[发明专利]一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法

权利要求书

1.一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：选取格网坐标系为导航坐标系，惯性导航系统为主导航系统，引入外部观测信息，构建极区组合导航系统；

步骤二：根据组合导航系统量测信息发生故障情况是否独立，对量测信息进行分组，Z＝[z₁ z₂ … z_n]^T，并设计每个量测信息组的故障门限；

步骤三：根据上一滤波周期k-1时刻的滤波器输出状态估计，对本滤波周期k时刻的量测信息进行预测；

步骤四：根据实测量测信息与预测量测信息计算量测信息预测残差r_k；

步骤五：计算各量测信息组量测残差方差；

步骤六：设计二元假设，通过检验残差均值，检验量测信息是否故障：

步骤七：设计故障检测向量函数，计算故障检测向量Γ；

步骤八：构建故障检测残差标志位向量H＝[h₁ h₂ … h_n]，标准量测信息故障情况；

步骤九：利用步骤八中得到的向量H，判断组合导航系统量测信息故障情况，若无故障，则进行滤波估计，并重复步骤三至步骤八；若某量测信息组存在故障，则进行滤波器重构，隔离故障观测信息，重复步骤三至步骤八。

2.根据权利要求1所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤二中的不同量测信息组中的信息发生故障概率相互独立，同一量测信息组中的信息发生故障情况相互关联。

3.根据权利要求2所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤三以第i组量测信息为例，对本滤波周期量测信息进行预测：

其中，角标k表示k时刻，为第i组量测信息k时刻的预测值，为量测模型中第i组量测信息对应的量测矩阵，Φ_k,k-1为k时刻状态转移矩阵，为k-1时刻滤波器状态估计值；对第1到n组量测信息进行预测，获得量测信息预测向量组。

4.根据权利要求3所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤四中的量测信息预测残差r_k为：

5.根据权利要求4所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤五以第i组量测信息为例，计算量测残差方差为：

其中，P_k/k-1为一步预测均方差，R_i为量测噪声方差；

计算第1到n组量测信息的量测残差方差到

6.根据权利要求5所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤六具体为：若第i组量测信息无故障，则量测信息预测残差可以被视为服从正态分布的零均值高斯白噪声，即r_i～N(0,A_i)；若组合导航系统的量测信息存在故障，则残差统计特性改变，均值不为零；因此，设计二元假设，通过检验残差均值，检验量测信息是否故障：

无故障发生：

E{r_i}＝0,E{r_ir_i^T}＝A_i

有故障发生：

E{r_i}＝μ,E{(r_i-μ)(r_i-μ)^T}＝A_i。

7.根据权利要求6所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤七中的计算故障检测向量Γ为：

其中，γ_i(i＝1,2,…,n)服从χ²分布，可以反映第i组量测信息组的故障情况。

8.根据权利要求7所述的一种极区集中滤波组合导航系统残差向量故障检测与隔离方法，其特征在于：步骤八具体包括：故障判定准则为：

其中h_i构成故障检测残差标志位向量H＝[h₁ h₂ … h_n]，若H为零向量，则说明组合导航系统量测信息无故障，若H为非零向量，则非零项对应的量测信息组发生故障。