[发明专利]一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法

说明书

本发明属于惯导系统领域，具体涉及一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，包括以下步骤：采集冗余式捷联惯导系统惯性器件输出数据，得到不同时刻陀螺仪和加速度计的输出值；采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻；采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离；采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离；确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；通过本发明提出的六陀螺冗余式系统故障双检测与隔离方法，可以准确地检测并隔离两个同时发生故障的惯性器件，保障了惯导系统的可靠性。因此，本发明可以更为全面地提升导航系统性能，满足导航系统长时间高可靠性实际应用需求。

技术领域

本发明属于惯导系统领域，具体涉及一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法。

背景技术

惯性导航系统简称为惯导系统，该系统主要是运用惯性敏感元器件(比如加速度计和陀螺仪等)对车辆、舰船、飞行器等运载体相对于基础惯性空间运动的角运动信息和线运动信息进行测量，从而计算得到运载体相应的姿态、速度、位置信息的自主式导航系统。伴随着舰船航程、作战使命要求的不断发展，在对惯导系统精度要求不断提升的同时，对系统可靠性的要求也越来越高。随着控制理论和计算机技术的发展，利用冗余技术提高导航系统的可靠性是现代导航技术主要的发展方向之一。

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，都有可能带来十分严重的后果而发生严重的经济损失。为防止导航过程发生故障进而导致整个生产过程的瘫痪，有必要对系统的运行状态进行故障诊断，保证导航过程安全可靠。故障诊断就是对导航系统进行故障检测和故障隔离的过程。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；故障隔离是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。

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。但该方法适用于单故障的检测与隔离，对双故障的检测与隔离并不适用。双故障检测与隔离方法是用于系统两个惯性元件同时发生故障时，对故障进行检测与隔离的方法。Yang在《Double faultsisolation based on the reduced-order parity vectors in redundant sensorconfiguration》(2007年，02期)提出降阶奇偶向量方法进行双故障的检测与隔离，可对实现不同故障幅值的软故障及硬故障检测及隔离；Won Heel Lee在《Two-faults detectionand isolation using extended parity space approach》(2012年，03期)提出扩展奇偶向量方法进行双故障的检测与隔离，然而，上述方法都是针对七个或七个以上的惯性器件，对七冗余以下的惯导系统并不适用；秦永元和魏伟在《捷联惯导系统中确保全姿态测量的软故障检测和隔离》(1999年，02期)与《余度传感器捷联惯导软故障检测》(2009年，01期)基于极大似然估计方法，提出了一种双故障隔离函数，可以隔离六陀螺系统中双故障的个别情况，无法完全实现双故障的隔离。

目前未能有一种双故障隔离方法同时隔离六陀螺冗余系统中的两个软故障或两个硬故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效检测并隔离六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障的方法。