[发明专利]用于确定惯性导航系统故障的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年4月19日提交的美国临时申请No.61/325,697的权益，通过引用将其公开结合于此。

关于联邦科研资助或开发的申明

根据由NASA授予的合同No.NNA08BA45C，本发明得到政府的支持。政府对该发明具有某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及惯性导航系统，并且更特别地涉及健康管理系统以及惯性导航系统中的陀螺仪和加速计故障的检测。

背景技术

惯性导航系统(INS)是使用一个或多个惯性测量单元(IMU)的导航辅助设备，所述惯性测量单元(IMU)具有传感器(例如加速计和陀螺仪)以连续计算移动对象的位置、速度和角定向。INS可以用于诸如陆地车辆、轮船、航空器、潜艇、导弹和太空船之类的运载工具。来自IMU的传感器测量的保真度对整个导航性能来说非常重要，并且传感器故障或不精确的传感器测量模型可能引起导航性能的损失。诸如全球导航卫星系统(GNSS)传感器之类的辅助传感器已被用来校正由加速计偏差和陀螺仪偏差引起的导航误差，但是就校正导航误差，特别地关于诸如加速计和陀螺仪测量故障或加速计和陀螺仪测量模型误差之类的问题来说，传统的方法不令人满意。

因此，期望提供一种在存在IMU传感器测量故障和IMU测量模型误差的情况下更精确且鲁棒的INS。此外，结合附图和本发明的该背景技术，根据随后本发明的详细描述和所附权利要求，本发明的其它期望特征和特性将变得显而易见。

发明内容

根据示例性实施例，惯性导航系统(INS)包括初级惯性导航系统(INS)单元，其被配置成从加速计接收加速计测量，并且从陀螺仪接收角速度测量。初级INS单元还被配置成从GNSS传感器接收全球导航卫星系统(GNSS)信号，并且基于加速计测量、角速度测量和GNSS信号来确定第一组运动状态矢量。INS还包括次级INS单元，其被配置成接收加速计测量和角速度测量，并且基于加速计测量和角速度测量来确定运载工具的第二组运动状态矢量。INS还包括健康管理系统，其被配置成将第一组运动状态矢量和第二组运动状态矢量进行比较，以便基于所述比较来确定与加速计或陀螺仪中的至少一个相关联的故障。

根据另一个示例性实施例，运载工具系统包括惯性测量单元(IMU)，其包括：被配置成生成加速度测量的加速计和被配置成生成角速度测量的陀螺仪；全球导航卫星系统(GNSS)，其被配置成生成GNSS信号；初级惯性导航系统(INS)单元，其被配置成接收加速计测量、角速度测量和GNSS信号，所述初级INS单元还被配置成基于所述加速计测量、角速度测量和GNSS信号来确定第一组运动状态矢量；次级INS单元，其被配置成接收加速计测量和角速度测量并且基于所述加速计测量和角速度测量来确定运载工具的第二组运动状态矢量；以及健康管理系统，其耦合到初级INS单元和次级INS单元，并且被配置成将第一组运动状态矢量和第二组运动状态矢量进行比较，以便基于所述比较来确定与加速计或陀螺仪中的至少一个相关联的故障。

附图说明

此后，将结合下面的图来描述本发明，其中相似的数字表示相似的元件，并且

图1是根据示例性实施例的具有惯性导航系统(INS)的运载工具系统的功能框图；

图2是根据示例性实施例的图1的运载工具系统的部分的更详细的功能框图；

图3是指示随着时间变化的加速计偏差的测试数据；以及

图4是指示随着时间变化的陀螺仪偏差的测试数据。

具体实施方式

下面详细的描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本发明或者本发明的应用和使用。如在本文中所使用的，词“示例性”意味着“作为示例、实例或说明”。因此，本文所述的作为“示例性”的任何实施例不必解释为优于其它实施例的优选或者优点。本文所述的所有实施例是所提供的示例性实施例，以使得本领域技术人员能够实现或使用本发明，并且不限制由权利要求限定的本发明的范围。此外，不意图通过在前述技术领域、背景技术、简要概述或下面详细描述中给出的任何所表述或暗示的理论来约束。