[发明专利]一种基于残差卡方-改进序贯概率比的抗欺骗导航方法

说明书

本发明公开了一种基于残差卡方‑改进序贯概率比的抗欺骗导航方法。该方法步骤如下：采集捷联惯性导航系统、卫星导航系统、里程计、高度计、磁罗盘的导航信息；以捷联惯性导航系统模型为信息融合模型的基准框架，与其余导航源构成子滤波器，进行信息融合；对所有的子滤波器的输出利用改进的残差χ²检验法进行故障诊断，并针对SINS/GNSS子系统的输出结果利用残差χ²‑改进SPRT的方法进行故障诊断，使得对于该子系统可能发生的欺骗干扰能够快速的识别并隔离；故障诊断与隔离完成后，进行主滤波器的信息融合与分配。本发明提高了多源组合导航系统在干扰环境下的导航精度，特别是增强了系统对于欺骗干扰的容错能力。

技术领域

本发明涉及组合导航技术领域，特别是一种基于残差卡方-改进序贯概率比的抗欺骗导航方法。

背景技术

卫星导航GNSS在军事应用和经济发展中得到日益广泛的应用，重要性日趋明显。目前随着GPS、GLONASS和北斗等卫星导航系统的蓬勃发展，它不仅在民用上产生了巨大的经济价值，同时也在现代高科技战争中为信息化作战系统和精确制导武器提供精确的时空基准，发挥着越来越重要的作用。

然而随着卫星导航重要性的提升，针对卫导的欺骗干扰技术也应运而生，并在战场上发挥了巨大作用。2011年伊朗防空部队在该国东部边境利用欺骗干扰技术俘获的一架美国“RQ-170”无人侦察机。2012年美国国防部组织的对无人直升机GPS接收终端进行欺骗干扰实验，利用低成本的欺骗干扰设备释放欺骗信号，使得本应控制保持固定高度的无人直升机自动驾驶系统不断控制直升机下降。以上案例说明欺骗干扰不只是理论层面的安全隐患，已经成为了卫星导航系统面临的主要现实威胁之一。可见，通过欺骗干扰手段，攻击方可在消耗敌方武装力量的同时，完整保留敌方装备状态，用于提升自身的军事技术水平.这一危害某种意义上远大于以往各种电磁干扰手段。因此当前导航战背景下的卫星导航抗欺骗干扰技术的研究和发展亟需解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于残差卡方-改进序贯概率比的抗欺骗导航方法，基于联邦卡尔曼滤波的技术，针对转发式欺骗干扰产生的突变故障和生成式欺骗干扰产生的缓变故障，采用残差χ²-改进SPRT联合故障检测方法进行故障诊断和隔离重构，提高组合导航系统在故障及干扰环境下的容错能力和定位精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于残差卡方-改进序贯概率比的抗欺骗导航方法，包括以下步骤：

步骤1：建立在导航系下的联邦滤波组合导航系统模型，设计联邦滤波器，经过联邦滤波器的最优估计，对导航系统进行校正输出；

步骤2：通过改进的残差χ²检验法对联邦滤波器中的子滤波器进行故障诊断和隔离，在残差χ²计算得到残差向量特征值的基础上对检测阈值进行模糊逻辑和加权处理；

步骤3：针对子滤波器中对导航结果起关键作用的SINS/GNSS子系统，采用改进的SPRT方法进行检测，并将结果和步骤2中的检测结果联合进行故障判决，判断GNSS是否受到欺骗干扰。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)在常规的GNSS/SINS组合导航算法的基础上，设计基于联邦卡尔曼滤波算法，以SINS为参考系统，GNSS/SINS、里程计/SINS、高度计/SINS、磁罗盘/SINS四者组合的多源导航系统，提高了组合导航系统的导航定位精度；(2)设计了一种基于改进残差χ²检测的故障检测与故障隔离的方案，当子系统发生故障时能够实时地对子系统进行隔离，使系统具有较好的稳定性和可靠性；(3)设计了一种基于残差χ²-改进SPRT联合故障检测方法，对SINS/GNSS导航子系统进行检测，提高系统对于卫星导航欺骗干扰的及时识别并隔离的能力。

附图说明

图1是本发明的多源组合导航系统结构流程图。

图2是联邦卡尔曼滤波的结构示意图。