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专利名称：用于在未外推位置数据时更新hil和hfom完整性部件的系统及方法
用于在未外推位置数据时更新HIL和HFOM完整性部件的系 统及方法背景技术
用于广播式自动相关监视(ADS-B) OUT操作的航空无线电技术委员会(RTCA)有限 公司规章要求(RTCA/D0-260B)要求如下
“计算空中或地表位置消息中的编码的纬度和经度的历书的基准时间(time of applicability)应当在100毫秒的传输时间之内”。
“应当以分开不大于200毫秒的间隔用位置数据重载位置寄存器。被加载到寄存 器中的位置应当具有决不大于200毫秒的历书的基准时间，不同于在寄存器保持该数据期 间的任何时间”。
一个问题是，用于外推极地地区中的全球定位系统(GPS)位置的处理对于不具备 浮点能力的微控制器或处理器而言是大量的且费力的。发明内容
本发明提供了用于在未发生外推的时期期间尽可能准确地报告位置及相关联的 完整性的系统和方法。在一个示例中，处理设备基于预定义的状况来停用对全球定位系统 (GPS)位置信息的外推，从全球定位系统(GPS)接收地速信息，以及HFOM值和HIL值；基于 所接收到的HFOM值和HIL值以及地速来计算膨胀的HFOM值和HIL值，以及基于所计算的 膨胀的HFOM值和HIL值来生成广播式自动相关监视(ADS-B) OUT信号。耦合到所述处理设 备的发送机发送所生成的ADS-B OUT信号。
在本发明的一个方面中，所述处理设备和发送机位于诸如飞行器的交通工具上。
在本发明的另一方面中，所述预定义的状况包括指示了所述飞行器在预定义的极 地地区内的位置信息。
在本发明的又一方面中，所述处理设备确定未外推时段。对所述膨胀的HFOM值和 HIL值的计算进一步基于所述确定的未外推时段。


参考以下附图来详细描述本发明的优选和替代实施例
图1示出了依据现有技术的GPS值的表示；
图2是依照本发明所形成的示例性系统的示意图；以及
图3是由图2中所示的系统所执行的示例性过程的流程图。
具体实施方式
当在极地地区中或按期望时，本发明将不外推全球定位系统(GPS)位置。关于位 置完整性的许多扩展的间歇振荡器字段(即，类型码，导航完整性类别(NIC)，NIC补充A、 B、C，以及用于位置的导航精度类别(NACp))基于从该GPS接收到的水平完整性级别(HIL) 值和水平品质因数(HFOM)值。因此，当未外推GPS时，位置的完整性也受到影响。本发明在未发生外推的时期期间(在或不在极地地区中)尽可能准确地报告位置及相关联的完整 性，以最小化任何偏差的影响。
以下提供了关于GPS术语-HIL(水平完整性限度)和HF0M(水平品质因数)术语 的背景(图1):HFOM(水平品质因数)表示水平导航准确度(95%置信度)HIL (水平完整性限度)表示最大导航误差(99. 99999%置信度)。
RTCA/D0-229D第1. 7. 2部分将HIL定义为“HIL为水平面(与WGS-84椭圆体相切 的局部平面)上的圆的半径，其中它的中心在真实位置处，其描述了确保包含所指示的水 平位置的区域...其为卫星和用户几何以及预期的误差特性的函数...”
HFOM被定义为“HF0M为水平面(与WGS-84椭圆体相切的局部平面)上的圆的半 径，其中它的中心在真实位置处，其描述了在历书的基准时间在无故障状况下以至少95% 的可能性确保包含所指示的水平位置的区域。”
图2示出了被用在交通工具中的示例性系统20，用于在对位置信息的外推是不可 能的或被故意禁止时，改善对位置信息的报告。该系统20包括与定位设备(全球定位系统 (GPS))26、天线28、以及存储设备30进行信号通信的广播式自动相关监视(ADS-B)转发器 24。该转发器24基于最近接收到的由GPS 26所报告的完整性值(HIL，HF0M)和地速来使 由内部ADS-B OUT部件所使用的完整性值(HIL，HF0M)膨胀(inflate)。该转发器24还引 起未外推时段(GPS数据率)和从GPS26接收的地速值(定义为lOm/s)中的可能误差。该 转发器24尽可能最小地使该完整性值(HIL，HFOM)膨胀。
图3是由转发器24所执行的示例性过程80的流程图。首先，在判定块84处，转 发器24基于从GPS 26接收的位置信息来确定飞行器是否在预定义的极地区域中。如果该 转发器24确定了该交通工具(或飞行器)未在极地区域中，则该转发器24基于所接收到 的完整性值(HIL，HFOM)和GPS位置信息的外推来生成ADS-B OUT扩展间歇振荡器信息。
如果在该判定块84处，该转发器24确定该飞行器在极地区域中，则在块90处停 用GPS位置信息外推(或忽略GPS位置信息外推的结果)。接着，在块92处，该转发器24 基于从GPS 26接收的实际完整性值HIL、HFOM和同样从GPS 26接收的当前地速信息来计 算膨胀的完整性值(HIL，HFOM)。接着，在块94处，转发器24基于所计算的膨胀的完整性 值HIL、HFOM以及从GPS 26接收的位置信息来生成ADS-B OUT信号。
最后，在块96处，转发器24将所生成的ADS-B OUT信号发送至天线28以用于传 输。该过程80接着返回至判定块84以在必要时重复。
当在极地区域中填充在扩展间歇振荡器中的字段时，转发器24的ADS-B OUT部件 利用该膨胀的HIL和HFOM。
飞行器操作状态(65h)间歇振荡器消息中的NACp子字段被新的HFOM所影响。
列出的间歇振荡器中的以下子字段被所接收到的HIL所影响当在空中时空中位置(05J格式类型/导航完整性类别(NIC)子字段 NIC补充B子字段 飞行器操作状态(65J间歇振荡器NIC补充A子字段当在地表上时
地表位置(06J间歇振荡器格式类型/导航完整性类别(NIC)子字段飞行器操作状态(65 )间歇振荡器 NIC补充A子字段 NIC补充C子字段
以下是与IHz GPS传感器一起使用GPS接收的O. 15nm(或277. 8m)的HIL和 300kts (或154. 33m/s)的地速的示例。
HILlnflated (m) = HILgps (m) + (地速(m/s) + 地速误差(m/s)) * 未外推时段(S)
地速误差取决于定位源的质量。GPS接收机通常被分组成两种通用类别-提供速度精确度好于lOm/s的装备以及提供精确度好于2m/s的装备。这个值可以从与GPS源的精确度相关的假设中得到。
未外推时间是GPS传感器的最差情况传输时间减去背景部分中的第一引证声明中所允许的历书的基准时间分配(即100毫秒(msec))。在IHz GPS传感器的情况下，该最差情况传输时间为1. 2秒，以及因此该未外推时间将为1.1秒。5Hz GPS传感器的最差情况传输时间为240毫秒。在这种情况下，第二个等式中的乘数被修改为O. 140秒(240毫秒-100毫秒=140毫秒)ο
使用IHz GPS传感器的示例导致了对HIL的以下修改。
458. 6m = 277. 8m+ (154. 33m/s+10m/s) *1.1s
利用5Hz GPS传感器的相同示例导致了对HIL的以下修改
294. 2m = 277. 8m+ (154. 33m/s+10m/s) *0. 14s
虽然仅在极地地区中限定了本发明，但如果可接受的话，用于使完整性值膨胀的同样的方法可被更广泛地使用在其它应用中。
以下是在正常(现有技术)模式和膨胀(本发明)模式中的示例间歇振荡器字段数据。在这些示例中，使用了 IHz GPS源(最大更新间隔1200ms)。空中情况假设了 300kts(154. 33m/s)的地速，而地上情况假设了 30kts (15. 433m/s)的地速。
权利要求
1.一种方法，包括 在处理设备(24)处 基于预定义的状况来使位置源系统停用对外推位置信息的执行； 从所述位置源系统接收地速信息，以及水平完整性级别(HIL)值和水平品质因数(HFOM)值； 基于所接收到的HFOM值和HIL值以及地速信息来计算膨胀的HFOM值和HIL值； 基于所计算的膨胀的HFOM值和HIL值来生成广播式自动相关监视(ADS-B) OUT信号；以及 从耦合到所述处理设备的发送机(24，28)发送所生成的ADS-B OUT信号。
2.权利要求1的方法，其中所述处理设备包括ADS-B转发器。
3.权利要求1的方法，其中所述处理设备和发送机位于交通工具上。
4.权利要求3的方法，其中所述交通工具包括飞行器。
5.权利要求4的方法，其中预定义的状况包括指示了所述飞行器在预定义的极地地区内的位置信息。
6.权利要求1的方法，进一步包括确定未外推时段，其中计算膨胀的HFOM值和HIL值进一步基于所确定的未外推时段。
7.权利要求1的方法，其中，所述位置源系统包括全球定位系统(GPS)。
8.一种位于交通工具中的系统(20)，所述系统包括 定位系统(26)，被配置成提供地速信息以及水平完整性级别(HIL)值和水平品质因数(HFOM)值； 处理设备(24)，被配置成 基于预定义的状况来使所述定位系统停用对外推位置信息的执行； 基于所接收到的HFOM值和HIL值以及地速来计算膨胀的HFOM值和HIL值； 基于所计算的膨胀的HFOM值和HIL值来生成广播式自动相关监视(ADS-B) OUT信号；以及 发送机(24，28)，被配置成发送所生成的ADS-B OUT信号。
9.权利要求8的系统，其中所述交通工具包括飞行器，其中所述定位系统包括全球定位系统(GPS)，以及其中所述预定义的状况包括指示了所述飞行器在预定义的极地地区内的位置信息。
10.权利要求8的系统，其中所述处理设备被进一步被配置成确定未外推时段，其中基于所确定的未外推时段来进一步计算所述膨胀的HFOM值和HIL值。
全文摘要
用于在未发生外推的时期期间尽可能准确地报告位置及相关联的完整性的系统和方法。在一个示例中，处理设备(24)基于预定义的状况来停用全球定位系统(GPS)位置信息的外推，从全球定位系统(GPS)接收地速信息，以及HFOM值和HIL值；基于所接收到的HFOM值和HIL值以及地速来计算膨胀的HFOM值和HIL值，以及基于所计算的膨胀的HFOM值和HIL值来生成广播式自动相关监视(ADS-B)OUT信号。耦合到所述处理设备的发送机(24，28)发送所生成的ADS-B OUT信号。
文档编号G01S19/08GK103018751SQ20121043864
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月22日
发明者B·D·韦布, J·萨沃伊 申请人:霍尼韦尔国际公司