一種姿態航向角的余度管理算法
【技術領域】
[0001]本發明屬于飛行控制系統領域，特別是涉及飛行控制系統或飛機管理系統多余度信號余度管理策略問題。
【背景技術】
[0002]飛機姿態角、航向角是描述飛機在慣性坐標系中的姿態，是飛行控制的重要參數，飛機通過兩余度激光捷聯慣導和單余度光纖航姿部件實現飛機姿態、航向的測量解算，
[0003]現有技術中，對姿態航向角的精度計算以及校正方法都達到了很精確的地步，例如申請號為201310633933.X的中國專利申請中，提出了一種用于導航系統的姿態及航向角的校正方法，包括提出了基于改進擴展卡爾曼濾波的橢球擬合方法進行磁強計誤差補償、姿態角的誤差二級建模和校正以及實現整個系統誤差校正的有效方法。該發明用于由慣性測量單元(MU)和磁強計等組成的慣性組合導航與定位系統中的姿態及航向角的誤差校正。然而，對于在航向角達到±180°附近值時，根據其定義，三通道傳感器測量值會出現正負號的問題從而會出現較大的誤判，同時，不能僅僅為了判斷結果而進行絕對值的運算導致在該技術領域中沒有較大的技術突破，以航向角為例，在范圍-180°?180°內，在航向角達到±180°附近值時，根據其定義，三通道傳感器測量值會出現正負號的問題:一個信號從179度繼續順時針旋轉，先到180度，再繼續順時針旋轉，變成-179度。這樣在180度附近時可能會出現兩個信號-179度，一個信號179度這種情況，如果采用傳統的三余度監控表決算法，由于兩個信號為-179度，另一個信號為179，與其它兩路信號相差358度，會將該通道置故障。但是實際上該通道與其他兩個通道僅差2度。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明提出了一種姿態航向角的余度管理算法，包括以下步驟:
[0005]S1、獲取來自慣導1、慣導2及航姿部件的三余度航向角，依次記做G1、G2和HZ ；
[0006]S2、計算差值，分別計算航姿角HZ和兩個慣導角Gl與G2的差值的絕對值Λ ab和Λ ac，若Λ ab > 180。，則令Aab = 360。_Aab，Aac 同理；
[0007]S3、計算轉換基準值，取Λ ab與Δ ac中較少的值作為轉換基準值JZ ；
[0008]S4、分別對三余度航向角Gl、G2和HZ進行歸一化處理，對于G1，比較abs([Gl]-JZ)、abs([Gl+360° ]-JZ)、abs ([Gl-360。]-JZ)三個值的大小，將最小值對應的中擴號[]中的值賦給G1，其中abs表示絕對值，G2和HZ同理進行重新賦值；
[0009]S5、采用三余度監控表決算法輸出表決值，對G1、G2和HZ兩兩進行比較，舍去差值較大的姿態航向角；
[0010]S6、表決輸出處理，當步驟S5中的表決值> 180°時，最終輸出表決值為前一步結果減掉360°，當第四步中的表決值<-180°時，最終輸出表決值為前一步結果加上360。。
[0011]優選的是，在所述步驟S5中，舍去差值較大的姿態航向角的比較值為幅值門限，所述幅值門限取值范圍為5°?10°。
[0012]本技術的優點在于，采用以上方案后，解決了傳統余度管理算法無法解決的180度附近符號跳變問題，保證了對三余度信號的正確監控和表決。
【附圖說明】
[0013]圖1是根據本發明姿態航向角的余度管理算法的一優選實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。
[0015]本發明提出了一種姿態航向角的余度管理算法，對來自慣導1、慣導2及航姿部件的三余度航向角進行監控表決。
[0016]如圖1所示，首先對信號進行處理，解決換向問題，然后對三余度信號進行比較監控和表決。
[0017]第一步:計算差值
[0018]計算Λ ab = abs (航姿-慣導I)；
[0019]如果Λab >180。，則令Λ ab = 360。- Δ ab ；
[0020]計算Λ ac = abs (航姿-慣導2)
[0021]如果Aac>180。，則令Aac = 360。-Aac。
[0022]第二步:計算轉換基準值
[0023]如果第一步中的Λ ab >Δ ac，則基準值為慣導2，否則基準值為慣導I。
[0024]第三步:分別對航姿、慣導1、慣導2進行歸一化處理
[0025]以航姿的歸一化處理為例，比較abs (【航姿】-基準)、abs (【航姿+360°】-基準)、abs (【航姿-360°】-基準)三個值的大小，取最小值對應的【】中的值賦給航姿，慣導I和慣導2也按照同樣算法進行歸一化處理。
[0026]第四步:對第三步中歸一化處理后的航姿、慣導1、慣導2進行三余度比較監控，輸出表決值。
[0027]第五步:表決輸出處理
[0028]當第四步中的表決值> 180°時，最終輸出表決值為前一步結果減掉360°，當第四步中的表決值<-180°時，最終輸出表決值為前一步結果加上360°。
[0029]以三余度信號:a = 179度，b = — 178度，c = 一 150度為例:
[0030]第一步:
[0031]計算Λab = abs (179+178) = 357 度；
[0032]且Λab >180。，則 Λ ab = 360-357 = 3 度；
[0033]計算Λac = abs (179+150) = 329 度；
[0034]且Λac >180。，則 Λ ac = 360-329 = 31 度；
[0035]第二步:
[0036]由于Λ ab< Δ ac,因此采用慣導I為基準，即基準值為b (-178度)。
[0037]第三步:
[0038]歸一化處理:
[0039]a 信號:
[0040]abs (【a】一基準)=357
[0041]abs (【a+360】-基準)=713
[0042]abs (【a_360】-基準)=3
[0043]其中abs (【a-360】-基準)=3為最小，因此a (歸一化)=a — 360度=-181
[0044]同理:b(歸一化)=-178 ；c (歸一化)=-150 度；
[0045]第四步:采用三余度監控表決算法，由于ab相差小于門限10度，而c與a和b相差均大于10度，因此置C通道故障。表決值輸出a和b的均值:-179.5度。
[0046]第五步:
[0047]由于表決值-179.5在(-180，+180)區間內，因此直接輸出-179.5度。
[0048]需要說明的是，本發明姿態航向角的余度管理算法包括上述實施例中的任何一項及其任意組合，但上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種姿態航向角的余度管理算法，其特征在于，包括以下步驟: 51、獲取來自慣導1、慣導2及航姿部件的三余度航向角，依次記做G1、G2和HZ； 52、計算差值，分別計算航姿角HZ和兩個慣導角Gl與G2的差值的絕對值Λab和Λ ac，若Λ ab > 180。，則令Λ ab = 360。- Δ ab, Δ ac 同理； 53、計算轉換基準值，取Λab與Δ ac中較少的值作為轉換基準值JZ ； 54、分別對三余度航向角Gl、G2和HZ進行歸一化處理，對于G1，比較abs([Gl]-JZ)、abs ([Gl+3600 ]-JZ), abs ([Gl-3600 ]-JZ)三個值的大小，將最小值對應的中擴號口中的值賦給G1，其中abs表示絕對值，G2和HZ同理進行重新賦值； 55、采用三余度監控表決算法輸出表決值，對G1、G2和HZ兩兩進行比較，舍去差值較大的姿態航向角； 56、表決輸出處理，當步驟S5中的表決值>180°時，最終輸出表決值為前一步結果減掉360°，當第四步中的表決值<-180°時，最終輸出表決值為前一步結果加上360°。
2.根據權利要求1所述的姿態航向角的余度管理算法，其特征在于:在所述步驟S5中，舍去差值較大的姿態航向角的比較值為幅值門限，所述幅值門限取值范圍為5°?10。。
【專利摘要】本發明提供了一種姿態航向角的余度管理算法，首先對信號進行處理，解決換向問題，然后對三余度信號進行比較監控和表決，通過計算兩個慣導值與航姿部件差值來獲取基準值，之后進行歸一化處理來解決換向問題，解決了傳統余度管理算法無法解決的180度附近符號跳變問題，保證了對三余度信號的正確監控和表決。
【IPC分類】G01C21-20
【公開號】CN104677360
【申請號】CN201510102854
【發明人】王允輝, 韓淑梅, 張冬
【申請人】中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月9日