[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

说明书

本发明提供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，该方法针对以格网惯导系统为基础导航设备的极区组合导航系统，以残差χ²检验法为基础，通过设计残差向量，设计一种残差向量χ²故障检测与隔离方法，实现对集中滤波器的故障检测与隔离，提高极区基于集中滤波器组的组合导航系统的可靠性。与联邦滤波器相比集中滤波器滤波精度更优，该方法使集中滤波器具有故障检测与隔离能力，在不牺牲滤波器估计精度的前提下实现了组合导航系统容错能力的提升。

技术领域

本发明涉及一种极区集中滤波组合导航故障检测方法，尤其涉及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。

背景技术

高精度高可靠性导航技术是运载器在极区工作与安全航行的重要前提之一，导航可靠性 是保证导航精度的前提。为了得到较高的组合导航可靠性，可进行故障检测与隔离的联邦滤 波器常常被应用与组合导航。然而，联邦滤波器并非最优滤波器。与联邦滤波器相比，具有 最优估计特性的集中卡尔曼滤波可以提供更高估计精度，但是集中滤波器无法进行故障检测 与隔离，可靠性较差，因为传统的状态χ²故障检测法或残差χ²故障检测方法可以检测组合导 航量测信息故障检测，却无法定位并隔离集中滤波器的故障观测信息。综上所述，现有的故 障检测与隔离方法无法隔离具有最优估计特性的组合导航集中滤波的故障观测信息。

发明内容

本发明的目的是为了提供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，实现极区组合导航系统可靠性的提高。

本发明的目的是这样实现的：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。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.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。

2.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。