[发明专利]一种四冗余RFINS最优配置方案的确定方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种四冗余RFINS最优配置方案的确定方法，以四、五及六冗余时斜置配置的器件级冗余型捷联惯导为研究对象，从系统导航性能的角度分析最优惯性敏感元件的配置方案。属于惯性导航技术领域。

（二）背景技术

冗余技术已成为提高捷联惯导系统(SINS)可靠性及精度的重要方法之一。相比较系统级冗余，器件级斜置冗余方式在体积功耗及成本方面具有较大优势，成为冗余捷联惯导系统(RSINS)的首选。

从上世纪60年代开始，国外多个大学及研究机构对器件级冗余型捷联惯导系统的配置方式进行了研究，早期研究主要集中于多种传感器配置方式下的硬故障及软故障检测方法，其中四、五、六冗余型捷联惯导系统在国外报道中出现频率较高：

1967年NASA Marshall飞行控制中心的F.B.Moore针对土星系列弹道导弹，计算了多种传感器配置条件下导航和控制系统故障概率；

1969年TRW系统组的F.A.Evans描述了NASA电子研究中心研发的由六个陀螺及六个加速度计组成的冗余型捷联惯导系统，并通过数字计算机内部逻辑程序比较陀螺与加速度计性能并进行故障检测；

1972年TRW系统组的James C.Wilcox针对正十二面体配置的六冗余捷联惯导系统提出了更为新颖的故障检测算法，包含了非线性滤波器以及自适应滤波器，并且利用了极大似然理论；同年Draper实验室的Jerold P.Gilmore提出了冗余捷联惯导系统的硬件及软件机制，指出正十二面体六陀螺及六加速度计配置可以实现最优的数据处理方式，有2个传感器故障时可以实现自容错隔离，3个传感器故障时系统可以继续工作；

1982年Boeing航空公司的Robert Goodstein提出了五个陀螺及五个加速度计斜置安装的冗余捷联惯导系统方案及故障诊断隔离算法；

1988年NASA-Langley研究中心的F.R.Morrell以4个双自由度的陀螺和加速度计构成的正八面体配置为例提出了冗余捷联惯性测量单元普适性测试以及边向量测试的双容错算法；

1992年Honeywell公司的Michael L.Sheffels对一套六冗余正十二面体配置的惯导系统飞行数据进行了描述，指出其较由三套系统组成的系统级冗余设计具有更高的可靠性，可以满足商业航空市场的高可靠性要求；

1996年Michael Polites在AIAA会议上描述了Delta2运载火箭所用的高性能冗余捷联惯导系统，它包含6个20cm的RL20激光陀螺和6个QA3000加速度计。

国内对冗余型惯导系统配置方式等的研究起步于上世纪90年代，研究内容同样涉及故障诊断及隔离算法：

1990年北京航空航天大学的张杰、张洪钺研究了冗余传感器系统传感器的配置和奇偶向量的选择问题，从输入和检测性能最优准则出发给出了配置结构和奇偶向量的求解途径；

1994年北京控制器件研究所的陈雪东、孙肇荣对冗余捷联惯性测量系统中的边缘向量检测法进行了研究，将原来仅能将故障定位到陀螺推广至定位故障到陀螺测量轴；

1995年北京航空航天大学的王社伟、张洪钺对冗余捷联惯导系统中冗余惯性传感器结构配置和奇偶向量的确定方法进行了研究，通过对系统误检率和漏检率的分析得到系统优化配置和奇偶向量；

1997年北京航空航天大学的金宏、张洪钺研究了冗余惯导系统中器件的结构配置及其对广义似然比故障检测方法的影响，提出以测量空间上的投影阵对角线上的元素等作为冗余惯性器件结构配置的优化条件；

1999年南京航空航天大学的刘建业、王伟对用MEMS器件构成的冗余捷联惯性系统配置算法进行了研究，以典型的六陀螺余度配置方案进行讨论；

2002年北京航空航天大学的王社伟、张洪钺指出了马尔可夫模型方法比串并联分析方法和故障树方法更适合于冗余惯导系统的可靠性分析，给出了马尔可夫模型定义和转移矩阵的确定方法；

2005年第二炮兵工程学院的夏克寒、许化龙得到了一种冗余捷联惯导系统的优化模型及算法；

2006年西安飞行控制研究所的陈璞、王曼提出了利用主、子惯导系统中六路加速度计信号进行余度配置的方法；

2006年北京航空航天大学的王社伟、张洪钺利用半马尔可夫过程理论分析了冗余捷联惯导系统的可靠性；

2006年北京航空航天大学的贾鹏、张洪钺以正十二面体配置的六陀螺冗余惯性组件为平台，对奇异值分解法在冗余惯导系统故障诊断中的实用性进行了研究；