[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

说明书

本发明提供了一种惯导‑卫星组合导航系统的故障检测方法和系统，解决现有组合导航系统的导航信号处理缺陷导致导航精度下降的技术问题。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。利用扩展卡尔曼滤波器形成特定时间窗口的信号估计过程，将非线性信号系统调整为线性信号系统的信号估计过程，提高了系统处理效率。利用统计学模型对估计过程形成的反映轨迹的测量矩阵内的测量值进行有效识别检测，保证在有效轨迹估计过程中形成的测量矩阵中在存在线性化残差的影响下判断测量值的异常并排除，进一步提高轨迹估计精度。

技术领域

本发明涉及复合导航信号处理的技术领域，具体涉及一种惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法和系统。

背景技术

现有技术中，惯导-卫星组合导航技术可以利用复合导航信号互补获得较全面的定位和载体姿态参数，消除单一导航体制导航信号易失锁和误差累计的缺陷，有利于形成低成本组合导航系统。实际应用中，一些利用惯导-卫星组合导航系统的应用需要可靠的高精度导航(亚米级精度)，惯导-卫星组合导航系统高精度导航常见的实现方式是在单个时间段上使用扩展卡尔曼滤波器(EKF) 对导航信号进行预测和测量反馈，同时利用接收机自主完好性监控(RAIM) 对卫星导航数据判断。但是，如果EKF的线性化采样点错误或残差数量太少，则异常值检测决策结果可能不正确，从而产生虚假结果。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种惯导-卫星组合导航系统的故障检测方法和系统，解决现有组合导航系统的导航信号处理缺陷导致导航精度下降的技术问题。

本发明实施例的惯导-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。

本发明一实施例中，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。

本发明一实施例中，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。

本发明一实施例中，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。

本发明一实施例中，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。

本发明一实施例中，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；