(57)【要約】      （修正有）【課題】耐故障性の慣性測定をより低いコストで実現する。【解決手段】耐故障性アビオニクスアーキテクチャをビークルにおいて実装する方法は、パリティロジックを使用して、パリティチェック中に少なくとも３つの非故障性慣性測定装置の機能を監視すること、及びパリティチェック中に慣性測定装置期待性能から閾値を計算することを含む。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、当該方法はパリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて、故障した慣性測定装置を識別することを含む。各慣性測定装置は、少なくとも１つの３つ組センサを備える。【選択図】図１
2008268214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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であって、該パリティ空間は前記測定値空間に直交する、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は慣性測定装置に関し、詳細にはビークル（vehicle）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に関する。
【背景技術】
【０００２】
慣性測定装置が航空機又は誘導ミサイル等のビークルの追跡に使用される場合、慣性測定装置のうちの１つが故障すると、ビークルが軌道から外れる場合がある。任務の成功が極めて重要である場合、故障に対する許容性はゼロにまで下げられる。耐故障性の（ｆａｕｌｔ  ｔｏｌｅｒａｎｔ）慣性測定装置は非常に高価であるため、耐故障性慣性測定装置を必要とするシステムのコストは、特に、ミサイル等の一度しか使用できないビークルにおいて法外に高くなり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、耐故障性の慣性測定をより低いコストで実現することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の実施の形態では、耐故障性アビオニクス（航空電子工学）アーキテクチャをビークルにおいて実装する方法が提供される。この方法は、パリティロジックを使用して、パリティチェック中に少なくとも３つの耐故障性でない慣性測定装置の機能を監視すること、及び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ことを含む。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、パリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて、故障した慣性測定装置を識別する。各慣性測定装置は、少なくとも１つの３つ組センサを備える。
【０００５】
慣行に従い、説明される各種の特徴は一定の縮尺で描かれず、本発明に関連する特徴を強調するように描かれている。参照符号は、図及びテキストを通して同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなし、本発明を実施し得る特定の例示的な実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用してもよく、本発明の範囲から逸脱することなく論理的変更、機械的変更、及び電気的変更を行ってもよいことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明を制限の意味で解釈すべきではない。
【０００７】
図１〜図３は、ビークルの二重耐故障性アビオニクス（航空電子工学、avionics）システムの実施形態を表すブロック図である。ビークルの二重耐故障性アビオニクスシステムの二重耐故障性アビオニクスアーキテクチャによって、４つの慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）のうちの１つの慣性測定装置１００−ｉが故障した後でも二重耐故障性アビオニクスシステムを使用することが可能である。二重耐故障性アビオニクスシステムは、４つの慣性測定装置のうちの２番目の装置が故障した場合のみ機能停止する。本実施形態の一実施態様では、バックアップ慣性測定装置を使用して、二重耐故障性アビオニクスシステムを引き続き使用することが可能である。
【０００８】
図１は、ビークル２０の二重耐故障性アビオニクスシステム５０の一実施形態を表すブロック図である。ビークル２０の二重耐故障性アビオニクスシステム５０の二重耐故障性アビオニクスアーキテクチャによって、４つの慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）のうちの１つの慣性測定装置１００−ｉが故障した後でも二重耐故障性アビオニクスシステム５０を使用することが可能である。
【０００９】
二重耐故障性アビオニクスシステム５０は、ビークル・マスタ・コンピュータ２００、４つの非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）、及びバックアップ非耐故障性慣性測定装置１１５−Ａを含む。非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）は、本明細書では、「慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）」とも呼ばれる。非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）及びバックアップ慣性測定装置１１５−Ａは、単連の（single-string）非耐故障性ユニットである。単連の慣性測定装置における単一の故障は、その慣性測定装置全体の故障に繋がる。
【００１０】
各非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）はそれぞれ、３つ組の加速度計１１０（Ａ〜Ｄ）を含む。３つ組加速度計１１０はそれぞれ、３つの加速度センサを備える。１つの３つ組を形成する加速度センサは互いに直交するように位置合わせされて、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺで表される軸又はベクトルＸ’、Ｙ’、及びＺ’で表される軸等の、３つの直交する各方向での加速度を測定する。３つ組を形成する加速度センサは、ビークル２０と同じ加速度を受けるように、ビークル２０の取付枠に取り付けられる。
【００１１】
３つ組加速度計１１０−ｉは、３つ組加速度計１１０−ｊと異なる向きであってもよく、又は同じ向きであってもよい。例えば、３つ組加速度計１１０−Ａ及び１１０−Ｂは、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺに並んでよく、３つ組加速度計１１０−ＣはベクトルＸ’、Ｙ’、及びＺ’に並んでよく、３つ組加速度計１１０−Ｄ及び１１０−Ｅは他の組の直交ベクトルに並んでよい。本実施形態の別の実施態様では、３つ組加速度計１１０（Ａ〜Ｅ）はすべて、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺに平行する軸等の同じ軸に並ぶ。
【００１２】
ビークル２０は、衛星、ミサイル、ジェット機、航空機、ヘリコプター、及び他の任意の種類の航空車両であってもよい。非耐故障性加速度計１１０は、民生用（commercial off the shelf）（ＣＯＴＳ）装置、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＢＧ１９３０ ＭＥＭＳ  慣性測定装置（Inertial Measurement Unit）（ＩＭＵ）等の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計、ＱＡ−２０００振子式質量加速度計（pendulous mass accelerometer）及びＱＡ−３０００振子式質量加速度計、ＳＦＩＲ振子式積分ジャイロ加速度計及びＰＩＧＡ振子式積分ジャイロ加速度計、並びに他の種類の加速度計であってもよい。
【００１３】
本実施形態の一実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５０は、５つ以上の非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｎ）を備える。本実施形態の別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５０は、２つ以上のバックアップ非耐故障性慣性測定装置１１５（Ａ〜Ｍ）を備える。本実施形態のさらに別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５０は、バックアップ非耐故障性慣性測定装置１１５−Ａを備えない。
【００１４】
ビークル・マスタ・コンピュータ２００は、プログラマブルプロセッサ２１０、メモリ２１５、及び少なくとも１つの記憶媒体２２０を備える。ビークル・マスタ・コンピュータ２００のプログラマブルプロセッサ２１０は、接続１１１を介して慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）から入力を受け取る。特に、プログラマブルプロセッサ２１０は、少なくとも各慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）の各々における３つ組加速度計１１０（Ａ〜Ｄ）からビークル２０の加速度を示す情報を受け取る。
【００１５】
ビークル・マスタ・コンピュータ２００は、接続１１２を介してバックアップ慣性測定装置１１５−Ａに通信可能に結合される。接続１１２を必要に応じて使用して、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）のうちの１つが故障した場合に、入力をバックアップ慣性測定装置１１５−Ａからプログラマブルプロセッサ２１０に送ることができる。接続１１１及び１１２は、トレース線、ワイヤ、光学通信リンク、又は無線周波数リンクであってもよい。
【００１６】
プログラマブルプロセッサ２１０は、記憶媒体２２０に記憶されているコンピュータ実行可能命令２３０を実行する。コンピュータ実行可能命令２３０は、ビークル・マスタ・コンピュータ２００が慣性測定装置１００及び１１５と対話できるようにするコンピュータコード、変数記憶装置、制御ロジック、並びにソフトウェアインタフェースをそれぞれ含むソフトウェアの各種要素を含む。プログラマブルプロセッサ２１０は、本明細書においてビークル・マスタ・コンピュータ２００及び／又はプログラマブルプロセッサ２１０によって実行されるものとして述べられている処理のうちの少なくともいくつかをプログラマブルプロセッサ２１０に実行させるソフトウェア及び／又はファームウェアを実行する。プログラマブルプロセッサ２１０によって実行されるこのようなソフトウェア及び／又はファームウェアの少なくとも一部並びに関連する任意のデータ構造は、実行中にメモリ２１５に記憶される。メモリ２１５は、現在既知の、又は後に開発される任意の適したメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、及び／又はプログラマブルプロセッサ２１０内のレジスタ等を含む。
【００１７】
一実施態様では、プログラマブルプロセッサ２１０は、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含む。さらに、プログラマブルプロセッサ２１０及びメモリ２１５は、図１では別個の要素として示されるが、一実施態様では、プログラマブルプロセッサ２１０及びメモリ２１５は単一の装置（例えば、単一の集積回路素子）に実装される。プログラマブルプロセッサ２１０によって実行されるソフトウェア及び／又はファームウェアは、記憶媒体２２０に記憶されるか、又は別の様式で具現される複数のプログラム命令を含み、記憶媒体２２０から、このようなプログラム命令の少なくとも一部が読み出されて、プログラマブルプロセッサ２１０によって実行される。一実施態様では、プログラマブルプロセッサ２１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のプロセッサ・サポート・チップ及び／又はシステム・サポート・チップを含む。
【００１８】
コンピュータプログラム命令及びデータを実体的に具体化するのに適した記憶装置としては、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリ装置等の半導体メモリ装置を含むすべての形態の不揮発性メモリ、内部ハードディスク及びリムーバブルディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、並びにＤＶＤディスクが挙げられる。上記のいずれも、特に設計されているＡＳＩＣによって補足されてもよく、又はそれに組み込んでもよい。
【００１９】
プログラマブルプロセッサ２１０で実行されるコンピュータ実行可能命令２３０及び／又はファームウェアは、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）から受け取った加速度情報を処理し、受け取った情報を使用して、パリティロジックを使用して非耐故障性慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）の機能を監視する。
【００２０】
プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティチェック中に慣性測定装置の期待性能から計算される閾値に基づいて、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）のいずれか１つのあらゆる故障を検出することが可能である。プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて、故障した慣性測定装置１００−ｉを識別することが可能である。故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、故障した慣性測定装置１００−ｉの動作を一時停止させる。
【００２１】
本実施形態の一実施態様では、故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５０のバックアップ慣性測定装置１１５−Ａを動作させてビークル２０を追跡すると共に、パリティロジックを引き続き使用し、完全に機能している慣性測定装置１００（ｊ〜ｌ）及びバックアップ慣性測定装置を使用して動作中の測定装置の機能を監視する。
【００２２】
本実施形態の別の実施態様では、プログラマブルプロセッサは、パリティロジックを引き続き使用して、完全に機能している残りの３つの測定装置１００の健康状態及び機能を監視する（バックアップ慣性測定装置１１５−Ａは使用されず、そのため、上記故障後、完全に機能している３つの慣性測定装置１００（ｊ〜ｌ）がビークル２０の追跡に使用される）。この場合、もう１つの慣性測定装置が故障すれば、その２番目の故障はプログラマブルプロセッサ２１０によって検出される。次に、２番目の故障後に、完全に機能している２つの慣性測定装置１００（ｊ、ｋ）及びこれもまた完全に機能しているバックアップ慣性測定装置１１５−Ａを使用してビークル２０を追跡するように、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５０のバックアップ慣性測定装置１１５−Ａを動作させて、パリティロジックを引き続き使用して動作中の測定装置の機能を監視することが求められる。追加のバックアップ慣性測定装置１１５がある場合、二重耐故障性アビオニクスシステム５０はなお動作することが可能であり、プログラマブルプロセッサ２１０は、完全に機能している慣性測定装置１００及び完全に機能しているバックアップ慣性測定装置１１５の機能を監視する。
【００２３】
プログラマブルプロセッサが機能する基となるソフトウェア及び方法について、図５の方法５００及び図６の方法６００をそれぞれ参照して後述する。
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。
【００２４】
各非耐故障性慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）はそれぞれ、本明細書では「ジャイロ１２０（Ａ〜Ｄ）」とも呼ばれる３つ組のジャイロスコープ１２０（Ａ〜Ｄ）を備える。各三つ組ジャイロ１２０は、３つの角速度（angular rate)センサ（本明細書では「角速度(angular velocity）センサ」とも呼ばれる）を含む。１つの３つ組を形成する速度センサは互いに直交するように位置合わせされて、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺで表される軸又はベクトルＸ’、Ｙ’、及びＺ’で表される軸等の３つの直交する各方向でのビークル２０の角速度を測定する。３つ組を形成する角速度センサは、ビークル２０と同じ角速度で動くように、ビークル２０の取付枠に取り付けられる。
【００２５】
３つ組ジャイロ１２０−ｉは、３つ組ジャイロ１２０−ｊと異なる向きであってもよく、又は同じ向きであってもよい。例えば、３つ組ジャイロ１２０−Ａ及び１２０−Ｂは、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺに並んでよく、３つ組ジャイロ１２０−ＣはベクトルＸ’、Ｙ’、及びＺ’に並んでよく、３つ組ジャイロ１２０−Ｄ及び１２０−Ｅは他の組の直交ベクトルに並んでよい。本実施形態の別の実施態様では、３つ組ジャイロ１２０（Ａ〜Ｅ）はすべて、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺに平行する軸等の同じ軸に並ぶ。
【００２６】
非耐故障性ジャイロスコープ１２０は、民生用（ＣＯＴＳ）装置、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロ、レーザジャイロ、光ファイバジャイロ、１自由度若しくは２自由度の回転型ジャイロ、又は他の種類のジャイロであってもよい。
【００２７】
本実施形態の一実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５１は、５つ以上の非耐故障性慣性測定装置３００（Ａ〜Ｎ）を備える。本実施形態の別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５１は、２つ以上のバックアップ非耐故障性慣性測定装置３１５（Ａ〜Ｍ）を備える。本実施形態のさらに別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５１は、バックアップ非耐故障性慣性測定装置３１５−Ａを備えない。
【００２８】
ビークル・マスタ・コンピュータ２０１は、コンピュータ実行可能命令２３０ではなくコンピュータ実行可能命令２３１を含むことを除き、図１を参照して上述したビークル・マスタ・コンピュータ２００と同じ構造及び機能を有する。ビークル・マスタ・コンピュータ２０１のプログラマブルプロセッサ２１０は、接続１１３を介して慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）から入力を受け取る。特に、プログラマブルプロセッサ２１０は、少なくとも慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）の各々におけるの３つ組ジャイロ１２０（Ａ〜Ｄ）からビークル２０のコンピュータ実行可能命令２３１を受け取る。
【００２９】
ビークル・マスタ・コンピュータ２０１は、接続１１４を介してバックアップ慣性測定装置３１５−Ａに通信可能に結合される。接続１１４を必要に応じて使用して、慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）のうちの１つが故障した場合に、入力をバックアップ慣性測定装置３１５−Ａからプログラマブルプロセッサ２１０に送ることができる。接続１１３及び１１４は、トレース線、ワイヤ、光学通信リンク、又は無線周波数リンクであってもよい。
【００３０】
プログラマブルプロセッサ２１０は、記憶媒体２２０に記憶されているコンピュータ実行可能命令２３１を実行する。コンピュータ実行可能命令２３１は、ビークル・マスタ・コンピュータ２０１が慣性測定装置３００及び３１５と対話できるようにするコンピュータコード、変数記憶装置、制御ロジック、並びにソフトウェアインタフェースをそれぞれ含むソフトウェアの各種要素を含む。プログラマブルプロセッサ２１０は、本明細書においてビークル・マスタ・コンピュータ２０１及び／又はプログラマブルプロセッサ２１０によって実行されるものとして述べられている処理のうちの少なくともいくつかをプログラマブルプロセッサ２１０に実行させるソフトウェア及び／又はファームウェアを実行する。プログラマブルプロセッサ２１０によって実行されるこのようなソフトウェア及び／又はファームウェアの少なくとも一部並びに関連する任意のデータ構造は、実行中にメモリ２１５に記憶される。
【００３１】
プログラマブルプロセッサ２１０で実行されるコンピュータ実行可能命令２３１及び／又はファームウェアは、慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）から受け取った角速度情報を処理し、受け取った情報を使用して、パリティロジックを使用して非耐故障性慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）の機能を監視する。プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティチェック中に慣性測定装置の期待性能から計算される閾値に基づいて、慣性測定装置３００（Ａ〜Ｄ）のいずれか１つのあらゆる故障を検出することが可能である。プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて、故障した慣性測定装置３００−ｉを識別することが可能である。故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、故障した慣性測定装置３００−ｉの動作を一時停止させる。
【００３２】
本実施形態の一実施態様では、故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５１のバックアップ慣性測定装置１１５−Ａを動作させてビークル２０を追跡すると共に、パリティロジックを引き続き使用して、完全に機能している慣性測定装置３００（ｊ〜ｌ）及びバックアップ慣性測定装置３１５−Ａを使用して動作中の慣性測定装置３００（ｊ〜ｌ）の機能を監視する。
【００３３】
本実施形態の別の実施態様では、プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティロジックを引き続き使用して、完全に機能している残りの３つの測定装置３００の機能を監視する（バックアップ慣性測定装置３１５−Ａは使用されず、そのため、上記故障後、完全に機能している３つの慣性測定装置３００（ｊ〜ｌ）がビークル２０の追跡に使用される）。この場合、もう１つの慣性測定装置が故障すれば、その２番目の故障はプログラマブルプロセッサ２１０によって検出される。次に、２番目の故障後に、完全に機能している２つの慣性測定装置３００（ｊ、ｋ）及びこれもまた完全に機能しているバックアップ慣性測定装置３１５−Ａを使用してビークル２０を追跡するように、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５１のバックアップ慣性測定装置３１５−Ａを動作させて、パリティロジックを引き続き使用して動作中の測定装置の機能を監視することが求められる。追加のバックアップ慣性測定装置３１５がある場合、二重耐故障性航空電子光学システム５１は依然として動作することが可能であり、プログラマブルプロセッサ２１０は、完全に機能している慣性測定装置３００の機能及び完全に機能しているバックアップ慣性測定装置３１５の機能を監視する。
【００３４】
プログラマブルプロセッサが機能する基となるソフトウェア及び方法について、図５の方法５００及び図６の方法６００をそれぞれ参照して後述する。
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。
【００３５】
各非耐故障性慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）はそれぞれ、３つ組加速度計１１０（Ａ〜Ｄ）及び３つ組ジャイロスコープ１２０（Ａ〜Ｄ）を含む。各慣性測定装置４００内の３つ組ジャイロスコープ１２０及び３つ組加速度計１１０のそれぞれは、ベクトルＸ、Ｙ、及びＺで表される軸及び／又はベクトルＸ’、Ｙ’、及びＺ’で表される軸等の同じ組又は異なる組の直交する軸に位置合わせしてもよい。３つ組センサを形成する角速度センサ及び加速度計は、ビークル２０と同じ角速度及び同じ加速度で動くように、ビークル２０の取付枠に取り付けられる。
【００３６】
本実施形態の一実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５２は、５つ以上の非耐故障性慣性測定装置４００（Ａ〜Ｎ）を備える。本実施形態の別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５２は、２つ以上のバックアップ非耐故障性慣性測定装置４１５（Ａ〜Ｍ）を備える。本実施形態のさらに別の実施態様では、二重耐故障性アビオニクスシステム５２は、バックアップ非耐故障性慣性測定装置４１５−Ａを備えない。
【００３７】
ビークル・マスタ・コンピュータ２０２は、ビークル・マスタ・コンピュータ２０２のコンピュータ実行可能命令２３０がコンピュータ実行可能命令２３２に置き換えられることを除き、図１を参照して上述したビークル・マスタ・コンピュータ２００と同じ構造及び機能を有する。ビークル・マスタ・コンピュータ２０１のプログラマブルプロセッサ２１０は、接続１１１及び１１３を介して慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）から入力を受け取る。特に、プログラマブルプロセッサ２１０は、少なくとも各慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）内の３つ組加速度計１１０（Ａ〜Ｄ）からビークル２０の加速度を示す情報を受け取ると共に、少なくとも各慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）内の３つ組ジャイロ１２０（Ａ〜Ｄ）からビークル２０の角速度を示す情報を受け取る。
【００３８】
ビークル・マスタ・コンピュータ２０２は、接続１１２及び１１４を介してバックアップ慣性測定装置４１５−Ａに通信可能に結合される。接続１１２及び１１４を必要に応じて使用して、慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）のうちの１つが故障した場合に、入力をバックアップ慣性測定装置４１５−Ａからプログラマブルプロセッサ２１０に送ることができる。慣性測定装置４００−ｉ内の加速度計又はジャイロのいずれか一方が故障した場合、慣性測定装置４００−ｉは故障しているとみなされ、ビークルの加速度及び速度の両方を示す情報は、バックアップ慣性測定装置４１５−Ａから受け取られる。
【００３９】
プログラマブルプロセッサ２１０で実行されるコンピュータ実行可能命令２３２及び／又はファームウェアは、慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）から受け取った加速度及び速度情報を処理すると共に、受け取った情報を使用して、パリティロジックを使用して非耐故障性慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）の機能を監視する。プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティチェック中に慣性測定装置の期待性能から計算される閾値に基づいて、慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）のいずれか１つのあらゆる故障を検出することが可能である。プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて、故障した慣性測定装置４００−ｉを識別することが可能である。故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、故障した慣性測定装置４００−ｉの動作を一時停止させる。
【００４０】
本実施形態の一実施態様では、故障が検出されると、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５２のバックアップ慣性測定装置１１５−Ａを動作させて、ビークル２０を追跡すると共に、パリティロジックを引き続き使用して、完全に機能している慣性測定装置４００（ｊ〜ｌ）及びバックアップ慣性測定装置４１５−Ａを使用して動作中の測定装置の機能を監視する。
【００４１】
本実施形態の別の実施態様では、プログラマブルプロセッサは、パリティロジックを引き続き使用して、残りの３つの動作中の測定装置４００の機能を監視する（バックアップ慣性測定装置４１５−Ａは使用されず、そのため、故障後、完全に機能している３つの慣性測定装置４００（ｊ〜ｌ）がビークル２０の追跡に使用される）。この場合、もう１つの慣性測定装置が故障すれば、その２番目の故障はプログラマブルプロセッサ２１０によって検出される。次に、２番目の故障後に、完全に機能している２つの慣性測定装置４００（ｊ、ｋ）及びバックアップ慣性測定装置４１５−Ａを使用してビークル２０を追跡するように、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステム５２のバックアップ慣性測定装置４１５−Ａを動作させて、パリティロジックを引き続き使用して動作中の測定装置の機能を監視することを求められる。追加のバックアップ慣性測定装置４１５がある場合、二重耐故障性航空電子光学システム５２は依然として動作することが可能であり、プログラマブルプロセッサ２１０は、完全に機能している慣性測定装置４００の機能及び完全に機能しているバックアップ慣性測定装置４１５の機能を監視する。
【００４２】
プログラマブルプロセッサが機能する基となるソフトウェア及び方法について、図５の方法５００及び図６の方法６００をそれぞれ参照して後述する。
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。
【００４３】
耐故障性アビオニクスアーキテクチャを使用してビークル２０のＩＭＵ機能を監視するために、プログラマブルプロセッサ２１０が実行するコンピュータ実行可能命令についての詳細をこれより説明する。アルゴリズムカバレッジ（パリティロジック）が使用されて、故障した慣性測定装置１００が検出及び分離されると共に、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）（図１）がランク付けられる。ロジックは、ビークル・マスタ・コンピュータ２００内で慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）の下流で実施される。本方法は、測定値として、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）の取付枠の感知される加速度（及び／又は感知される速度）の大きさを二乗した値を使用する。測定値として大きさを二乗した値を使用することによって、慣性測定装置取付枠の相対的な向きを任意とすることができる。また、測定値として大きさを二乗した値を使用することによって、パリティ計算の誤差原因としての慣性測定装置取付軸間のあらゆる直交回転誤差が除去される。
【００４４】
慣性測定装置の期待性能から閾値が計算され、測定値はその閾値と比較される。測定値が閾値を超える場合、慣性測定装置のうちの１つが故障している。パリティ空間において、測定値から形成されるベクトルの向きは、パリティ空間において故障した慣性測定装置を指す。そして、それによって、ビークル・マスタ・コンピュータ２００のプログラマブルプロセッサ２１０は、慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）のうちいずれが故障したかを判断することができる。
【００４５】
以下の仮定を、コンピュータ実行可能命令によって実行される計算において用いる。すなわち、４つの慣性測定装置からのデータは、完全に補償され、時間的にコヒーレントであり、感知される加速度のデータは、適切な応力中心距離補正を用いて共通点に解決され、ビークル２０の本体は、ビークルの屈曲によって各種慣性測定装置の位置で感知される速度に有意差を発生させないように十分な剛性を呈する。後者の仮定が有効ではない場合、速度差が速度パリティ故障検出閾値に計上される。本明細書において説明される故障のアルゴリズムカバレッジは、最初の慣性測定装置１１０−Ｄの故障後に正常に動作していた３つの慣性測定装置１００（Ａ〜Ｃ）での２番目の故障の検出及び分離に拡張可能である。２番目の慣性測定装置が故障した後、パリティロジックは一時停止される。
【００４６】
本実施形態の一実施態様では、最初の慣性測定装置１１０−Ｄの故障後に、バックアップ慣性測定装置１１５−Ａが実施される。本実施形態の別の実施態様では、２番目の慣性測定装置の２番目の故障後に、バックアップ慣性測定装置１１５−Ａが実施され、それによって、２番目の慣性測定装置の故障後でもパリティロジックは一時停止しない。
【００４７】
図５は、パリティロジックを使用して、少なくとも１つの３つ組センサ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の機能を監視する、本発明による方法５００の一実施形態の流れ図である。方法５００について、図１〜図４の二重耐故障性アビオニクスシステム５０〜５５を参照して説明する。本明細書において説明される方法を実行する、ソフトウェア、ファームウェア、又は他のプログラムコード等のコンピュータ実行可能命令２３０は、ビークル・マスタ・コンピュータ２００のプログラマブルプロセッサ２１０によって実行される。
【００４８】
ステップ５０２において、プログラマブルプロセッサは、接続１１１及び／又は１１３を介して、ビークル２０の加速度及び／又は角速度等の測定値を示す情報を受け取る。二重耐故障性アビオニクスシステムが図１の二重耐故障性アビオニクスシステム５０である場合、プログラマブルプロセッサ２１０はビークル２０の加速度を示す情報を受け取る。二重耐故障性アビオニクスシステムが図２の二重耐故障性アビオニクスシステム５１である場合、プログラマブルプロセッサ２１０はビークル２０の角速度を示す情報を受け取る。二重耐故障性アビオニクスシステムが図３の二重耐故障性アビオニクスシステム５２である場合、各慣性測定装置４００（Ａ〜Ｄ）の３つ組ジャイロスコープ１２０（Ａ〜Ｄ）から、感知され、完全に補償された取付枠増分速度が読み取られ、３つ組加速度計１１０（Ａ〜Ｄ）から、感知され、完全に補償された取付枠加速度が読み取られる。
【００４９】
ステップ５０４において、測定値を示す情報がフィルタリングされるか否かが判断される。フィルタリングは、データの雑音レベルを低減するために使用される。低域通過フィルタが長い時間定数と共に使用される場合、フィルタは重いフィルタリングであり、雑音は大幅に低減される。重いフィルタリングを施されたデータは、慣性測定装置の性能が徐々に低化する「軟故障（soft failure）」の判断に使用される。フィルタが使用されない場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、慣性測定装置の性能が急激且つ大幅に低下する「硬故障（hard failure）」又は「破滅的故障（catastrophic failure）」を検出することができる。本実施形態の破滅的故障の一実施態様では、慣性測定装置は機能停止する。本実施形態の一実施態様では、フィルタリングは、プログラマブルプロセッサ２１０によって実施されると共に、受け取った測定値を示す情報をフィルタリングする一次有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタアルゴリズムである。
【００５０】
フィルタリングアルゴリズムを式（１Ａ）及び式（１Ｂ）として以下に示す。
【００５１】
【数１】
2008268214.tif 000003
【００５２】
これは、以下の式（１Ｂ）に挿入される。
【００５３】
【数２】
2008268214.tif 000004
【００５４】
情報がフィルタリングされない場合、フローはステップ５０６に進む。ステップ５０６において、測定値ベクトルは、少なくとも３つの慣性測定装置から受け取った測定値を示す、フィルタリングされていない情報の大きさの二乗に基づいて形成される。本明細書に示す式は、式３９を除き、加速度測定について示されるが、本明細書を読むこと及び当該技術分野での技能に基づいて理解されるように、角速度を含むように拡張することが可能である。
【００５５】
加速度を示す情報をプログラマブルプロセッサ２１０で受け取る場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、各加速度計から各方向（Ｘ、Ｙ、及びＺ等）で感知された加速度を二乗して合算する。このようにして、式（１Ｃ）に示すように、各慣性測定装置に対して加速度測定値ｍｊが形成される。
【００５６】
【数３】
2008268214.tif 000005
【００５７】
測定値ベクトルは各加速度計からの測定値である。測定値ベクトルは、３つ組の加速度計をそれぞれ有する４つの慣性測定装置がある場合、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４を含む（４×１）ベクトルである。測定値ベクトルは、３つ組の加速度計をそれぞれ有する３つの慣性測定装置がある場合、ｍ１、ｍ２、及びｍ３を含む（３×１）ベクトルである。
【００５８】
角速度を示す情報をプログラマブルプロセッサ２１０で受け取る場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、各方向（Ｘ、Ｙ、及びＺ等）で感知された速度を二乗して合算して、速度測定値ｍ１を形成する。測定値ベクトルは、３つ組のジャイロを有する４つの慣性測定装置がある場合、（４×１）ベクトルである。測定値ベクトルは、３つ組のジャイロをそれぞれ有する３つの慣性測定装置がある場合、（３×１）ベクトルである。
【００５９】
同様に、加速度及び角速度の両方を示す情報をプログラマブルプロセッサ２１０で受け取る場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、各方向（Ｘ、Ｙ、及びＺ等）で感知された加速度を二乗して合算し、且つ各方向（Ｘ、Ｙ、及びＺ等）で角速度を二乗して合算し、測定値を形成する。使用中のＩＭＵが４つの場合、２つの４×１測定値ベクトルがある。使用中のＩＭＵが３つの場合、２つの３×１測定値ベクトルがある。
【００６０】
情報がフィルタリングされる場合、フローはステップ５０４からステップ５０８に進む。ステップ５０８において、測定ベクトルが、少なくとも３つの慣性測定装置から受け取った測定値を示す、フィルタリングされている情報の大きさの二乗に基づいて形成される。ステップ５０６を参照して行われた上記説明は、式（１Ｃ）での測定値がフィルタリングされている測定値であることを除き、このステップ５０８に当てはめることができる。
【００６１】
ステップ５１０において、測定値ベクトルは測定値空間からパリティ空間に転置される。式（２）〜式（９）は、測定値ベクトルをパリティ空間に転置するために使用される方法を示す。このステップ及び後続ステップは、フローがステップ５０６から進んだ場合、フィルタリングされていないデータから生成されたベクトルに対して実施される。同様に、このステップ及び後続ステップは、フローがステップ５０８から進んだ場合、フィルタリングされているデータから生成されたベクトルに対して実施される。
【００６２】
【数４】
2008268214.tif 000006
【００６３】
Ｈ＊は、最小二乗推定擬似逆行列である。
【００６４】
【数５】
2008268214.tif 000007
【００６５】
「Ｉ（４）」項は、４×４恒等行列を表す。
【００６６】
【数６】
2008268214.tif 000008
【００６７】
パリティ係数行列の要素は、式（１２）中の行列Ｗから導出される。測定値空間内の測定値ベクトルは、式（１２）のベクトルＷを使用してパリティ内のパリティベクトルに転置されて、式（１３）〜式（１７）に示すようなベクトルＶを生成する。ｉが１〜３の値を含み（パリティ空間方向が３つの場合）、ｊが１〜４の値を含み（測定値空間方向が４つの場合）、且つＶｉ，ｊ：＝０の場合、Ｖは３×４行列である。
【００６８】
【数７】
2008268214.tif 000009
【００６９】
Ｖ１，１：＝√（Ｗ１，１）とし、Ｖ２，２：＝√（（Ｗ２，２）−（Ｖ１，２）２）とし、且つｊが２〜４の値のときに、
【００７０】
【数８】
2008268214.tif 000010
【００７１】
である場合、
【００７２】
【数９】
2008268214.tif 000011
【００７３】
である。
ｊが３〜４の値を含み、
【００７４】
【数１０】
2008268214.tif 000012
【００７５】
とすると、
【００７６】
【数１１】
2008268214.tif 000013
【００７７】
である。
ここで、Ｖ３，３：＝√（（Ｗ３，３）−（Ｖ１，３）２−（Ｖ２，３）２）であるため、
【００７８】
【数１２】
2008268214.tif 000014
【００７９】
である。
ｊが４に等しい場合、
【００８０】
【数１３】
2008268214.tif 000015
【００８１】
であるため、完成したパリティベクトル係数行列は、
【００８２】
【数１４】
2008268214.tif 000016
【００８３】
になる。定数を定義するパリティ係数が満たされる場合、式（１８）及び式（１９）に示すように、ＶとＶの転置形（ＶＴ）とのドット積は恒等行列に等しく、またＶとＨとのドット積は零行列である。本明細書に示すパリティ係数行列の形成は、加速度計からの測定値の場合及びジャイロからの測定値の場合で同一である。
【００８４】
【数１５】
2008268214.tif 000017
【００８５】
パリティベクトルは、
【００８６】
【数１６】
2008268214.tif 000018
【００８７】
と書かれる、Ｖ（式（１７））とｍ（式（１Ｃ））とのドット積である。
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。
【００８８】
パリティベクトルの大きさの二乗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。ジャイロは、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。
【００８９】
ｉ番目の慣性測定装置の取付枠の感知加速度（スカリング後、サイズの影響及び応力中心距離補正は共通点へ）は、
【００９０】
【数１７】
2008268214.tif 000019
【００９１】
であり、式中、ηｉは、速度読み出し雑音及び速度酔歩雑音を含む。ｉ番目の慣性測定装置から測定された取付枠の感知加速度は、真の感知加速度に誤差を加えたものである。
【００９２】
【数１８】
2008268214.tif 000020
【００９３】
慣性測定装置１００（Ａ〜Ｄ）からの４つのスカラー測定感知加速度を使用して形成すべき測定値ベクトルは、
【００９４】
【数１９】
2008268214.tif 000021
【００９５】
である。
式（２２）を式（２３）に代入すると、
【００９６】
【数２０】
2008268214.tif 000022
【００９７】
になる。
式（２４）を展開し、次元δ２の項を無視し、且つｆＭｉＴ・δｆＭｉ＝δｆＭｉＴ・ｆＭｉであることに留意することによって、
【００９８】
【数２１】
2008268214.tif 000023
【００９９】
が得られる。
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。
【０１００】
式（２０）、ｐ＝Ｖ・ｍを想起し、式（２５）を式（２０）に代入すると、パリティベクトルは、
【０１０１】
【数２２】
2008268214.tif 000024
【０１０２】
である。
式（２６）は、
【０１０３】
【数２３】
2008268214.tif 000025
【０１０４】
として展開される。
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：
【０１０５】
【数２４】
2008268214.tif 000026
【０１０６】
を残す。
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。
【０１０７】
【数２５】
2008268214.tif 000027
【０１０８】
Ｖ行列（式１７）の（２，１）成分、（３，１）成分、及び（３，２）成分がゼロであり、式（２９）を成分に展開させて、
【０１０９】
【数２６】
2008268214.tif 000028
【０１１０】
が得られることに留意する。
故障検出関数は、パリティベクトルの内積である。
【０１１１】
【数２７】
2008268214.tif 000029
【０１１２】
式（３１）はパリティベクトルの大きさの二乗であり、この値を測定値の大きさの二乗の閾値と比較すべきである。
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。
【０１１３】
閾値は、ｐ個のベクトル要素が相関しないと仮定して、式（３２）：
【０１１４】
【数２８】
2008268214.tif 000030
【０１１５】
に示す故障検出関数の期待値を使用して計算される。
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、
【０１１６】
【数２９】
2008268214.tif 000031
【０１１７】
になる。
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）：
【０１１８】
【数３０】
2008268214.tif 000032
【０１１９】
において、下付きの１、２、及び３は、慣性測定装置１００−Ａである慣性測定装置の、Ｘ、Ｙ、及びＺ等の取付枠軸を指す。
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、
【０１２０】
【数３１】
2008268214.tif 000033
【０１２１】
が与えられる。
慣性測定装置１００（Ｂ〜Ｄ）に対しても同様である。
【０１２２】
【数３２】
2008268214.tif 000034
【０１２３】
式（３５）を式（３３）に代入すると、検出関数の期待値の形になる。これは、故障検出閾値の計算のベースである。
【０１２４】
【数３３】
2008268214.tif 000035
【０１２５】
次のステップは、バイアス、倍率（ＳＦ）、非直交性（ｎｏｎｏｔｈ）、読み取り雑音（ｒｏ）、及び酔歩誤差（ｒｗ）を考慮して式（３６）を展開することである。検出関数の複合期待値を次の段落に示す。
【０１２６】
このような誤差を含めた後、検出関数の複合期待値は、
【０１２７】
【数３４】
2008268214.tif 000036
【０１２８】
になる。
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（σＶＲＷ２）／（Δｔ）と表される速度読み出し雑音及び速度酔歩を含む。
【０１２９】
【数３５】
2008268214.tif 000037
【０１３０】
式（３７）は、感知速度の誤差の実際の値が書き出されたときに、式（３９）を形成するように展開される。式（３８）は、感知角速度の期待値であり、それぞれ（σＡＲＯ）／（Δｔ）及び（σＡＲＷ２）／（Δｔ）と表される角度読み出し雑音及び角度酔歩を含む。
【０１３１】
【数３６】
2008268214.tif 000038
【０１３２】
式（３８）及び式（３９）は、加速度及び角速度のそれぞれの動的に計算される閾値である。ステップ５１８において、パリティベクトルの大きさが閾値よりも大きい場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、慣性測定装置のうちの１つが故障したと判断する。慣性測定装置が加速度を測定した場合、パリティベクトルの大きさ（式（３１））は加速度閾値（式３８）と比較される。慣性測定装置が角速度を測定した場合、パリティベクトルの大きさ（式（３１））は角速度閾値（式３９）と比較される。
【０１３３】
ステップ５１８において、慣性測定装置が故障したと判断された場合、プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティベクトルの方向を求めて、いずれの慣性測定装置が故障したかを判断する。
【０１３４】
パリティベクトルの方向は、
【０１３５】
【数３７】
2008268214.tif 000039
【０１３６】
と書かれる。
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。
【０１３７】
図６は、パリティロジックを使用して、少なくとも１つの３つ組センサ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の機能を監視する、本発明による方法６００の一実施形態の流れ図である。方法６００は、慣性測定装置が故障した場合に、プログラマブルプロセッサ２１０がどのように動作するかを説明する。
【０１３８】
ステップ６０２において、プログラマブルプロセッサ２１０は、パリティロジックを使用して、少なくとも３つの非耐故障性慣性測定装置の機能を監視する。ステップ６０４において、プログラマブルプロセッサは、方法５００に関して上述したように実施されるパリティチェック中に、慣性測定装置の故障が検出されたか否かを判断する。慣性測定装置が故障していない場合、フローは６０２に戻り、またプログラマブルプロセッサは慣性測定装置の機能を引き続き監視する。
【０１３９】
本実施形態の一実施態様では、プログラマブルプロセッサ２１０は、ビークル動作の極めて重大な操作段階中のみ、パリティロジックを使用して少なくとも３つの非耐故障性慣性測定装置の機能を監視する。例えば、ビークルが衛星である場合、軌道に乗るまで、及び再突入は衛星動作の極めて重大な操作段階であると共に、耐故障性が不可欠であるため、軌道に乗るまでの間、及び再突入中に慣性測定装置はすべて動作し、且つ監視される。衛星が軌道に乗っている間は極めて重大な操作段階ではないため、例示的な衛星が軌道に乗っている間、慣性測定装置は常時オンであってもなくてもどちらでもよい。この場合の一実施形態では、慣性測定装置がオンの場合であっても、慣性測定装置を、オンである時間に必ずしも常時監視する必要はない。本実施形態の別の実施態様では、ビークルが軌道に乗っている間、又はビークルの他の非重大操作段階中、慣性測定装置の機能の査定が完了した後の時間の時々に、慣性測定装置のうちの１つのみがオンである。慣性測定装置のうちの１つのみがオンの場合、本明細書において述べるようにパリティチェックを使用して慣性測定装置の機能を監視するには３つ以上の慣性測定装置が必要であるため、慣性測定装置の機能のパリティチェックを実施することはできない。
【０１４０】
慣性測定装置のうちの１つが故障した場合、フローはステップ６０６に進む。ステップ６０６において、プログラマブルプロセッサ２１０は、３つ又は４つの慣性測定装置のいずれが故障したのかを、図５の方法５００のステップ５１８及び５２０を参照して上述したように、パリティ空間内のパリティベクトルの方向に基づいて識別する。プログラマブルプロセッサ２１０は、ステップ６０８において、故障した慣性測定装置の動作を一時停止させる。ステップ６１０において、プログラマブルプロセッサ２１０は、この故障が耐故障性アビオニクスシステムの最初の故障であるか否かを判断する。ステップ６１２において、プログラマブルプロセッサ２１０は、耐故障性アビオニクスシステムが二重耐故障性アビオニクスシステムであるか、それとも単一耐故障性アビオニクスシステムであるかを判断する。
【０１４１】
故障が最初の故障であり、且つシステムが二重耐故障性アビオニクスシステムである場合、プログラマブルプロセッサは、ステップ６１４において、単一故障後にバックアップ慣性測定装置を使用すべきか否かを判断する。本実施形態の一実施態様では、使用すべきバックアップ慣性測定装置はない。本実施形態の別の実施態様では、バックアップ慣性測定装置は、ビークルが極めて重大な動作モードにある場合のみ使用される。
【０１４２】
単一故障後にバックアップ慣性測定装置を使用すべき場合、フローはステップ６１６に進み、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を動作させて、ビークル２０を追跡する。次に、フローはステップ６１８に進み、プログラマブルプロセッサ２１０は引き続きパリティロジックを使用して、残りの３つの動作中の慣性測定装置の機能を監視する。
【０１４３】
単一故障後にバックアップ慣性測定装置を使用すべきではない場合、フローはステップ６１８に進み、プログラマブルプロセッサ２１０は引き続きパリティロジックを使用して、残りの３つの動作中の慣性測定装置の機能を監視する。本実施形態の一実施態様では、ビークル２０が極めて重大な操作段階にあるというビークル・マスタ・コンピュータ２００からの入力に基づいて、プログラマブルプロセッサ２１０は引き続きパリティロジックを使用して、少なくとも３つの非耐故障性慣性測定装置の機能を監視する。
【０１４４】
故障が最初の故障であり、且つシステムが単一耐故障性アビオニクスシステムである場合、フローはステップ６１６に進み、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を動作させてビークル２０を追跡する。次に、フローはステップ６１８に進み、プログラマブルプロセッサ２１０は引き続きパリティロジックを使用して、残りの３つの動作中の慣性測定装置の機能を監視する。
【０１４５】
故障が２番目の故障である場合、フローはステップ６１６に進み、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を動作させて、ビークル２０を追跡する。次に、フローはステップ６１８に進み、プログラマブルプロセッサ２１０は引き続きパリティロジックを使用して、残りの３つの動作中の慣性測定装置の機能を監視する。
【０１４６】
ステップ６１８から、フローはステップ６０４に戻り、また２度目に故障が検出された場合、プログラマブルプロセッサ２１０はステップ６０６〜６１８を経て進む。
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。
【０１４７】
特定の実施形態を本明細書に図示及び説明してきたが、図示した特定の実施形態を、同じ目的を達成するように計算される任意の構成で置き換えてもよいことが当業者に理解されるであろう。本願は、本発明のあらゆる適合形態又は変形形態の包含を意図する。したがって、本発明は特許請求の範囲及びその均等物によってのみ制限されることを明らかに意図する。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】ビークルの二重耐故障性アビオニクスシステムの実施形態を表すブロック図である。
【図２】ビークルの二重耐故障性アビオニクスシステムの実施形態を表すブロック図である。
【図３】ビークルの二重耐故障性アビオニクスシステムの実施形態を表すブロック図である。
【図４】ビークルの単一耐故障性アビオニクスシステムの一実施形態を表すブロック図である。
【図５】パリティロジックを使用して、少なくとも１つの３つ組センサ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の機能を監視する、本発明による方法の一実施形態の流れ図である。
【図６】ビークル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、本発明による方法の一実施形態の流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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