[发明专利]一种基于新息的容错联邦滤波方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于新息的容错联邦滤波方法及系统。所述方法包括获取每个组合导航子系统的状态空间模型；根据所述状态空间模型与量测实际值确定组合导航子系统对应的局部滤波器的新息；根据所述新息采用残差χ²检验法，利用假设检验理论，确定组合导航子系统对应的局部滤波器的故障检测函数值；根据所述局部滤波器的故障检测函数值确定所述局部滤波器的信息融合加权系数；根据局部滤波器的信息融合加权系数确定容错联邦滤波的全局信息融合算法；根据容错联邦滤波的全局信息融合算法进行所述组合导航系统的容错联邦滤波。本发明在导航子系统出现故障的情况下，能够保证组合导航的精度，增强整个组合导航系统应对子系统各种故障的容错能力。

技术领域

本发明涉及组合导航信息融合领域，特别是涉及一种基于新息的容错联邦滤波方法及系统。

背景技术

对于具有不同设计原理、不同使用目的的导航系统，如惯性导航系统、卫星导航系统、雷达导航系统、天文导航系统等，当它们同时使用时，可对某一导航参数进行冗余测量。此时，若采用信息融合联邦滤波技术，将三种甚至三种以上导航系统有机结合起来，使它们互相取长补短、全面提高组合导航系统的综合性能，可以在实现系统各导航参数最优化的同时，实现精度更高、性能更优越的导航。基于联邦滤波的组合导航系统在航空、航天、航海、兵器等领域内得到了广泛的运用。

然而，随着构成组合导航系统的导航子系统越来越多、功能越来越复杂，整个组合导航系统的故障率也随之成倍增加，只要其中一个子系统失效，其余子系统就有可能被污染，并导致整个组合导航系统性能下降甚至失效。为此，在进行组合导航系统滤波器设计时，必须使所设计的导航系统具有一定的容错能力。而且，作为高性能导航系统的两个关键指标—精度和可靠性，可靠性对于工程实际的重要性高于精度，宁可牺牲少许精度也必须绝对保证系统可靠工作。因此，为了提高组合导航系统的可靠性，必须对其进行容错设计。

目前，常用的故障检测方法对于导航子系统出现阶跃形式的硬故障一般比较敏感，检测效果普遍较好；但是，对于导航子系统发生了随时间缓慢变化的软故障，由于故障对导航系统的影响是将随时间缓慢累积的，当系统检测出这种故障时，故障可能已经发生多时，而在此之前被故障污染的测量数据已经对系统状态估计值产生了影响，进而影响到整个组合导航系统的精度。与此同时，利用传统的故障检测方法检测出故障子系统后，通常是将故障子系统进行隔离，即不将故障子系统的输出信息送入到组合导航滤波器中，此时由于缺少了该子系统的导航信息，从而必然影响到整个组合导航系统的精度和性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于新息的容错联邦滤波方法及系统，在导航子系统出现故障的情况下，能够保证组合导航的精度，增强整个组合导航系统应对子系统各种故障的容错能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于新息的容错联邦滤波方法，应用于惯性基组合导航系统，所述惯性基组合导航系统包括惯性导航系统和多个导航子系统；所述惯性导航系统与其他各个导航子系统分别构成组合导航子系统，每个所述组合导航子系统对应一个局部滤波器；所述容错联邦滤波方法包括：

获取每个所述组合导航子系统的状态空间模型；

根据所述状态空间模型确定量测的预测值，利用所述量测预测值与量测实际值确定所述局部滤波器的新息；

根据所述新息采用残差χ²检验法，利用假设检验理论，确定所述组合导航子系统对应的局部滤波器的故障检测函数值；

根据所述局部滤波器的故障检测函数值确定所述局部滤波器的信息融合加权系数；所述局部滤波器的信息融合加权系数与所述局部滤波器的故障检测函数值成反比，且与除所述局部滤波器之外的所有局部滤波器的故障检测函数值成正比；

根据所述局部滤波器的信息融合加权系数、组合导航子系统的状态估计值以及状态估计值的均方误差阵，确定容错联邦滤波的全局信息融合算法；