[发明专利]一种基于SVR的组合导航系统故障诊断方法

说明书

本发明涉及导航领域，特别涉及一种基于SVR的组合导航系统故障诊断方法。本发明通过残差χ²检验法实现组合导航系统的故障判定，在检测出故障的情况下，根据INS的历史数据使用SVR预测器实现INS的状态预测，以预测的状态估计与INS递推的状态之差与给定阈值进行对比来诊断INS是否发生故障。本方法在组合导航系统发生故障的情况下，能够准确地识别故障部件，进行有效的系统隔离和重构，保障组合导航系统的精度和可靠性。本发明在不增加硬件传感器的情况下，通过对INS/DVL/USBL故障检测器的构建，为保证水下航行器长航时高精度定位提供了新的解决方案。

技术领域

本发明涉及导航领域，特别涉及一种基于SVR的组合导航系统故障诊断方法。

背景技术

随着人类对于海洋资源开发的不断深入，海洋环境下勘察、作业等需求也随之增加。水下航行器在水下能够自主航行，进行环境勘测，并进行水下作业，已经成为人类海洋开发的重要工具。目前水下航行器所要完成的任务已经越来越复杂，其对工作时长方面的要求也越来越高。相对于单一的导航方式，组合导航具有更高的精度和可靠性，但随着系统规模的增大，其故障发生率也越来越高。

目前，INS/DVL/USBL组合导航是较为成熟的水下组合导航方式，也是使用最广泛的方式。但对与该组合方式的故障诊断方法仍存在许多不足，主要在于：

对于该组合导航系统而言，常用的故障检测方法是χ²检验法，由于惯性器件的测量误差状态通过平台误差角逐渐影响到速度误差和位置误差，然后作用到滤波器的量测值上，而同时，滤波器也在根据滤波量测值的变化不断地对系统状态的估计值进行修正，并且修正的方向朝着减小滤波测量值与滤波一步预测测量值之差的方向进行，因此，虽然系统状态产生很大的估计误差，但残差却维持在一个很小的数值上，导致χ²检测法对由惯性器件等非直接作用于滤波量测值的状态变量引起的故障不是很敏感。因此，残差χ²检测法无法分辨造成故障的特定原因，只实时地确定一个滤波器输出的有效性,对系统级的故障检测比较有效。

同时，以专利“一种针对组合导航中DVL的混合处理办法(CN106840150A)”为例，对故障诊断的处理方法，都是以INS为参考系统，假设INS无故障的条件下进行的。当检测出故障时，一般认为是DVL或USBL发生故障，但如果故障发生在INS中，势必会导致错误的融合结果，影响后续的滤波过程，造成无效导航，甚至导致机器丢失的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供可在组合导航系统中子系统出现故障时，在不排除INS故障的情况下，准确地识别出出现故障的传感器，并进行隔离重构，保证长航时INS/DVL/USBL组合导航系统在时效期间的导航精度，增加系统的鲁棒性的一种基于SVR的组合导航系统故障诊断方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于SVR的组合导航系统故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化滤波器参数，计算滤波器残差；

步骤2：采用基于残差的χ²检验法检验系统是否出现故障；

步骤3：若检验到系统未出现故障，则DVL、USBL作为辅助导航系统对INS导航误差进行实时修正，INS/DVL与INS/USBL子系统通过卡尔曼滤波进行信息融合，然后将融合结果分别输入主滤波器中进行最终融合，得到导航参数；在对子系统进行的融合计算时，得到对INS下一时刻状态的递推预测，以INS各个时刻的参数输出作为SVR预测器的输入，对SVR预测器进行训练，使SVR预测器能够对INS的状态进行预测；若检验到系统出现故障，则执行步骤4；