[发明专利]一种无人机组合导航系统故障检测与隔离方法

说明书

本发明公开了一种无人机组合导航系统故障检测与隔离方法，本发明首先根据IMU单元输出的原始数据进行故障检测与隔离，然后对每个量测信息进行故障检测与隔离，保证无人机组合导航系统的高可靠性。本方法的计算量小，可对IMU故障与量测故障进行实时检测并隔离有故障的传感器，并且对非同轴安装的IMU数量无限制。本发明对IMU单元数据源直接进行检测，可防止IMU故障注入滤波器，保证滤波器不被故障污染，并且对每个量测分别进行故障检测与隔离，适用于多种不同速率传感器的故障检测与隔离。

技术领域

本发明属于无人机领域，具体涉及一种无人机组合导航系统故障检测与隔离方法。

背景技术

目前，无人机技术的发展突飞猛进，基于无人机的应用领域也越来越广泛。在军事侦查、战场监视、火灾探测、环境与交通监测方面都得到了广泛的应用。无人机在执行任务期间周围环境复杂多变，各类传感器均有可能出现短暂故障，为了保证无人机组合导航系统的高可靠性与任务的顺利执行，可设计传感器硬件冗余，为了更好的利用冗余传感器的信息，实时对传感器进行故障检测与隔离至关重要。

目前无人机组合导航系统常用的故障检测与隔离方法包括：直接比较法、小波变换法、状态估计法、神经网络法以及专家系统法等等，但是以上方法在工程上使用均有欠缺，直接比较法会随着冗余惯组中器件数目的增多，计算量增大，检测效果急剧下降；小波变化法计算量大，实时性差，难以选出最优小波基和分解层数，并且不能区分无人机机动带来的突变信号和传感器故障导致的突变信号，易误警；状态估计法需要建立准确的无人机动力学模型，噪声统计特性，实用性不强；神经网络法难以获得足够的故障特征信息，工程应用较困难；专家系统法难以建立专家知识库以及故障推理机构。

因此研究一种简单有效、实时性高以及鲁棒性好的故障检测与隔离方法对提升无人机组合导航系统的可靠性至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无人机组合导航系统故障检测与隔离方法，该方法可根据IMU输出的原始信息实时对冗余捷联惯组进行故障检测与隔离，显著提高无人机组合导航系统的可靠性。该方法可实时对无人机每个量测信息单独进行故障检测并隔离有故障测量传感器，适用于多种不同速率传感器的故障检测与隔离，进一步保证无人机组合导航系统高可靠性。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

S1，采集待测IMU单元的测量值，并计算IMU单元的配置矩阵，构造出故障检测函数，进入S2；

S2，根据故障检测函数判断IMU单元的测量值是否出现故障；若IMU单元的测量值无故障，则进入S4，若IMU测量值有故障，则进入S3；

S3，构造故障参考向量，隔离出故障的IMU单元，再转入S4；

S4，对量测信息进行故障检测，若量测信息未检测到故障，则循环进行S6；当检测到量测信息出现故障时，进入S5；

S5，检测备份量测信息的状态，若备份量测信息状态正常则切换至备份量测信息，进行卡尔曼滤波；若备份状态异常，则放弃切换，并停止滤波。

S6，进行卡尔曼滤波，完成检测与隔离。

S1中，计算配置矩阵时是据冗余捷联惯组的安装方式。

S2中，根据故障检测函数判断IMU测量值是否出现故障的具体方法如下：

第一步，对配置矩阵进行奇异值分解，计算奇异值；

第二步，根据IMU单元的测量值与奇异值计算奇偶向量，进而构造故障检测函数；

步骤三，将IMU单元的测量值输入故障检测函数中，将函数值与故障检测门限进行对比，从而判断IMU单元的测量值是否出现故障。

S2中，若IMU单元的测量值无故障，在进入S4的同时执行S1。