[发明专利]一种动态环境下四陀螺冗余式捷联惯导系统硬故障检测与隔离方法

摘要

本发明公开了一种动态环境下四陀螺冗余式捷联惯导系统硬故障检测与隔离的方法，属于捷联惯导系统领域技术领域。本发明利用冗余式惯性导航系统惯性器件输出数据建立惯性器件误差模型，设计了一种基于广义似然比、卡尔曼滤波与线性估计思想相结合的故障检测与隔离方法，对发生硬故障的惯导系统进行检测；利用线性估计方法处理数据，得到故障时刻惯性器件预测值，并比较每组惯性器件预测值与输出值差值，定位并隔离故障惯性器件。本发明可在动态环境下四陀螺冗余式捷联惯导系统单个惯性器件发生硬故障时，保障捷联惯导系统的可靠性。

主权项

1.一种动态环境下四陀螺冗余式捷联惯导系统硬故障检测与隔离方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采集冗余式捷联惯导系统惯性器件输出数据，得到不同时刻陀螺仪和加速度计的输出值；步骤二：构造卡尔曼滤波基本模型；建立惯性器件的误差模型，并构造带有误差的奇偶向量方程作为系统的量测方程；采用一阶马尔科夫模型构造系统状态方程；以奇偶向量为观测量，惯性器件误差的线性组合作为状态量，构成卡尔曼滤波的基本模型；步骤三：采用卡尔曼滤波方法估计并补偿奇偶向量中的误差项；采用卡尔曼滤波基本方程估计出系统的状态量，并将估计出的状态量带入奇偶向量方程中，得到补偿后的与惯性器件无关的奇偶向量方程；步骤四：采用广义似然比故障检测方法进行故障检测；利用补偿后的奇偶向量方程构造故障检测函数值，并将故障检测函数值与故障门限值进行比较，当系统故障检测函数值小于门限值，此时系统无故障，重复步骤一，并继续采用卡尔曼滤波补偿奇偶向量，并利用广义似然比进行故障检测，直至系统故障检测函数值大于故障门限值，表明该时刻系统发生故障，记录该故障发生时刻及故障大小；步骤五：采用线性估计隔离方法进行故障隔离；针对四陀螺冗余式惯导系统惯性器件输出值，采用线性估计隔离方法，根据故障前两时刻与故障前一时刻各组惯性器件输出的变化率，分别估计故障时刻各组惯性器件故障时刻预测值，进而得到故障时刻各组惯性器件预测值与输出值的残差，经过降噪处理，故障时刻残差值最大的惯性器件即为故障惯性器件；步骤六：根据步骤三隔离出的故障惯性器件，确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；当系统无故障时，R为单位矩阵；当系统隔离第i号惯性器件，则R的第i行设置为零行；所述系统重构公式为：其中，为不含有故障信息的系统状态量；Z∈R^m为m个传感器惯性器件测量值，ε为传感器量测噪声，H为传感器配置矩阵；由此完成动态环境下四陀螺冗余式惯导系统的故障检测、故障隔离与重构。