[发明专利]基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法

说明书

本发明公开了基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法，涉及组合导航诊断技术，属于测量测试的技术领域。本方法针对地磁多源信息自主导航子系统故障诊断问题进行了研究，提出一种结合残差卡方故障检测和积分型残差卡方检测两种方法的综合故障检测方法，能有效地检测软硬故障和野值故障信息。该方法首先采用残差卡检测方法检测硬故障信息，再利用积分型残差卡方故障检测方法检测软故障信息，从而全面地对所有软硬故障信息进行检测。另外，本发明还针对野值设计了相应的检测周期用于识别野值，并对观测值的进行重构以避免不必要的有效值损失。

技术领域

本发明公开了基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法，涉及组合导航故障诊断技术，属于测量测试的技术领域。

背景技术

自从上个世纪60年代以来，随着人类航空航天技术的迅猛发展，人类对未知宇宙空间的探测活动以及飞行测量任务越来越多，自主导航技术的需求也逐渐加大，这是因为自主导航技术相比于其它方式的导航技术有着得天独厚的优势，可以极大地减轻地面基站的工作负担。另外，战争时期基站一旦被攻陷，应用自主导航技术可以极大地提高航天器的生存能力。目前，天文、地磁等常用的自主导航方法因其不依赖地面支持的高度自主性越来越受到关注，但是使用单一导航系统不仅很难适应环境的变化，也不能满足系统对自主性及精度的要求。为提高导航系统的整体性能，建立组合导航系统并发挥不同导航系统的特点以使各导航系统优势互补已经成为现代飞行器自主导航的发展方向。

组合自主导航系统能有效地提高航天器的导航精度和导航可靠性，但是组合导航也存在着一些问题，其中，最主要的一个问题就是当组合导航中的一个或多个子系统出现故障时需要迅速检测出来并及时隔离，如果不及时识别出故障并隔离，会对主系统造成很大的污染，故障很大时可能会造成系统发散以致完全失去导航功能。因此，对组合导航的故障诊断研究很有必要。目前，经典的的卡方故障检测对硬故障检测有较好的效果但是软故障灵敏度较差，因此，需要设计出能够全面诊断软硬故障的方法。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法，实现了组合导航系统软硬故障及野值故障的全面诊断且提高了检测方法对软故障的灵敏度，解决了经典卡方故障检测方法对软故障灵敏度较差的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法，

对观测主定轨系统状态的组合导航系统的各子滤波系统输出进行残差卡方检测以检测主定轨系统的硬故障；

在故障检测周期达到设定的移动检测周期时，对多维子滤波系统进行野值故障的检测，检测到有多维子滤波系统发生野值故障时，剔除该多维子滤波系统的野值进而重构组合导航系统的观测矩阵；

在故障检测周期未达到设定的移动检测周期且检测到硬故障时隔离该硬故障，在故障检测周期未达到设定的移动检测周期且未检测到硬故障时对子滤波系统输出进行积分型残差卡方检测以检测主定轨系统的软故障。

作为基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法的进一步优化方案，积分型残差卡方检测通过在无故障时故障检测函数积分值的均值上累加故障引起的检测值增量的积分值得到软故障检测值。

作为基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法的进一步优化方案，根据表达式：剔除该多维子滤波系统的野值，β为故障引起的检测值增量，β近似等于k时刻的硬故障检测值λ(k)，Z_k故为k时刻的量测值，为k时刻子滤波系统输出协方差的逆矩阵。

再进一步的，基于微小卫星自主定轨的联合故障检测方法中，积分型残差卡方检测由表达式：计算软故障检测值，T(λ)为软故障检测值，λ_k为故障检测函数，为故障检测值的均值，β为故障引起的检测值增量，T₀为无故障时故障检测函数在积分周期内积分的平均值。