[发明专利]基于分布式传感器网络的导航系统完好性监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分布式传感器网络的导航系统完好性监测方法，属于导航系统完好性监测的技术领域。

背景技术

完好性是指导航系统在使用过程中，发生故障或性能变坏所导致的误差超过可能接受的限定值（告警阀值）时，提供及时、有效告警信息的能力。为了确保导航系统的可靠性，需要对导航系统进行完好性监测，其主要目的是进行故障检测并隔离。完好性监测通过对硬件、软件等冗余信息的分析，进行检测统计量、阀值判断等处理。

目前，国内外已对导航系统的完好性监测进行了较多研究，通常分为快照法（snapshot）和连续法（sequential）。快照法利用单个历元的测量信息来检测和隔离瞬时的阶跃故障，通常用于变化较大的故障，典型的方法有最小二乘残差法、奇偶向量法等，另外国内外广泛研究的GNSS（全球导航卫星系统）接收机自主完好性监测（RAIM）也属于快照法。快照法可以检测导航传感器或GNSS信号的阶跃故障，但不能检测由惯性传感器漂移等引起的慢变的斜坡故障。对于慢变斜坡故障的检测，通常基于历史累积信息的连续法，如连续概率比检测法（SPRT）、基于动力学模型法等，但目前的算法比较耗时，甚至达到数十分钟。Brenner等人基于Kalman滤波组给出了多解分离法（MSS），根据所有测量集合以及不同测量子集的卡尔曼滤波器进行完好性检测，并应用到了Honeywell公司的IN/GPS/大气数据的混合导航系统（HIGH）；Diesel等人给出了一种自主完好性外推法（AIME），应用到Litton公司的GPS/IRS组合系统中。对于GNSS接收机导航，RAIM法是目前常用的较为有效的完好性监测方法；对于惯性导航完好性监测，通常采用GLRT（广义释然比）法、奇偶向量法等；对于多传感器组合，如GNSS与惯性导航系统组合，MSS和AIME是目前具有工程应用报道的完好性监测方法。

采用分布式传感器网络的导航系统是一种新的导航系统设计理念，它是在近年来新一代的低成本、小体积、轻质量的导航传感器，如MEMS（微机电系统）惯性传感器、MSIS（微小型固态惯性传感器）、光纤陀螺、GNSS接收机等，以及高速大容量的嵌入式微处理器和分布式模块化电子设备的基础上发展起来的新技术。它将多个惯性传感器系统配置在载体（如飞机、舰船、大型航天器等）的多个位置，构成分布式惯性网络拓扑结构，不仅能够为载体的导航提供冗余的分布式测量信息，而且为载体的电子设备如雷达跟踪、装备载荷等，提供局部的量测系统，同时还能提供用于载体电子设备局部运动补偿的惯性状态信息。基于分布式传感器网络的导航结构通过重构和共享有限的计算资源，可以提高故障容错水平，并能动态的配置传感器系统功能。

目前的完好性监测方法，通常是针对单独的惯性导航系统，或者是单独的GNSS导航系统，或者适合于传统的集中滤波或联邦滤波结构的多传感器导航系统，但是不能直接应用于分布式导航系统中。惯性传感器除了由于电子器件、机械部件引起的阶跃故障外，通常还存在慢变的漂移，而且各网络节点间的运动状态并不是统一的，通常的完好性监测方法不能直接应用于分布式传感器网络结构。对于基于分布式传感器网络的导航系统，目前还没有有效的完好性监测方法，来确保整个导航系统的整体性能。

发明内容

本发明针对新型的基于分布式惯性传感器网络的导航系统，提出了一种基于分布式传感器网络的导航系统完好性监测方法，克服现有完好性监测方法不能直接应用到分布式导航系统的不足，提高分布式导航系统的完好性。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于分布式传感器网络的导航系统完好性监测方法，采用传感器级的完好性监测处理和系统级的完好性监测处理的分级处理方式，对基于分布式传感器网络的导航系统进行完好性监测。其中，基于分布式传感器网络的导航系统包括GNSS（全球导航卫星系统）接收机、k个SRIMU(斜装冗余惯性测量单元)网络节点，k为自然数，各个网络节点可以具有相同的性能或者不同的性能，在导航处理中均共享其它网络节点的信息进行信息融合，其中一个SRIMU网络节点还与GNSS接收机的信息融合，具有更高的导航性能，作为主节点。完好性监测与导航解算的处理步骤如下：

（1）在传感器级完好性监测阶段，对GNSS接收机采用RAIM（接收机自主完好性监测）法进行完好性监测，将k个SRIMU网络节点的测量信息分别发送到k个SRIMU网络节点的FDI(故障检测与隔离)处理单元进行，进行故障检测与隔离处理；