[发明专利]一种冗余捷联惯组故障检测方法及系统

权利要求书

1.一种冗余捷联惯组故障检测方法，所述方法包括：

步骤1）对于具有n个惯性传感器的冗余捷联惯组，建立测量方程并构造解耦矩阵；

步骤2）采用最优奇偶向量法，构造n个最优解耦向量；

步骤3）由n个最优解耦向量和测量方程得到每个惯性传感器的奇偶残差；

步骤4）根据奇偶残差的特性构造故障检测函数；

步骤5）对于给定的显著性水平，根据t分布构造故障阈值；

步骤6）实时计算n个惯性传感器的故障检测函数值，并使用卡尔曼滤波算法补偿故障检测函数的噪声；

步骤7）比较n个惯性传感器的故障检测函数值，得到最大值；判断最大值是否超过故障阈值，判断为是，则最大值对应的惯性传感器出现故障，否则n个惯性传感器均无故障；

所述步骤1）包括：

对于具有n个惯性传感器的冗余捷联惯组，建立测量方程为：式中，为个惯性传感器的输出值，表示实数，为冗余捷联惯组的传感器安装矩阵，为三维状态信息，为故障向量，其对应于有故障惯性传感器的元不为零，其他元均为零，是均值为0、方差为的随机噪声，为阶单位矩阵；

构造测量方程的解耦矩阵，约束条件为：式中，上角标T表示转置，为阶单位矩阵；

以传感器安装矩阵的正交投影阵为基础，选取正交投影阵行向量组中的一个极大无关组，并进行施密特正交化，从而得到冗余测量方程的解耦矩阵；

所述步骤2）的最优解耦向量为：式中，为第i个惯性传感器的最优解耦向量，，为阶单位矩阵的第i个列向量；

所述步骤3）惯性传感器的奇偶残差为：式中，为第i个惯性传感器的奇偶残差；

根据奇偶残差构造对应惯性传感器的故障检测函数：式中，为第i个惯性传感器的故障检测函数，为第i个惯性传感器的奇偶残差样本均值，为第i个惯性传感器的第个奇偶残差样本，表示奇偶残差样本个数，为奇偶残差样本的标准差。

2.根据权利要求1所述的冗余捷联惯组故障检测方法，其特征在于，所述步骤5）具体包括：对于给定的显著性水平，根据t分布得到故障阈值：。

3.根据权利要求2所述的冗余捷联惯组故障检测方法，其特征在于，所述步骤7）具体包括：

比较n个惯性传感器的故障检测函数值得到最大值，对应于第m个惯性传感器，最大值记为；

判断最大值是否超过故障阈值，判断为是，则第m个惯性传感器出现故障，否则n个惯性传感器均无故障。

4.一种冗余捷联惯组故障检测系统，其特征在于，所述系统包括：

测量方程建立模块，用于对于具有n个惯性传感器的冗余捷联惯组，建立测量方程并构造解耦矩阵；

最优解耦向量构造模块，用于采用最优奇偶向量法，构造n个最优解耦向量；

奇偶残差计算模块，用于由n个最优解耦向量和测量方程得到每个惯性传感器的奇偶残差；

故障检测函数构造模块，用于根据奇偶残差的特性构造故障检测函数；

故障阈值构造模块，用于对于给定的显著性水平，根据t分布构造故障阈值；

补偿模块，用于实时计算n个惯性传感器的故障检测函数值，并使用卡尔曼滤波算法补偿故障检测函数的噪声；和

故障检测模块，用于比较n个惯性传感器的故障检测函数值，得到最大值；判断最大值是否超过故障阈值，判断为是，则最大值对应的惯性传感器出现故障，否则n个惯性传感器均无故障；

所述测量方程建立模块的处理过程包括：

对于具有n个惯性传感器的冗余捷联惯组，建立测量方程为：式中，为个惯性传感器的输出值，表示实数，为冗余捷联惯组的传感器安装矩阵，为三维状态信息，为故障向量，其对应于有故障惯性传感器的元不为零，其他元均为零，是均值为0、方差为的随机噪声，为阶单位矩阵；

构造测量方程的解耦矩阵，约束条件为：式中，上角标T表示转置，为阶单位矩阵；

以传感器安装矩阵的正交投影阵为基础，选取正交投影阵行向量组中的一个极大无关组，并进行施密特正交化，从而得到冗余测量方程的解耦矩阵；

所述最优解耦向量为：式中，为第i个惯性传感器的最优解耦向量，，为阶单位矩阵的第i个列向量；

所述惯性传感器的奇偶残差为：式中，为第i个惯性传感器的奇偶残差；

所述故障检测函数构造模块的处理过程包括：

根据奇偶残差构造对应惯性传感器的故障检测函数：式中，为第i个惯性传感器的故障检测函数，为第i个惯性传感器的奇偶残差样本均值，为第i个惯性传感器的第个奇偶残差样本，表示奇偶残差样本个数，为奇偶残差样本的标准差。