用于检查定位的一致性的装置的制作方法

本发明涉及用于检查定位的一致性的装置。

背景技术：

在航空领域，利用工具确定位置以确保安全导航。可以以许多方式确定位置。因此，其中已知星基系统(例如gps或glonass)或地基系统(例如来自wo2014/011264a2)。如果不可以从空域检测或确定地上的地标，则所讨论的飞行器依赖于从所述系统尽可能准确地获得位置。容易出错的信号可能会使定位歪曲并引起导航误差。

根据ep2402785b1已知供星基系统使用的例如所谓raim(接收机自主完整性监测)算法，其可以检测来自星基系统的错误信号并识别它们的发射机。由卫星发射至地面上或地球上空中的接收机的时间信号通过统计方法被针对彼此进行评估，从而以这种方式检查它们的一致性。

对于依赖发出由地基接收机应答并且基于其计算距接收机的距离的信号的飞行器的地基系统，现在既没有检测故障信号也没有识别故障信号的发射机。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供利用其可以在地基定位系统中检测错误距离值的装置和方法。

该目的通过独立权利要求的特征来解决。有利发展是从属权利要求和以下描述的主题。

本发明涉及一种用于检查定位的一致性的装置，该装置具有发射装置、接收装置、时间测量单元、距离确定模块和检查模块；其中，发射装置发射至少一个信号；其中，接收装置从至少四个不同响应元件接收至少四个响应信号，其中，响应元件接收至少一个信号并且在接收到至少一个信号时发射响应信号；其中，时间测量单元针对每个接收到的响应信号根据信号的发射时间和相应响应信号的接收时间来确定总延迟时间，距离确定模块基于每个总延迟时间确定距相应响应元件的距离，并且其中，检查模块基于距至少四个不同响应元件的距离来执行定位的一致性检查。

本发明借助于发射装置和接收装置提供来自地基响应元件的四个不同响应信号，以根据利用发射装置的信号的发射与四个响应信号的接收之间的时间间隔来确定距响应元件的相应距离。这是借助于时间测量单元和距离确定模块来完成的，其中，信号和响应信号的速度以及在响应元件接收到信号与响应元件发射响应信号之间的持续时间是已知的。对于电磁信号和响应信号，例如雷达信号，速度是空气中的光速。检查模块现在基于至少四个距离确定位置。由于对在三维空间中的定位而言仅需要距三个不同点的三个距离，因此可以借助于第四且因此冗余的距离来检查定位是否一致。检查模块使用冗余距离测量来检查所有距离测量的一致性。这使得首次可以针对地基定位系统执行一致性检查，一致性检查检测地基定位系统中存在错误距离值。检查模块有利地基于距至少五个不同响应元件的距离来执行一致性检查。利用至少五个不同距离，可以识别有故障的响应元件或错误的距离，并且因此不考虑错误的距离。因此，对于错误的距离值，基于五个距离值中的至少三个距离值的至少两个确定位置相匹配。因此，可以将一致性检查提高到这样的程度，即在确定位置时识别错误的响应信号并且不考虑错误的响应信号。因此，可以提高地基定位系统的定位准确性。

有利地，检查模块通过基于所有距离确定位置并检查每个距离来执行一致性检查。

首先，通过在确定位置时使用所有距离来确定单个位置，该单个位置在存在故障响应信号的情况下仅略微偏离真实位置。然后，可以检查每个单独的响应信号以检查各个距离相对于特定位置的一致性。

此外，以下情况是有利的：检查模块通过确定所有距离的数量n并且通过借助于多个、优选地是所有基于n-1个距离的位置的完整性位置(integrityposition)确定位置来执行一致性检查。

在这种情况下，将除一个距离之外的所有距离用于第一定位。在位置的第二确定中，省略另一距离。对所有距离重复定位。每个确定的位置都存在一定的不准确性，因此位置输出不是空间点而是小的空间体积。如果所有位置都匹配，则没有响应元件有缺陷。如果位置彼此偏离，则用于定位的响应元件中的至少一个有缺陷。由于最初没有识别哪些响应元件有缺陷，因此根据所有确定的位置的空间体积的合并来确定完整性位置——因为至少一个确定的位置一定是正确的。通过将不可识别的正确位置值与不可识别的错误位置值组合，由于完整性位置与正确位置交叠，因此至少实现了在确定完整性位置时的高完整性。

以下情况是有利的：检查模块具有在确定总延迟时间时执行时间滤波的时间滤波器元件，时间滤波器元件优选地是卡尔曼滤波器组。

这提高了在由发射装置发射信号与由接收装置接收响应信号之间的时间间隔的测量准确性。

有利地，发射装置发射至少两个信号，其中，至少两个信号中的一个是高度雷达输出信号，并且其中，接收装置接收至少一个高度雷达输入信号作为四个响应信号中的一个。

在使用高度雷达输出信号和高度雷达输入信号的情况下，因为高度测量也提供距离测量，因此可以另外将高度测量用于一致性检查。高度雷达信号测量中的响应元件是地面本身，地面响应于来自发射装置的入射信号来返回作为响应信号的反射信号。

本发明还涉及一种用于检查定位的一致性的系统，其中，该系统具有至少四个响应元件、飞行器和至少一个根据前述描述的装置，其中，至少四个响应元件在接收到装置的信号之后发出响应信号，并且其中，装置连接至飞行器。

利用该系统，可以准确地计算使用地基系统执行其定位的飞行器的位置，在这种情况下地基系统是响应元件；并且可以检查距响应元件的测量距离的一致性。因为准确的定位允许更准确的导航，所以这提升了飞行器的安全性。

有利地，至少四个响应元件被设计为反射器、信标台、转发器或应答器。

有利地，该系统具有优选地浮动的平台，其中，至少四个响应元件连接至平台。

浮动平台上的响应元件的位置由于波而不断变化。此外，浮动平台的移动可以改变响应元件的位置。借助于本发明，也可以利用经受位置波动的响应元件来确定准确位置。一致性检查可以进一步确定飞行器的准确位置，使得例如可以在着陆操纵期间非常准确地确定飞行器相对于浮动平台的位置。

此外，本发明涉及一种用于检查定位的一致性的方法，其具有以下步骤：a)利用发射装置发射信号；b)借助于接收装置从至少四个不同响应元件接收至少四个响应信号，其中，响应元件接收信号并在接收到信号时发出响应信号；c)利用时间测量单元针对每个接收到的响应信号根据信号的发射时间和相应响应信号的接收时间来确定总延迟时间；d)利用距离确定模块基于每个总延迟时间确定距相应响应元件的距离；以及e)利用检查模块借助于基于距至少四个不同响应元件的距离进行的位置确定通过一致性检查来检查距离的一致性。

有利地，该方法用于飞行器的着陆操纵或起飞操纵或滑行。

准确地说，在飞行器的着陆或起飞操纵中，准确的定位有利于避免与接近地面的物体或从地面突出的物体发生碰撞。

附图说明

在下文中，将借助于使用附图的示例性实施方式来描述本发明。

图1示出了用于检查定位的一致性的系统的示意图；

图2示出了用于检查定位的一致性的装置的示意图；以及

图3示出了用于检查定位的一致性的方法的示意性流程图。

具体实施方式

在下文中，如图1所示，由附图标记1指代用于检查定位的一致性的系统整体。

系统1包括飞行器3，飞行器3中布置有用于检查定位的一致性并且连接至飞行器3的装置2。此外，系统1包括安装在平台4上的响应元件5。

图1示出了飞行器3的着陆操纵。装置2发出信号6。信号6由响应元件5接收。然后，响应元件5发出响应信号7。这些响应信号7可以由装置2接收。

在图2中更详细地描述装置2。装置2包括发射装置20、接收装置21、时间测量单元22、距离确定模块23、检查模块24和滤波器单元25。

发射装置20发射至少一个信号6。发射装置20可以由能够发送信号的若干元件组成。在这种情况下，发射装置20还可以发出信号6’，信号6’可以是高度雷达输出信号。

信号6由响应元件5接收。响应元件5被配置成当它们接收到信号6时发出响应信号7。在这种情况下，响应元件7可以是反射器，并且响应信号7可以是反射信号。替选地或另外地，响应信号7可以是来自诸如信标台、应答器或转发器的响应元件5的独立信号，该信号由响应元件5响应于信号6的接收来发出。

在可以是高度雷达输出信号的信号6’的情况下，高度雷达输出信号从地球表面被反射。在这种情况下，地球表面是响应元件5，并且由地球表面反射的信号是响应信号7’或高度雷达输入信号。

接收装置21接收响应信号7、7’。在这种情况下，接收装置21接收至少四个响应信号7、7’。因此，接收装置21接收冗余数量的响应信号5以用于三维定位。接收装置21也可以由多个部件构成，部件中的每一个可以为它自己接收信号。因此，接收装置21的一部分可以被配置成仅接收高度雷达输入信号。

时间测量单元22确定信号6或6’的发射与响应信号7或7’的接收之间的持续时间。

在这种情况下，时间测量单元22还可以确定高度雷达输出信号的发射与高度雷达输入信号的接收之间的持续时间。

距离确定模块23使用测量的持续时间来确定相应响应元件5与装置2之间的距离。这里，距离确定模块23使用光速以根据信号6、6’和响应信号7、7’行进的测量时间来计算距离。此外，距离确定模块23考虑在信号6、6’的接收与响应信号7、7’的发射之间经过的持续时间。因此，距离确定模块23可以确定装置2距响应元件5的距离。

距离确定模块23根据至少四个响应信号7、7’确定距不同响应元件5的至少四个不同距离。

利用至少四个不同距离，检查模块24确定飞行器3的位置。利用至少四个不同距离，检查模块24可以检查目前四个距离的一致性，使得可以确定属于距离的四个响应元件5中的一个是否有故障，即，例如是否响应元件5在接收到信号6之后在存在长延迟的情况下发送了响应信号7。在响应元件5延迟发射响应信号7时，信号6的发射与相应响应元件5的响应信号7的接收之间的持续时间将太长。因此，距离确定模块将确定距相应响应元件5的距离太大。利用至少四个响应信号7、7’，检查模块24可以识别该事实。然而，四个响应信号7、7’不足以识别故障响应元件5。为此目的，检查模块24需要至少五个不同的距离，使得接收装置21必须从五个不同的响应元件5接收至少五个响应信号7、7’。在这种情况下，可以是卡尔曼滤波器组的滤波器单元25对检查模块24执行时间滤波，以提高时间测量的准确性。

在第一实施方式中，检查模块24基于距响应元件5的所有距离来确定位置。然后，为了检查一致性，执行对距响应元件5的每个单独的距离的检查。

在第二替选或另外的实施方式中，检查模块24首先确定距响应元件5的可用距离的数量n。然后，检查模块24根据n-1个距离——忽略第n距离——来确定位置。检查模块24重复此操作，其中，每个距离均在一次重复中被忽略。如果已经正确确定所有距离，则所有确定的位置将相同。如果距离中的一个距离不正确，则所确定的位置中的至少一个是正确的。然而，不知道哪些位置是正确的。因此，根据所有n个确定的位置确定完整性位置，其中，完整性位置表示由空间体积组成的位置的交叠区域(overlaparea)。该完整性位置也包括正确位置的体积部分，因此可以用于定位。

图3示出了基于示意性流程图的用于检查定位的一致性的方法100。

在第一步骤a)中，利用发射装置发射101信号。在这种情况下，发射装置20发出至少一个信号6。发射装置20可以由能够发送信号的若干元件组成。在这种情况下，发射装置20还可以发出信号6’，信号6’可以是高度雷达输出信号。

响应元件5接收信号6。响应元件5被配置成当它们接收到信号6时发出响应信号7。在这种情况下，响应元件5可以是反射器，并且响应信号7也可以是反射信号。替选地或另外地，响应信号7可以是来自作为响应元件5的信标台、应答器或转发器的独立信号，该独立信号由响应元件5响应于信号6的接收而发出。

在可以是高度雷达输出信号的信号6’的情况下，高度雷达输出信号从地球表面被反射。在这种情况下，地球表面是响应元件5，并且由地球表面反射的信号是响应信号7’或高度雷达输入信号。

在第二步骤b)中，借助于接收装置从至少四个不同响应元件接收102至少四个响应信号。接收装置21接收响应信号7、7’。在这种情况下，接收装置21接收至少四个响应信号7、7’。因此，接收装置21接收冗余数量的响应信号5以用于三维定位。接收装置21也可以由多个部件构成，部件中的每一个可以为它自己接收信号。因此，接收装置21的一部分可以被配置成仅接收高度雷达输入信号。

在第三步骤c)中，时间测量单元针对每个接收到的响应信号根据信号6、6’的发射时间和相应响应信号7、7’的接收时间来确定总延迟。时间测量单元22确定信号6或6’的发射与响应信号7或7’的接收之间的持续时间。

在这种情况下，时间测量单元22还可以确定高度雷达输出信号的发射与高度雷达输入信号的接收之间的持续时间。

在第四步骤d)中，借助于距离确定模块基于信号和响应信号的总延迟时间来确定104距相应响应元件的距离。距离确定模块23使用测量的持续时间来确定相应响应元件5与装置2之间的距离。距离确定模块23使用光速以根据所测量的信号6、6’和响应信号7、7’行进的时段来计算距离。此外，距离确定模块23考虑在信号6、6’的接收与响应信号7、7’的发射之间经过的持续时间。因此，距离确定模块23可以确定装置2距响应元件5的距离。

距离确定模块23根据至少四个响应信号7、7’来确定距不同响应元件5的至少四个不同距离。

在第五步骤e)中，使用检查模块借助于基于距至少四个不同响应元件的距离进行的定位通过一致性检查来检查105距离的一致性。利用至少四个不同的距离，检查模块24确定飞行器3的位置。利用至少四个不同距离，检查模块24可以检查目前四个距离的一致性，使得可以确定属于距离的四个响应元件5中的一个是否有故障，即，例如是否响应元件5在接收到信号6之后在存在长延迟的情况下发送了响应信号7。在响应元件5延迟发射响应信号7时，信号6的发射与相应响应元件5的响应信号7的接收之间的持续时间将太长。因此，距离确定模块将确定距相应响应元件5的距离太大。利用至少四个响应信号7、7’，检查模块24可以识别该事实。然而，四个响应信号7、7’不足以识别故障的响应元件5。为此目的，检查模块24需要至少五个不同的距离，使得接收装置21必须从五个不同响应元件5接收至少五个响应信号7、7’。在这种情况下，可以是卡尔曼滤波器组的滤波器单元25对检查模块24执行时间滤波，以提高时间测量的准确性。

在第一实施方式中，检查模块24基于距响应元件5的所有距离来确定位置。然后，为了检查一致性，执行对距响应元件5的每个单独的距离的检查。

在第二替选或另外的实施方式中，检查模块24首先确定距响应元件5的可用距离的数量n。然后，检查模块24根据n-1个距离——忽略第n距离——来确定位置。检查模块24重复该操作，其中，每个距离均在一次重复中被忽略。如果已经正确确定所有距离，则所有确定的位置将相同。如果距离中的一个距离不正确，则所确定的位置中的至少一个是正确的。但是，不知道哪些位置是正确的。因此，根据所有n个确定的位置确定完整性位置，其中，完整性位置表示由空间体积组成的位置的交叠区域。该完整性位置也包括正确位置的体积部分，因此可以用于定位。

上述方法100优选地用于飞行器的着陆操纵或起飞操纵或滑行。这使得即使地标不可见或缺失，也可以确保飞行器可以确定其自身相对于响应元件的位置。