[发明专利]一种冗余捷联惯组故障检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种冗余捷联惯组故障检测方法及系统，该方法包括：对于具有n个惯性传感器的冗余捷联惯组，建立测量方程并构造解耦矩阵；采用最优奇偶向量法构造n个最优解耦向量；得到每个惯性传感器的奇偶残差，构造故障检测函数；对于给定的显著性水平，根据t分布构造故障阈值；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；比较n个惯性传感器的故障检测函数值得到最大值，并判断是否超过故障阈值，判断为是，则最大值对应的惯性传感器出现故障，否则均无故障。本发明具有较好的适用性和鲁棒性，可检测到低故障幅值的常值漂移，有效降低故障检测的虚警率、漏检率以及线性漂移故障的检测时延。

技术领域

本发明属于飞行器导航技术领域，尤其涉及一种冗余捷联惯组故障检测方法及系统。

背景技术

在对飞行器导航系统的可靠性有极高要求的航空航天领域，如果捷联惯组出现故障，可能会直接导致任务的失败，所以捷联惯组的可靠性对于提高载体的生存能力具有重要意义。与提高惯性传感器的元器件质量和制造工艺等方式相比，冗余设计通过增加器件的数量大幅提升了系统的可靠性，同时为故障检测方法提供了硬件基础。

目前对于冗余捷联惯组的故障检测，常采用基于等价空间原理的故障检测方法，根据具体实现方式的不同，可将等价空间法分为广义似然比法、最优奇偶向量法和奇异值分解法，但这三种方法在构造故障检测函数时，均未考虑奇偶残差统计特性的未知性，降低了故障检测方法的适用性；而且由于故障检测函数中噪声对故障判决的干扰，导致故障检测方法的虚警和漏检现象比较严重，无法检测到低故障幅值的常值漂移，线性漂移故障的检测时延也较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种冗余捷联惯组故障检测方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了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。

作为上述方法的一种改进，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。

作为上述方法的一种改进，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。