[发明专利]一种多重循环迭代滑窗累积的复合故障自适应检测方法

权利要求书

1.一种多重循环迭代滑窗累积的复合故障自适应检测方法，其特征在于,包括下列步骤：

(1)初始化，设全部观测量集合为其中：y₁为第1项观测量，y₂为第2项观测量，为第n_all项观测量，累积检测历元数为T_i，令T_i＝0，i＝1,2,…n_all，其中n_all为子系统全部观测量的数量；设置最大滑动窗口长度w_max；

(2)设当前时刻为k时刻，根据多导航传感器的工作特性及当前测量观测量信息，建立k时刻的线性化量测方程；具体过程如下：

(2-1)获取当前测量观测量集合Y_o＝{y_o1,y_o2,……,y_on}，其中：y_o1为第1项当前测量观测量，y_o2为第2项当前测量观测量，y_on为第n_all项当前测量观测量；

(2-2)建立当前时刻的系统量测方程

y(k)＝G(k)x(k)+ε(k)

其中，y(k)＝[y_o1,y_o2,……,y_on]^T为k时刻由k时刻量测信息获得的系统观测量；G(k)为k时刻观测矩阵；x(k)＝[Δx,Δy,Δz,Δe₁,Δe₂,…,Δe_m]^T为k时刻系统状态量，其中Δx为载体在直角坐标系x轴方向位置误差状态量，Δy为载体在直角坐标系y轴方向位置误差状态量，Δz为载体在直角坐标系z轴方向位置误差状态量，Δe₁为建模的第1项传感器子系统误差状态量，Δe₂为建模的第2项传感器子系统误差状态量，Δe_m为建模的第m项传感器子系统误差状态量；ε(k)为量测噪声，量测噪声的方差为σ²；

(3)根据步骤(2)中获得的k时刻测量观测量维数on，以及建模的各传感器子系统误差状态量维数m，判断是否on≥(m+3)，如果是则继续执行步骤(4)，否则执行步骤(7)；

(4)根据步骤(2)构建的量测方程，求解各时刻的奇偶矢量；

(5)结合步骤(2)获得的当前观测量使用情况更新当前时刻系统一致观测累积历元数；具体过程如下：

(5-1)读取全部观测量的当前累加历元数T_i，i＝1,2,…n_all；

(5-2)判断是否y_i∈Y_o，i＝1,2,…n_all，如果是则令T_i＝T_i+1，否则令T_i＝0；

(5-3)计算当前时刻系统一致观测累积历元数

其中：T₁为当前时刻第1项观测量的观测累积历元数，T₂为当前时刻第2项观测量的观测累积历元数，为当前时刻第n_all项观测量的观测累积历元数；

(6)结合步骤(4)获得的当前时刻奇偶矢量，以及步骤(5)获得的当前时刻系统一致观测累积历元数τ，计算多重循环迭代滑窗累积的复合故障自适应检测统计量；具体过程如下：

(6-1)设自适应滑动窗口长度为w，令其初值w＝0；设系统累积奇偶矢量为p_sum，令其初值p_sum＝0；比较步骤(1)设置的最大滑动窗口长度w_max和步骤(5)获得的系统一致观测累积历元数τ，计算最大循环迭代次数

u_max＝min(τ,w_max)

(6-2)令自适应滑动窗口长度w＝w+1；

(6-3)结合步骤(4-4)存储的奇偶矢量，计算系统累积奇偶矢量p_sum

p_sum＝p_sum+p(k-w+1)

其中：k为步骤(2)获得的当前时刻，w为步骤(6-2)获得的自适应滑动窗口长度；

(6-4)对步骤(6-3)获得的系统累积奇偶矢量p_sum进行归一化处理，得到当前循环迭代下的检验统计量fd:

其中，w为步骤(6-2)获得的自适应滑动窗口长度，σ²为步骤(2)获得的量测噪声的方差；

(6-5)根据步骤(2)中获得的k时刻测量观测量的维数on，以及建模的各传感器子系统误差状态量维数计算故障检测门限P_r：

其中，a为设定概率，x为系统状态量，P_fa为虚警概率；

(6-6)进行故障判定，比较步骤(6-4)获得的当前循环迭代下的检验量fd和步骤(6-5)获得的故障检测门限P_r，若fd＞P_r则判定为故障，执行步骤(7)；否则继续执行步骤(6-7)；

(6-7)比较步骤(6-2)获得的自适应滑动窗口长度w和步骤(6-1)获得的最大循环迭代次数u_max，若w＜u_max，则返回步骤(6-2)继续拓展自适应滑动窗口长度，以进行循环迭代检测更微小的故障；否则判定为无故障，执行步骤(8)；

(7)检测当前测量观测量y_o1,y_o2,……,y_on对应的奇偶偏移特征矢量，并识别发生故障的观测量，进行故障观测量的剔除，再进行下一时刻的故障检测；

(8)令k＝k+1，返回步骤(2)；

2.根据权利要求1所述的一种多重循环迭代滑窗累积的复合故障自适应检测方法，其特征在于,步骤(4)的具体过程如下：

(4-1)对观测系数矩阵G(k)进行QR分解:

G(k)＝MR

其中M为正交矩阵，R为上三角矩阵；

(4-2)对步骤(4-1)获得的M矩阵进行转置，并取其后n-m-3行构成奇偶变换矩阵Q：

其中：S为M^T矩阵的前m+3行，上标T表示转置；

(4-3)根据步骤(4-2)获得的奇偶变换矩阵Q，求解k时刻的奇偶矢量p(k)：

其中，ε(k)为量测噪声，Q_:,s为矩阵Q第s列的列向量，f_s为第s个观测量中的故障信息，0＜s≤n，H₀表示无故障的情况，H₁表示有故障的情况。