[发明专利]一种基于改进残差检验法的组合导航系统故障检测方法

说明书

本申请提供一种基于改进残差检验法的组合导航系统故障检测方法，所述方法包括：设置三个阈值T_D1、T_D2、T_D3，并使得T_D1T_D2T_D2；计算组合导航系统中卡尔曼滤波器的残差r(k)和该残差的方差A(k)，并，根据r(k)和A(k)构造出原始检测函数λ(k)；利用三个阈值T_D1、T_D2、T_D3和原始检测函数λ(k)得到控制函数μ(λ_k)；对控制函数μ(λ_k)进行加权平均处理，得到改进故障检测函数λ'_k；通过故障检测策略对改进故障检测函数进行评判，检测出组合导航系统是否发生故障。

技术领域

本发明属于组合导航系统的技术领域，特别涉及一种基于改进残差检验法的组合导航系统故障检测方法。

背景技术

在导航系统应用中，使用单一导航设备已经难以满足现代导航对于精度、连续性、完好性、可用性的要求。例如，惯性导航可实现不依赖于外部信息的自主导航，实时输出位置、速度、姿态的多种导航信息，但是惯性导航的误差随着时间不断积累，导致导航精度发散。卫星导航可以输出高精度的位置、速度等导航信息，但是卫星导航信号容易收到遮蔽、欺骗和干扰等，导致卫星导航输出的导航信息不稳定甚至出现错误。将不同导航传感器结合起来形成组合导航系统，可以达到取长补短，优势互补的目的，进而提高导航的整体性能。

卡尔曼滤波是实现不同导航设备数据融合的常用方法，估计导航系统的各种误差，再用误差状态的估值去校正系统，达到组合导航的目的。

但是，随着参与组合的导航设备增加，组合导航系统的整体故障率也随之增加。当其中一个导航设备发生故障时，其输出的数据经过滤波融合后，会导致融合结果受到污染而失效，影响整个组合导航系统。因此需要使用故障检测算法及时检测出发生故障的导航设备。

组合导航系统中常用的故障检测算法有状态χ²检验法和残差χ²检验法。其中由于残差χ²检验法计算量小，便于工程实现而得到广泛应用。常规的残差χ²检验法可以有效检测出突变故障，但是由于该方法利用卡尔曼滤波进行量测更新，会使其状态跟踪量测值，因此不能有效检测出缓变故障。此外，常规的残差χ²检验法对噪声的鲁棒性处理效果不佳，很容易产生虚警，导致正常工作的子系统被频繁检测出故障，影响系统的稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种基于改进残差检验法的组合导航系统故障检测算法，解决现有组合导航系统故障检测算法的检测效果差、虚警频繁、对缓变故障检测不灵敏等问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于改进残差检验法的组合导航系统故障检测方法，所述方法包括：

设置三个阈值T_D1、T_D2、T_D3，并使得T_D1T_D2T_D2；

计算组合导航系统中卡尔曼滤波器的残差r(k)和该残差的方差A(k)，并，根据r(k)和A(k)构造出原始检测函数λ(k)；

利用三个阈值T_D1、T_D2、T_D3和原始检测函数λ(k)得到控制函数μ(λ_k)；

对控制函数μ(λ_k)进行加权平均处理，得到改进故障检测函数λ'_k；

通过故障检测策略对改进故障检测函数进行评判，检测出组合导航系统是否发生故障。