地操作旋翼飞行器或使旋翼飞行器进入稳定飞行模式同时仍允许飞行员改写fbw控制输入。例如，旋翼飞行器中的fbw系统可以自动地调整发动机输出的功率以匹配总距控制输入、在周期距控制输入期间应用周期距或功率校正、提供一个或更多个飞行控制程序的自动化、提供默认或建议的控制定位等。
用于旋翼飞行器的fbw系统必须针对fbw控制的飞行参数提供稳定的飞行特性，同时允许飞行员改写或调整由fbw系统建议的任何建议飞行参数。另外，在向旋翼飞行器飞行提供增强的控制和自动化功能时，fbw系统必须保持直观且易于飞行员使用飞行控制系统。因此，fbw系统调整飞行员飞行控制装置，使得控制装置处于与相关飞行参数相关联的位置。例如，fbw系统可以调整总距杆(collectivestick)以提供建议的或fbw控制的飞行参数，并且所述参数反映总距或功率设置。因此，当飞行员释放总距杆并且fbw系统提供总距控制命令时，总距杆与实际功率或总距设置有关地直观定位，使得当飞行员抓住总距杆以重新控制时，该控制杆被定位在飞行员期所预计的针对主旋翼的实际总距设置被定位的位置处。类似地，fbw系统使用周期距杆(cyclicstick)来例如调整飞行路径的湍流、漂移或其他干扰，并且可以在fbw系统补偿周期距控制时移动周期距杆。因此，当飞行员抓住周期距杆以从fbw系统取得对飞行的控制时，周期距杆被定位成反映实际的周期距设置。
将针对具体上下文中的优选实施方式来描述本公开内容的实施方式，即用于验证旋翼飞行器位置坐标的系统和方法。
在各种实施方式中，gps接收器将位置信息提供给旋翼飞行器的飞行控制系统。该位置信息可以例如由飞行控制系统使用，以在悬停时自动保持固定的位置、以确定旋翼飞行器的速度和航向以及以向飞行员提供地点和位置信息。为了向飞行计算机提供细分辨率位置信息，gps接收器提供两个38比特位置值：一个位置值对应于所检测的经度，另一位置字对应于所检测的纬度。这些38比特位置值均被发送至旋翼飞行器的飞行计算机。然而，由于用于在电传飞行系统的各个部件之间进行通信的总线接口的位宽度小于38个比特，因此在从gps接收器发送至飞行计算机之前每个38比特值被分成两个字。一个字是包括位置字的最高有效位的粗分辨率位置字，并且另一字是包括位置字的最低有效位的细分辨率位置字。另外，由于gps接收器与飞行计算机之间的通信是异步的，因此存在粗分辨率位置字和与其关联的细分辨率位置字将失去与彼此同步的可能性，从而导致粗分辨率位置字与不对应的细分辨率位置字配对。发生这种情况时，所确定的gps位置可能经受明显的不连续性。当细分辨率循环地进行字环绕(word-wraparound)并且粗分辨率位的最低有效位未能以相应方式增加或减少时，可能会发生这样的不连续性。所确定的gps位置的这种不连续性可能由于用于使旋翼飞行器的位置稳定的位置误差反馈中的波动而使得电传飞行系统难以将旋翼飞行器自动保持在固定位置。
在本发明的实施方式中，监测连续的gps位置字之间的差。如果连续的位置字之间的差未超过阈值，则粗分辨率位置字与细分辨率位置字被认为属于同一位置字，并且该位置字被飞行控制系统使用。然而，当两个连续的gps字之间的差超过阈值时，最新的位置字被丢弃，并且电传飞行系统依赖于被认为是准确的最新的位置字。
图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器101。旋翼飞行器101具有主旋翼系统103，该主旋翼系统103包括多个主旋翼桨叶105。每个主旋翼桨叶105的浆距(pitch)可以由斜盘107控制，以选择性地控制旋翼飞行器101的姿态、高度和移动。可以使用斜盘107来集体地和/或循环地改变主旋翼桨叶105的浆距。旋翼飞行器101还具有反扭矩系统，该反扭矩系统可以包括尾旋翼109、无尾旋翼(notar)或双主旋翼系统。在具有尾旋翼109的旋翼飞行器中，每个尾旋翼桨叶111的浆距被集体地改变，以改变反扭矩系统的推力，从而提供对旋翼飞行器101的方向控制。尾旋翼桨叶111的浆距由一个或更多个尾旋翼致动器改变。在一些实施方式中，fbw系统向尾旋翼致动器或主旋翼致动器发送电信号以控制旋翼飞行器的飞行。
由发动机115向主旋翼系统103和反扭矩系统提供动力。可以存在一个或更多个发动机115，所述一个或更多个发动机115可以根据来自fbw系统的信号来控制。发动机115的输出被提供至驱动轴117，该驱动轴117分别通过主旋翼传动装置119和尾旋翼传动装置机械地和可操作地耦接至旋翼系统103和反扭矩系统。
旋翼飞行器101还包括机身125和尾部123。尾部123可以具有用于控制和稳定旋翼飞行器101的飞行的其他飞行控制设备，例如水平或垂直稳定器、舵、升降舵或其他控制装置或稳定面。机身125包括驾驶舱127，驾驶舱127包括显示器、控制装置和仪器。应该理解，虽然旋翼飞行器101被描绘为具有某些示出的特征，但是旋翼飞行器101还可以具有各种特定于实现方式的配置。例如，在一些实施方式中，如所示出的，驾驶舱127被配置成容纳飞行员或者飞行员和副飞行员。然而，还设想，旋翼飞行器101可以被远程操作，在这种情况下，驾驶舱127可以被配置为全功能驾驶舱来容纳飞行员(并且可能还有副飞行员)以提供更大的使用灵活性，或者可以被配置成具有有限功能的驾驶舱(例如，仅容纳一个人的驾驶舱，这一个人将作为进行操作的飞行员，但也许还具有远程副飞行员，或者这一个人是副飞行员或后备飞行员，同时主驾驶功能由远程执行)。在其他设想的实施方式中，旋翼飞行器101可以被配置为无人交通工具，在这种情况下，可以完全取消驾驶舱127以节省空间和成本。
图2示出了根据一些实施方式的用于旋翼飞行器的电传飞行控制系统201。飞行员可以操纵一个或更多个飞行员飞行控制装置以控制旋翼飞行器的飞行。飞行员飞行控制装置可以包括人工控制装置，例如周期距控制组件217中的周期距杆231、总距控制组件219中的总距杆233以及踏板组件221中的踏板239。由飞行员向飞行员飞行控制装置提供的输入可以通过飞行控制系统201以机械方式和/或电子方式(例如，经由fbw飞行控制系统)发送至飞行控制设备。飞行控制设备可以表示能够进行操作以改变旋翼飞行器的飞行特性的设备。作为示例，旋翼飞行器上的飞行控制设备可以包括能够进行操作以改变主旋翼桨叶105和尾旋翼桨叶111的位置或迎角或者改变发动机115的功率输出的机械和/或电气系统。飞行控制设备包括诸如斜盘107、尾旋翼致动器113的系统以及能够进行操作以控制发动机115的系统。飞行控制系统201可以独立于机组人员来调整飞行控制设备，以使旋翼飞行器稳定、减少机组人员的工作负担等。飞行控制系统201包括：集体地调整飞行控制设备的发动机控制计算机(enginecontrolcomputer，eccu)203、飞行控制计算机205以及飞行器传感器207。
飞行控制系统201具有一个或更多个飞行控制计算机205(fightcontrolcomputer，fcc)。在一些实施方式中，提供多个fcc205以用于冗余。fcc205内的一个或更多个模块可以部分地或全部地体现为用于执行本文描述的任何功能的软件和/或硬件。在飞行控制系统201是fbw飞行控制系统的实施方式中，fcc205可以分析飞行员输入并且向eccu203、尾旋翼致动器113和/或用于斜盘107的致动器发送相应的命令。此外，fcc205被配置并且通过与每个飞行员飞行控制装置相关联的传感器来接收来自飞行员控制装置的输入命令。通过测量飞行员控制装置的位置来接收输入命令。fcc205还对飞行员控制装置的触觉提示命令进行控制，或者在例如仪表板241上的仪器中显示信息。
eccu203控制发动机115。例如，eccu203可以改变发动机115的输出功率以控制主旋翼桨叶或尾旋翼桨叶的旋转速度。eccu203可以根据来自fcc205的命令来控制发动机115的输出功率，或者可以基于反馈例如主旋翼桨叶的测量每分钟转数(rpm)来控制发动机115的输出功率。
飞行器传感器207与fcc205通信。飞行器传感器207可以包括用于测量各种旋翼飞行器系统、飞行参数、环境状况等的传感器。例如，飞行器传感器207可以包括：用于测量空速、高度、姿态、位置、取向、温度、空速、垂直速度等的传感器。其他传感器207可以包括依赖于源自旋翼飞行器外部的数据或信号的传感器，例如全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)传感器、vhf全向范围传感器、仪表着陆系统(ils)等。
周期距控制组件217连接至周期距配平组件229，周期距配平组件229具有：一个或更多个周期距位置传感器211、一个或更多个周期距止动传感器235以及一个或更多个周期距致动器或周期距配平马达209。周期距位置传感器211测量周期距控制杆231的位置。在一些实施方式中，周期距控制杆231是沿两个轴移动并且允许飞行员控制俯仰和滚转的单个控制杆，俯仰是旋翼飞行器的机头的垂直角度(verticalangle)，滚转是旋翼飞行器的左右摆动(side-to-side)角度。在一些实施方式中，周期距控制组件217具有分开测量滚转和俯仰的单独的周期距位置传感器211。用于检测滚转和俯仰的周期距位置传感器211分别生成滚转信号和俯仰信号(有时分别被称为周期距经度信号和周期距纬度信号)，滚转信号和俯仰信号被发送至fcc205，fcc205控制斜盘107、发动机115、尾旋翼109或相关的飞行控制设备。
周期距配平马达209连接至fcc205，并且从fcc205接收信号以使周期距控制杆231移动。在一些实施方式中，fcc205根据以下中的一个或更多个来确定对周期距杆231的建议周期距杆位置：总距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机每分钟转数(rpm)、发动机温度、主旋翼rpm、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。建议周期距杆位置是由fcc205确定以产生期望的周期距动作的位置。在一些实施方式中，fcc205向周期距配平马达209发送指示建议周期距杆位置的建议周期距杆位置信号。虽然fcc205可以命令周期距配平马达209将周期距杆231移动至特定位置(这又将相应地驱动与斜盘107相关联的致动器)，但是周期距位置传感器211检测由周期距配平马达206设置的或由飞行员输入的周期距杆231的实际位置，从而允许飞行员改写建议周期距杆位置。周期距配平马达209连接至周期距杆231，使得在配平马达正在驱动周期距杆231的同时飞行员可以移动周期距杆231，以改写建议周期距杆位置。因此，在一些实施方式中，fcc205从周期距位置传感器211接收指示实际周期距杆位置的信号，并且不依赖于建议周期距杆位置来命令斜盘107。
类似于周期距控制组件217，总距控制组件219连接至总距配平组件225，总距配平组件225具有：一个或更多个总距位置传感器215、一个或更多个总距止动传感器237以及一个或更多个总距致动器或总距配平马达213。总距位置传感器215测量总距控制组件219中的总距控制杆233的位置。在一些实施方式中，总距控制杆233是沿着单个轴移动或者具有杠杆式动作的单个控制杆。总距位置传感器215检测总距控制杆233的位置，并且将总距位置信号发送至fcc205，fcc205根据总距位置信号来控制发动机115、斜盘致动器或相关的飞行控制设备，以控制旋翼飞行器的垂直运动。在一些实施方式中，fcc205可以向eccu203发送功率命令信号并且向主旋翼致动器或斜盘致动器发送总距命令信号，使得主桨叶的迎角集体升高或降低，并且发动机功率被设置为提供所需的功率以保持主旋翼rpm大致恒定。
总距配平马达213连接至fcc205，并且从fcc205接收信号以使总距控制杆233移动。类似于对建议周期距杆位置的确定，在一些实施方式中，fcc205根据以下中的一个或更多个来确定对总距控制杆233的建议总距杆位置：周期距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、高度和姿态、发动机rpm、发动机温度、主旋翼rpm、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。fcc205生成建议总距杆位置，并且将相应的建议总距杆信号发送至总距配平马达213，以将总距杆233移动至特定位置。总距位置传感器215检测由总距配平马达213设置的或由飞行员输入的总距杆233的实际位置，从而允许飞行员改写建议总距杆位置。
踏板控制组件221具有测量踏板控制组件221中的踏板或其他输入元件的位置的一个或更多个踏板传感器227。在一些实施方式中，踏板控制组件221不含配平马达或致动器，并且可以具有在飞行员释放踏板时使踏板居中的机械返回元件。在其他实施方式中，踏板控制组件221具有根据来自fcc205的信号将踏板驱动至建议踏板位置的一个或更多个配平马达。踏板传感器227检测踏板239的位置并将踏板位置信号发送至fcc205，fcc205控制尾旋翼109以使旋翼飞行器偏航或绕垂直轴旋转。
周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置。虽然周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置，但是该运动能力还可以用于向飞行员提供触觉提示。当飞行员正移动杆来指示特定状况时，配平马达209和213可以沿特定方向推动相应的杆。由于fbw系统将杆与一个或更多个飞行控制设备在机械上断开连接，因此飞行员可能不会感觉到与飞行控制组件机械地连接的杆中所固有的急停、振动或其他触觉提示。在一些实施方式中，fcc205可以使配平马达209和213抵抗驾驶员命令而推动，使得驾驶员感觉到阻力，或者可以命令一个或更多个摩擦设备提供当驾驶员移动杆时感觉到的摩擦。因此，fcc205通过在杆上提供压力和/或摩擦来控制对杆的感觉。
另外，周期距控制组件217、总距控制组件219和/或踏板控制组件221可以各自具有确定飞行员是否正在操纵特定控制设备的一个或更多个止动传感器。例如，周期距控制组件217可以具有确定飞行员正握持周期距杆231的周期距止动传感器235，而总距控制组件219具有确定飞行员是否正握持总距杆233的总距止动传感器237。这些止动传感器235、237检测由飞行员输入引起的相应控制杆的运动和/或位置，而不是由来自fcc205的命令、旋翼飞行器振动等引起的运动和/或位置，并且向fcc提供指示这样的情况的反馈信号。当fcc205检测到飞行员控制着或者正在操纵特定控制装置时，fcc205可以确定该杆脱离止动(out-of-detent，ood)。类似地，当来自止动传感器的信号向fcc205指示飞行员释放了特定杆时，fcc可以确定杆处于止动(in-detent，id)。fcc205可以基于特定杆或飞行员控制装置的止动状态来向一个或更多个飞行系统提供不同的默认控制命令或自动化命令。
现在转到飞行控制系统201的操作方面，图3以高度示意性方式示出了飞行控制系统201可以将fbw功能实现为运行某些控制律的一系列相互关联的反馈环路的方式。图3代表性地示出了根据实施方式的三环飞行控制系统201。在一些实施方式中，三环飞行控制系统201的元件可以至少部分地由fcc205来实现。然而，如图3所示，三环飞行控制系统201的部件(301、303、305、307)中的所有部件、一些部件或无部件可以位于旋翼飞行器100外部或远程处，并且通过网络连接309与机载设备通信。
图3的三环飞行控制系统201具有：飞行员输入311、外环路313、速率(中)环路315、内环路317、解耦器319以及飞行器装置321(例如，对应于诸如斜盘107、尾旋翼传动装置212等的飞行控制设备、驱动飞行控制设备的致动器(未示出)、诸如飞行器传感器207、位置传感器211、215、止动传感器235、237等的传感器等)。
在图3的示例中，三环设计将内稳定化环路和速率反馈环路与外引导和跟踪环路分开。控制律结构主要将整体稳定化任务和减少飞行员工作负担的相关任务分配给内环路317。接下来，中环路315提供速率增强。外环路313集中于引导和跟踪任务。由于内环路317和速率环路315提供了大部分的稳定性，因此在外环路层面上需要较少的控制努力。如在图3中代表性地示出的，由于对于飞行稳定化来说外环路313的任务不是必需的，因此可以提供开关322以接通和断开外环路飞行增强。
在一些实施方式中，内环路317和速率环路315包括应用于滚转/俯仰/偏航3轴速率陀螺仪和加速度反馈传感器的一组增益和滤波器。内环路和速率环路二者都可以独立于各种外环路保持模式而保持激活。外环路313可以包括级联的环路层，所述环路层包括姿态环路、速度环路、位置环路、垂直速度环路、高度环路以及航向环路。根据一些实施方式，在所示的环路中运行的控制律使得能够解耦以其他方式耦合的飞行特性，这又可以提供更稳定的飞行特性和减少的飞行员工作负担。此外，外环路313可以允许某些高级别任务或飞行模式的自动化或半自动化操作，从而进一步减轻飞行员工作负担并且允许飞行员集中于其他事项，所述其他事项包括观察周围地形。在一些实施方式中，由飞行器装置321内的传感器产生的数据由传感器处理块330调整。传感器处理块可以重新格式化和重新调整数据，以使传感器数据与飞行控制算法兼容、提供对传感器信号的动态预滤波以及对gps位置数据执行从地轴坐标至旋翼飞行器本体坐标的坐标转换。
如上所述，旋翼飞行器机载的gps传感器向飞行控制系统提供旋翼飞行器的位置和速度。该位置和速度信息可以由飞行控制系统201的外环路用作位置和速度反馈，以便以固定航向和固定速度来自动引导旋翼飞行器或者控制旋翼飞行器的位置保持在固定位置。在一些实施方式中，使用冗余的gps单元和飞行控制计算机，以在一个或更多个单元发生故障的情况下保证该外环路功能。图4a示出了说明双冗余gps单元402和404与三冗余飞行控制计算机406、408和410如何对接的框图。应当理解，对于gps单元402和404的双冗余以及对于飞行控制计算机406、408和410的三冗余的使用仅是旋翼飞行器的系统冗余的一个示例。在一些实施方式中，gps单元402和404二者同时操作，然而，飞行控制计算机可以依赖于gps单元402和404中的仅一个来获得位置数据。可以监测gps单元402和404所提供的数据的有效性，以检测gps单元402和404中的故障。如果gps单元402和404之一发生故障，则飞行控制计算机406、408和410从gps单元402和404中的没有发生故障的另一gps单元接收位置数据。在可替选实施方式中，对于gps单元和飞行控制计算机而言，其他程度的冗余是可行的。
gps单元402和404中的每个基于从全球定位卫星接收的传输来得到旋翼飞行器的位置。根据这些接收的传输，每个gps单元402和404产生两个位置值。一个位置值指定以度为单位的纬度，另一位置值指定以度为单位的经度。由于gps单元402和404经由容纳小于38比特的每传输字的总线接口与飞行控制计算机406、408和410对接，因此每个位置值被分成两个单独的传输字：表示位置值的最高有效位的粗字以及表示位置值的最低有效位的细字。与由gps单元402、404检测的纬度和经度对应的这些粗分辨率位置字和细分辨率位置字中的每个经由总线被发送至飞行计算机406、408和410。在一个实施方式中，gps单元402和404与飞行计算机406、408和410之间的总线根据arinc-429航空电子数据总线标准进行操作。可替选地，可以根据特定系统及其具体要求来使用其他总线标准。
在实施方式中，由gps传感器402和404生成的比特位置字被分成每个有19个比特的两个字。如图4b所示，38比特位置值420包括位b37至位b0。该值被分成包括19个msbb37至b19的粗字422以及包括19个lsbb18至b0的细字426，所述粗字422和细字426被包括在32比特arinc-429总线字的有效负荷内。另外，对于gps坐标的19比特部分，arinc-429总线字可以包括8比特标签、符号位、两个状态位和奇偶校验位。应该理解，在本发明的可替选实施方式中，可以使用其他位宽度和位分配。
在操作期间，gps单元402和/或gps单元404将粗分辨率位置字422和细分辨率位置字426发送至飞行控制计算机406、408和410。在gps单元402和404与飞行控制计算机406、408和410分离的实施方式中，位置信息的传输与飞行控制计算机406、408和410的操作是异步的。这样，粗分辨率位置字422和与其关联的细分辨率位置字426之间的配对可能变得彼此分离。结果，飞行计算机406、408和410可能处理不匹配的粗分辨率位置字422和细分辨率位置字426对。在一些情况下，不匹配的位置字对导致飞行控制计算机406、408或410错误地感测到旋翼飞行器的物理位置的不连续性。这样的不连续性可能对旋翼飞行器的飞行控制系统在旋翼飞行器悬停时自动保持固定位置的能力产生不利影响。在本发明的实施方式中，针对不连续性来评估连续的位置字，以确定粗分辨率位置字422是否与细分辨率位置字426充分匹配。当飞行控制系统201确定粗分辨率位置字422与细分辨率位置字426彼此不匹配时，传入的gps位置字被丢弃并且飞行控制系统201将先前接收的位置作为替代，以确定旋翼飞行器的当前位置。在本发明的一些实施方式中，由在飞行控制计算机406、408和410上执行的飞行控制软件来执行有关粗分辨率位置字422与细分辨率位置字426是否充分匹配的确定。
图5示出了根据本发明的实施方式的gps信号管理系统500。如所示出的，gps信号管理系统500根据从gps单元402或404接收的19比特粗纬度位置字、细纬度位置字、粗经度位置字、细经度位置字来产生以旋翼飞行器的体轴为参考的位置误差信号。在一些实施方式中，gps信号管理系统500被包括在飞行控制系统201的传感器处理块330内，并且可以例如在飞行控制计算机406、408和410上执行。信号相关性块502确定从gps单元402或404接收的粗分辨率位置字与细分辨率位置字是否充分匹配。
纬度信号相关性块502la接收纬度粗分辨率位置字lat_coarse和纬度细分辨率位置字lat_fine，并且输出校正纬度粗分辨率位置字lat_coarse_corr和校正纬度细分辨率位置字lat_fine_corr。在实施方式中，当所接收的粗分辨率位置字lat_coarse和细分辨率位置字lat_fine被估计为来自同一gps测量结果时，纬度信号相关性块502la将校正纬度粗分辨率位置字lat_coarse_corr设置为等于所接收的纬度粗分辨率位置字lat_coarse，并且将纬度细分辨率位置字lat_fine_corr设置为等于所接收的纬度细分辨率位置字lat_fine。否则，向校正纬度粗分辨率位置字lat_coarse_corr和校正纬度细分辨率位置字lat_fine_corr分配它们的先前值。
类似地，经度信号相关性块502lo接收经度粗分辨率位置字long_coarse和经度细分辨率位置字long_fine，并且输出校正纬度粗分辨率位置字long_coarse_corr和校正经度细分辨率位置字long_fine_corr。当所接收的粗分辨位置字long_coarse和细分辨位置字long_fine被估计为来自同一gps测量结果时，经度信号相关性块502lo将校正经度粗分辨率位置字long_coarse_corr设置为等于所接收的经度粗分辨率位置字long_coarse，并且将经度细分辨率位置字long_fine_corr设置为等于所接收的经度细分辨率位置字long_fine。否则，向校正经度粗分辨率位置字long_coarse_corr和校正经度细分辨率位置字long_fine_corr分配它们的先前值。
在实施方式中，当飞行控制系统201被配置成使旋翼飞行器悬停在固定点上时，位置保持信号ph_on生效(assert)。因此，当ph_on首次生效时，当前接收的位置坐标成为参考坐标，并且当旋翼飞行器悬停在当前参考坐标上时，输出误差位置坐标x_err_ft和y_err_ft被配置成零。随着旋翼飞行器远离参考坐标，输出误差位置坐标x_err_ft和y_err_ft相应地增加。在一些实施方式中，外环路313使用输出误差位置坐标x_err_ft和y_err_ft来提供适当的控制信号，以将旋翼飞行器的位置保持在参考坐标上。
当位置保持信号ph_on生效时，信号相关性块502la和502lo确定从gps单元402或404接收的粗位置字与细位置字是否充分匹配。当保持信号ph_on未生效时，位置字lat_coarse、lat_fine、long_coarse和long_fine被直接传递给lat_coarse_corr、lat_fine_corr、long_coarse_corr和long_fine_corr。换言之，粗分辨率位置值和细分辨率位置值通过信号相关性块502la和502lo。
差量计算块504la和504lo被配置成在保持信号ph_on首次生效时存贮参考坐标，并且产生表示所接收的坐标与被保持的坐标之间的差的纬度差坐标delta_lat和经度差坐标delta_long。坐标变换块505将以度为单位的坐标坐标delta_lat和经度差坐标delta_long转换成以地轴为基准以英尺为单位的坐标。坐标变换块506基于所接收的航向值heading将这些地轴坐标转换成以英尺为单位的机体轴长航向位置误差(airframeaxislongheadingpositionerror)x_err_ft和横航向位置误差(crossheadingpositionerror)y_err_ft，所述航向值heading例如通过由姿态/航向参考系统(ahrs)返回的磁航向来生成，所述姿态/航向参考系统包括例如确定旋翼飞行器关于其各个轴的姿态、速度和加速度的加速度计、陀螺仪、磁力计以及其他系统。该磁航向可以通过将其与gps航向进行比较来验证。当ph_on未生效时，输出误差位置坐标x_err_ft和y_err_ft的值被设置为零。在实施方式中，体轴与长航向轴正交，并且长航向位置误差x_err_ft和横航向位置误差y_err_ft表示相对于参考坐标的相对距离。
图6示出了根据本发明的实施方式的信号相关性块502。信号相关性块502可以例如被用作图5所示的gps信号管理系统500的信号相关性块502c和502f。如所示出的，信号相关性块502包括相关性逻辑块531，相关性逻辑块531估计粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine的当前值是否来自同一gps样本。粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine还可以分别被称为粗分辨率位置坐标coarse和细分辨率位置坐标。信号相关性块502还包括一对透明锁存器522c和522f，该对透明锁存器允许粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine的值直接传递给输出变量coarse_corr和fine_corr，或者保持coarse_corr和fine_corr的输出值。当相关性逻辑块531估计到粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine来自同一gps样本时，信号sync生效，这导致锁存器522c和522f是透明的，从而允许粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine的值直接传递给输出变量coarse_corr和fine_corr。另一方面，当相关性逻辑块531估计到粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine来自不同的gps样本时，信号sync未生效，这导致锁存器522c和522f保持其先前值。这有效地丢弃了不匹配的粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine，并且防止它们进一步传播通过信号相关性块502的信号路径。
相关性逻辑块531通过计算连续的样本之间的差并将该差与阈值进行比较来估计粗分辨率位置字coarse和细分辨率位置字fine是否与同一gps样本相关联。如所示出的，单位延迟块524c对校正粗分辨率位置字coarse_corr应用一个样本延迟，并且减法块526c从输入的粗分辨率位置字coarse减去经延迟的校正粗分辨率位置字coarse_corr，这有效地确定了两个连续的粗分辨率位置值之间的差。类似地，单位延迟块524f对校正细分辨率位置字fine_corr应用一个样本延迟，并且减法块526f从输入的细分辨率位置字fine减去经延迟的校正细分辨率位置字fine_corr，这有效地确定了两个连续的细分辨率位置值之间的差。使用加法器530将减法器526c和526f产生的差值相加在一起，使用绝对值块532确定和的绝对值，并且经由比较块534将和的绝对值与阈值536进行比较。当和的绝对值小于阈值536时，信号sync生效并且锁存器522c和522f被置于其透明状态，这允许信号coarse和fine传递至信号coarse_corr和fine_corr。
在各种实施方式中，阈值536基于针对给定飞行控制计算机计算周期旋翼飞行器针对给定最大速度其位置的最大预期变化。在一个实施方式中，阈值536被设置为3.5×10-5度，这是当旋翼飞行器在20ms时段内行进12英尺或者以355节行进时预期的最大位置变化。因此，在20ms内超过3.5×10-5度的任何位置变化都归因于由粗分辨率位置字和细分辨率位置字的不匹配引起的gps位置中的假象。应该理解，在本发明的可替选实施方式中，取决于旋翼飞行器的特定类型、其最大预期速度以及由飞行控制系统使用的时间步长或评估周期的长度，可以使用不同的阈值。
在一些实施方式中，或门538产生比较块534的输出与低有效位置保持信号phb的逻辑或。因此，当位置保持模式关闭时，或门538的输出sync为高，这允许粗分辨率位置信号coarse和细分辨率位置信号fine传递至信号coarse_corr和fine_corr。
图7示出了根据本发明的实施方式的差量计算块504。可以使用差量计算块504来实现图5所示的gps信号管理系统500的差量计算块504la和504lo。如所示出的，差量计算块504包括透明锁存器542c和542f，当位置保持模式被激活时(例如，当信号pbb为低时)，透明锁存器542c和542f保持粗分辨率参考值coarse_ref和细分辨率参考值fine_ref。减法块544c从粗参考值coarse_ref减去校正粗位置字coarse_corr，减法块544f从细参考值fine_ref减去校正细位置字coarse_fine。加法器546将由减法块544c和544f产生的差相加，以产生表示当前校正位置与参考位置之间的以度为单位的位置差的位置差坐标delta_deg。
在各种实施方式中，图6中所示的锁存器522c和522f、单位延迟块524c和524f、减法器526c和526f、加法器530、绝对值块532、比较块534、或门538和阈值块536以及图7中所示的锁存器542c和542f、减法块544c和544f和加法器546可以用存储在存储器中并且由处理器执行的软件来实现。可替选地，可以使用包括逻辑门和寄存器的硬连线或可编程逻辑来实现这些元件，所述逻辑门和寄存器实现信号相关性块502和差量计算块504的逻辑块。在另外的实施方式中，可以使用在功能上等同于图6和图7所描绘的实施方式的其他电路、系统、逻辑和/或算法来实现信号相关性块502和差量计算块504。
图8示出了计算机系统601。计算机系统601可以被配置成用于执行关于如本文所述的包括gps信号管理系统500的飞行控制系统201的操作的一个或更多个功能。此外，计算机系统601可以部分地或完全地执行任何处理和分析。计算机系统601可以部分地或完全地与其他飞行器计算机系统集成，或者可以部分地或完全地从旋翼飞行器中移除。
计算机系统601可以包括输入/输出(i/o)接口603、分析引擎605以及数据库607。替选实施方式可以根据期望来组合或分布i/o接口603、分析引擎605以及数据库607。计算机系统601的实施方式可以包括一个或更多个计算机，所述一个或更多个计算机包括被配置成用于执行本文所述的任务的一个或更多个处理器和存储器。这可以包括例如具有中央处理单元(cpu)和非易失性存储器的计算机，所述非易失性存储器存储用于指示cpu执行本文所述的至少一些任务的软件指令。这还可以包括例如经由计算机网络进行通信的两个或更多个计算机，其中，一个或更多个计算机包括cpu和非易失性存储器，并且计算机的非易失性存储器中的一个或更多个非易失性存储器存储用于指示任何cpu执行本文所述的任何任务的软件指令。因此，虽然按照离散机器描述了示例性实施方式，但是应当理解，该描述是非限制性的，并且本描述同样适用于包括执行以任何方式在一个或更多个机器之间分布的任务的一个或更多个机器的许多其他布置。还应该认识到，这样的机器不必专用于执行本文所述的任务，而是可以是适用于还执行其他任务的多用途机器，例如计算机工作站。
i/o接口603可以提供外部用户、系统以及数据源与计算机系统601的部件之间的通信链接。i/o接口603可以被配置成允许一个或更多个用户经由任何已知的输入设备向计算机系统601输入信息。示例可以包括键盘、鼠标、触摸屏和/或任何其他期望的输入设备。i/o接口603可以被配置成允许一个或更多个用户接收从计算机系统601经由任何已知的输出设备输出的信息。示例可以包括显示监视器、打印机、驾驶舱显示器和/或任何其他期望的输出设备。i/o接口603可以被配置成允许其他系统与计算机系统601通信。例如，i/o接口603可以允许一个或更多个远程计算机访问信息、输入信息和/或远程地指示计算机系统601执行本文所述的一个或更多个任务。i/o接口603可以被配置成允许与一个或更多个远程数据源进行通信。例如，i/o接口603可以允许一个或更多个远程数据源访问信息、输入信息和/或远程地指示计算机系统601执行本文所述的一个或更多个任务。
数据库607向计算机系统601提供持久性数据存储。虽然主要使用了术语“数据库”，但是存储器或其他合适的数据存储装置可以提供数据库607的功能。在可替选实施方式中，数据库607可以与计算机系统601集成或分离，并且可以在一个或更多个计算机上操作。数据库607优选地提供对于适合于支持飞行控制系统201的操作的任何信息的非易失性数据存储，所述任何信息包括本文另外论述的各种类型的数据。分析引擎605可以包括一个或更多个处理器、存储器和软件组件的各种组合。
此处对本发明的实施方式进行总结。还可以根据本文提交的说明书和权利要求书的整体来理解其他实施方式。一个总体方面包括一种操作旋翼飞行器的方法，该方法包括：接收包括第一粗分辨率部分和第一细分辨率部分的第一传感器值；接收包括第二粗分辨率部分和第二细分辨率部分的第二传感器值；以及当第二传感器值与第一传感器值之间的差在第一阈值内时，确定第二粗分辨率部分与第二细分辨率部分对应。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。在该方法中，第一传感器值包括旋翼飞行器的第一位置坐标；第一粗分辨率部分包括第一粗分辨率位置字；第一细分辨率部分包括第一细分辨率位置字；第二传感器值包括旋翼飞行器的第二位置坐标；第二粗分辨率部分包括第二粗分辨率位置字；并且第二细分辨率部分包括第二细分辨率位置字。该方法还可以包括当第二粗分辨率位置字与第二细分辨率位置字不对应时，保持第一位置坐标。保持第一位置坐标可以包括：锁存第一粗分辨率位置字并且锁存第一细分辨率位置字，其中，第一粗分辨率位置字和第一细分辨率位置字被评估为下一评估周期的第一粗分辨率位置字和第一细分辨率位置字。
在一些实施方式中，确定包括：计算第二粗分辨率位置字与第一粗分辨率位置字之间的差以形成第一差；计算第二细分辨率位置字与第一细分辨率位置字之间的差以形成第二差；将第一差与第二差相加以形成第三差；确定第三差的绝对值；以及将第三差的绝对值与第一阈值进行比较。第一阈值可以基于旋翼飞行器的速度。
在实施方式中，第一位置坐标和第二位置坐标是从全球定位系统(gps)接收器接收的。第一位置坐标和第二位置坐标可以均包括纬度值和经度值。该方法还可以包括：从参考坐标减去第二粗分辨率位置字，以形成纬度值和经度值的位置误差；以及将纬度值和经度值的位置误差转换成第一方向上的相对距离值和与第一方向正交的第二方向上的相对距离值。
另一总体方面包括一种用于旋翼飞行器的飞行控制系统，该飞行控制系统包括：处理器和存储有可执行程序的非暂态计算机可读存储介质，所述可执行程序包括用于执行以下操作的指令：从位置传感器异步地接收旋翼飞行器的位置坐标，其中，每个接收的位置坐标包括粗分辨率位置坐标和细分辨率位置坐标；以及确定所接收的位置坐标的粗分辨率位置坐标与细分辨率位置坐标是否彼此对应，其中，确定包括：计算当前接收的位置坐标与先前接收的位置坐标之间的差，以及将所计算的差与阈值进行比较。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。在飞行控制系统中，每个位置坐标包括纬度坐标和经度坐标。在一些实施方式中，阈值可以是3.5×10-5度，然而，可以使用其他阈值。阈值可以基于旋翼飞行器的速度。确定所接收的位置坐标的粗分辨率位置坐标与细分辨率位置坐标是否彼此对应可以包括：独立地确定纬度坐标的粗分辨率纬度坐标与纬度坐标的细分辨率纬度坐标是否对应以及经度坐标的粗分辨率经度坐标与细分辨率经度坐标是否对应。
所述可执行程序还可以包括用于执行以下操作的指令：确定所接收的位置坐标与参考坐标之间的差以形成差量纬度坐标和差量经度坐标；以及对差量纬度坐标和差量经度坐标执行坐标变换，以产生表示x方向上的距离的差量x坐标以及表示与x方向垂直的y方向上的距离的差量y坐标。在一些实施方式中，可执行程序还包括用于执行以下操作的指令：当所计算的差大于阈值时丢弃当前接收的位置坐标，丢弃包括：使用先前接收的位置坐标来代替当前接收的位置坐标。
在一些实施方式中，在飞行控制系统中，位置传感器包括至少一个全球定位系统(gps)接收器。异步地接收位置坐标可以包括：经由arinc-429总线来异步地接收位置坐标。
又一总体方面包括一种旋翼飞行器，其包括：本体；动力系，所述动力系耦接至本体，并且包括动力源和耦接至动力源的驱动轴；主旋翼系统，所述主旋翼系统耦接至动力系并且包括多个主旋翼桨叶；以及gps接收器系统，所述gps接收器系统被配置成感测物理位置并且基于所感测的物理位置来产生位置坐标。每个位置坐标包括：纬度坐标，纬度坐标被分成包括纬度坐标的最高有效位的粗分辨率纬度坐标以及包括纬度坐标的最低有效位的细分辨率纬度坐标；以及经度坐标，经度坐标被分成包括经度坐标的最高有效位的粗分辨率经度坐标以及包括经度坐标的最低有效位的细分辨率经度坐标。该旋翼飞行器还包括：飞行控制系统，其能够进行操作以改变主旋翼系统的至少一个操作状态；飞行员控制组件，其被配置成接收来自飞行员的命令，其中，飞行控制系统是与飞行员控制组件电通信的电传飞行控制系统；以及飞行控制计算机，其在飞行控制系统、gps接收器系统与飞行员控制组件之间电通信。该飞行控制计算机被配置成：经由总线从gps接收器系统异步地接收位置坐标，通过将纬度坐标与先前接收的纬度坐标之间的差与第一阈值进行比较来确定粗分辨率纬度坐标与细分辨率纬度坐标是否对应，以及通过将经度坐标与先前接收的经度坐标之间的差与第二阈值进行比较来确定粗分辨率经度坐标与细分辨率经度坐标是否对应。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。在旋翼飞行器中，第一阈值和第二阈值是3.5×10-5度。在一些实施方式中，在旋翼飞行器中，总线包括arinc-429总线；并且粗分辨率纬度坐标、细分辨率纬度坐标、粗分辨率经度坐标以及细分辨率经度坐标每个包括19个比特。
实施方式的优点包括旋翼飞行器能够以位置反馈值被划分成多个字并被异步地发送的系统来平稳地控制固定位置的能力。
虽然已经参考说明性实施方式描述了本发明，但是这些描述并不意在以限制性含义进行解释。在参考了本说明书之后，对本领域技术人员而言，说明性实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式将是明显的。因此，所附权利要求书意在涵盖任何这样的修改或实施方式。