[发明专利]一种冗余式捷联惯导系统多故障隔离方法

说明书

本发明公开了一种冗余式捷联惯导系统多故障隔离方法。该方法首先采集冗余式惯性导航系统惯性器件输出数据，利用广义似然比方法进行故障检测，检测得到冗余式捷联惯导系统发生故障时，利用线性估计方法估计得到故障时刻惯性器件输出的预测值，最后比较惯性器件预测值与输出值差值，定位故障惯性器件，并隔离故障惯性器件。该方法将广义似然比方法与线性估计方法相结合，充分利用广义似然比方法灵敏度高、便于实现，以及线性估计方法计算量小、准确性高等特点，在冗余式惯性导航系统多个惯性器件同时发生故障时，及时并准确隔离故障惯性器件，保障惯导系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及捷联惯导系统领域，特别是一种冗余式捷联惯导系统多故障隔离方法。

背景技术

航天、航空领域极其重视自主导航系统可靠性，通过系统级冗余或器件冗余的方式提高惯导系统可靠性，因此冗余技术成为提高惯导系统可靠性最常采用的系统措施。冗余式捷联惯导系统中任何一个加速度计或陀螺仪惯性敏感元件失灵不能正常工作时，都有可能带来严重的后果。为防止导航过程发生故障而导致导航任务瘫痪，必须对冗余式捷联惯导系统的运行状态进行故障检测与隔离，保证导航过程安全可靠。

故障检测是利用各种检查测试方法发现系统和设备是否存在故障的过程，故障隔离紧跟在故障检测之后，确定故障发生的位置、种类和发生时间的过程。当惯导系统采用冗余配置模式时，惯性器件不再是传统的正交配置方式，因此单一的惯性器件故障不会导致整个惯导系统失效。利用惯性器件敏感轴间的相互耦合关系，可实现冗余系统中故障器件的检测与隔离。通过对系统运行状态的故障诊断和隔离，防止导航过程发生故障进而导致系统瘫痪。

现有的故障检测与隔离方法种类繁多，其中，基于解析模型的故障检测与隔离方法，是利用系统精确的数学模型和可观测输入输出量构造残差信号来反映系统期望行为与实际运行模式之间的不一致，并基于对残差信号的分析进行故障检测与隔离的方法，能深入系统本质的动态性质和实时诊断，尤其对线性系统的研究较为透彻，但多是针对单故障的冗余式捷联惯导系统的故障检测与隔离。Daly等人在《Generalized likelihood testfor FDI in redundant sensor configurations》(发表于《Guidance and Control》，1979年，02期)提出一种经典并沿用至今的故障检测与隔离方法—广义似然比故障检测与隔离方法，检测灵敏度高且计算量小，便于工程实现而得到了广泛应用。但该方法仅适用于单故障的检测与隔离，且故障检测与隔离分开进行，导致故障隔离率低于故障检测率。杨伯军等人在《惯性冗余系统奇偶向量法故障检测与识别技术研究》(发表于《战术导弹技术》，2009年，04期)提出的最优奇偶向量检测法将故障检测与隔离同时进行，提高了故障的正确隔离率，但同样更适用于单故障的检测与隔离。Duk-Sun Shim等人在《Geometric FDI based onSVD for Redundant Sensor Systems》(发表于《Asian Control Conference，2004年，02期》提出的奇异值分解法虽然可成功检测并隔离冗余式捷联惯导系统的双故障，但其计算量大，故障检测延时大，且无法准确隔离两个以上惯性器件同时发生故障的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测快速，能够准确隔离两个及两个以上惯性器件故障的冗余式捷联惯导系统多故障隔离方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤一：获取冗余式捷联惯导系统的惯性器件数量，对惯性器件依次编号，利用广义似然比故障检测方法构造故障检测函数，确定故障门限值；

步骤二：实时采集冗余式捷联惯导系统中m个惯性器件输出数据w_j(t)；

其中，j＝1,2,...,m，m为惯性器件数量，t为数据采集时刻。

步骤三：利用惯性器件输出数据计算故障检测函数值，进行故障检测；