[发明专利]一种惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法和系统

权利要求书

1.一种惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，包括：

在载体运动轨迹测量范围形成运动状态估计，在所述运动状态估计范围内对错误测量值进行检测和消除；

所述在载体运动轨迹测量范围形成运动状态估计包括：

设置载体运动轨迹的滑动时间窗口；

在所述滑动时间窗口范围内建立最大后验估计器；

利用所述最大后验估计器获取所述滑动时间窗口内所述载体运动轨迹的最大GNSS-INS测量信号联合概率；

所述载体运动轨迹为：

X＝[x(t_k-L)^T,...,x(t_k)^T]^T，X为载体运动轨迹，L为滑动时间窗口长度，滑动时间窗口长度包括L个GNSS历元测量周期，x(t_k)为测量时刻的运动向量；

所述载体运动轨迹的最大GNSS-INS测量信号联合概率为：

p(X,U,V)为GNSS-INS测量信号融合的联合概率；

所述p(X,U,V)如下分解：

p(x_k-L)是时间滑动窗口初始条件的分布特征；p(x_l+1|x_l,U_l+1)是惯性导航测量噪声的分布特征；p(y_i|x_i)是卫星伪距测量噪声的分布特征。

2.如权利要求1所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述形成运动状态估计包括：

形成正定矩阵W，W＝blkdiag(P_(k-L),Q_D,R)，P_(k-L)、Q_D和R表示时间滑动窗口x(t₀)、惯性导航测量ω_u和卫星伪距测量η_y的正定协方差矩阵；

通过所述正定矩阵获得各正定协方差矩阵中样本的向量相似度；

根据所述向量相似度获得最大化的载体运动轨迹。

3.如权利要求2所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述向量相似度获得最大化的载体运动轨迹包括：

利用马氏范数的平方形式表示所述向量相似度并形成所述最大化的载体运动轨迹非线性成本函数，并对所述非线性成本函数进行Cholesky分解归一化形成线性特征；

将归一化后的非线性成本函数简化为标准非线性最小二乘优化后进行迭代获取轨迹估计值；

通过误差状态向量校正所述轨迹估计值，所述误差状态向量的维包括三维的位置误差、速度误差、姿态误差、加速度计零偏和陀螺仪漂移。

4.如权利要求3所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述向量相似度获得最大化的载体运动轨迹还包括：

通过雅可比矩阵对迭代中当前载体运动轨迹估计值的线性化残差加权。

5.如权利要求4所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述根据所述向量相似度获得最大化的载体运动轨迹还包括：

采用代价函数的二次近似进行所述载体运动轨迹估计值集合的凸优化。

6.如权利要求4所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述运动状态估计采用高斯-牛顿算法的正规方程，表示为：

J^TJδX＝J^Tb，

7.如权利要求1所述的惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法，其特征在于，所述在所述运动状态估计范围内对错误测量值进行检测和消除包括：

利用卡方统计评估零假设下载体运动轨迹的测量值受线性化残差的影响程度，确定所述载体运动轨迹最优估计值和疑似异常值；

利用卡方统计评估选择性假设下所述疑似异常值受所述线性化残差的影响程度，确定异常值，并将对应的测量值从测量集中排除。