INS/GNSS/SAR组合导航系统故障检测技术研究

文中对INS/GNSS/SAR组合导航系统进行了系统级故障检测、隔离和重构技术研究.以惯导组合系统(INS/GNSS/SAR)为例,采用联邦滤波器的容错滤波算法,进行了计算机仿真,仿真结果表明该算法具有不低于集中卡尔曼滤波的导航精度,同时还具有较强的容错性.     

一种用于导航系统故障检测的简易方法

讨论了基于测量模型的、用于检测导航系统故障的一种检测方法，将一般的奇偶检测法运用到导航系统的故障检测问题上，并讨论了检测门限值的确定。最后举例说明，该方法使用简便、误检率低、隔离故障效果好。     

捷联惯导系统/里程计高精度紧组合导航算法

针对惯导系统/里程计构成的组合导航系统,通过对陀螺仪和加速度计零偏、里程计刻度因子、惯性导航系统和里程计之间的姿态误差进行实时估计,实现了惯性导航系统和里程计信息的相互校正,有效提高了系统测量精度;同时,针对复杂应用环境下里程计测量信息不准而导致的组合导航系统精度下降的问题,利用卡尔曼滤波信息实现故障检测和隔离,从而有效提高了系统导航精度。     

小波故障检测在脉冲星组合导航中的应用

为提高基于X射线脉冲星的组合导航系统容错能力,利用小波分析方法进行故障检测,以保证组合导航系统的精度和可靠性。笔者采用X射线脉冲星导航、天文导航和紫外敏感器导航构建组合导航系统,运用小波分析技术对传感器输出信号进行故障诊断,并进行故障隔离和系统重构,最后采用联邦式滤波器进行信息融合,并以火星探测任务为例进行了数学仿真。实验结果表明：该方法能够有效检测相关传感器故障,解决了X射线脉冲星组合导航系统因故障导致的导航结果变差问题,且具有较高的导航精度,提高了脉冲星组合导航系统的容错性能和工程实用价值。     

多源组合导航系统故障检测技术研究

为提高基于MEMS-SINS/GNSS/ODO/高度计的车载多源组合导航系统的可靠性,设计了带故障检测模块的联邦卡尔曼滤波器。针对残差x~2检测法对缓变故障的检测灵敏度低,而改进序贯概率比(Sequential Probabitity Ratio Test,SPRT)检测法在故障结束后检测值需要长时间才能恢复到检测阈值以下以至于无法判断故障结束时间的问题,提出了一种残差x~2-改进SPRT联合故障检测方法。该方法结合了两者的优点,根据系统故障综合决策规则进行故障判定,有效提高了故障检测的灵敏度和可信度。跑车实验结果表明,使用残差x~2-改进SPRT联合故障检测方法进行故障诊断,能够快速检测出缓变故障和突变故障,通过及时的故障隔离,使导航系统更加适应当前的工作环境,增强了鲁棒性和可靠性,并保证了多源导航系统的导航精度。     

捷联惯导系统级余度技术研究

为了防止捷联惯导系统由于长时间工作而导航精度变差，对导航系统之间的互补性进行了研究，介绍了SINS／GPS与SINS／DNS两套综合导航系统方面的内容．通过对系统误差、性能的分析及仿真，给出了组合导航子系统的故障检测与隔离算法．该结果表明，采用组合惯导余度技术在工程实践上确实可以解决捷联惯导系统长时间工作而导航精度变差的问题．     

一种基于INS/GPS的无人机组合导航控制系统的设计

惯性导航(INS)和全球定位导航(GPS)是现代航空中应用广泛的两种导航控制技术.运用组合导航控制技术, 将INS与GPS两者有机组合, 能很好地克服各自缺点,形成优势互补结构.介绍了一种低成本姿态确定INS/GPS组合导航系统, 并引入了卡尔曼滤波和故障检测和隔离技术, 有效地提高了导航系统的性能和精度, 从而构成比较理想的组合导航控制系统.     

一种捷联惯性/GPS/陆基容错复合导航方案设计

针对卫星或陆基导航信息出现故障时,捷联惯性/GPS/陆基复合导航系统精度严重下降的问题,设计了一种基于双状态χ2检验法的捷联惯性/GPS/陆基容错复合导航方案。基于联邦滤波设计思想,通过信息分配系数的自适应调节,动态地控制GPS和陆基导航子系统的信息融合等级,并利用两个状态递推器交替进行滤波校正与故障检测,以实时修复与隔离故障子系统,保证滤波的稳定性和精度。仿真结果表明,这种基于双状态χ2检验法的捷联惯性/GPS/陆基容错复合导航方案能够有效减小故障信息对组合精度的影响,提高组合导航系统的精度和可靠性。     

弹道导弹INS/GNSS/CNS组合导航系统研究

提出了弹道导弹惯性/卫星/天文组合导航系统的方案与组合结构,分析并建立了组合导航系统的误差模型,采用了联邦滤波器进行组合导航系统导航状态的最优估计,并进行了组合导航系统的仿真计算.仿真结果表明采用卫星导航定位系统和天文导航系统对弹道的惯性导航系统进行辅助将大幅度提高弹道导弹的导航精度,具有重要的实际意义.     

远程AUV组合导航技术研究

AUV通常采用SINS/DVL组合导航系统导航,然而在大航程时存在很大的定位误差.针对远程AUV的大航程及在水下状态自主航行存在的问题,提出定时引入GPS信息达到提高导航精度目的.文中重点介绍一种采用SINS/DVL/GPS水下组合导航方式,通过定时引入GPS信息,提出组合滤波器设计方案,仿真结果验证了此设计方案可有效提高系统导航定位精度.     

基于小波辅助的GPS/SINS 组合导航系统故障检测与信息融合算法

针对GPS/SINS组合导航系统可能出现故障的问题,提出一种基于小波辅助的组合导航系统故障检测与信息融合算法。将卡尔曼滤波器的估计误差进行相应的多小波故障检测分析,在较短时间内发现故障点进而降低虚警概率;若GPS发生软故障,利用改进的自适应算法进行信息融合,进而保证系统的滤波精度、容错能力和可靠性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种基于UKF的MEMS／GPS组合导航算法

针对微电子机械（MEMS）／全球定位（GPS）组合导航系统中,强非线性引起的扩展卡尔曼滤波（EKF）~-航精度不高、滤波性能不稳定、收敛速度慢等问题,研究了MEMS／GPS组合导航系统无迹卡尔曼滤波（UKF）算法,避免了EKF繁重的求导计算。本文对2种滤波方法进行了仿真比较,结果表明,用UKF的组合导航系统的误差收敛速度比EKF快,精度也比EKF高,UKF算法更适合于MEMS／GPS组合导航。     

空天飞行器多源多余度模糊容错导航系统设计方法

空天飞行器多任务、多工作模式的特征,要求导航系统具有灵活性且保证精确性和稳定性。在空天飞行器中,常用多种导航传感器组成多源容错组合导航系统,但是单余度组合导航系统并不能满足空天飞行器可靠性的要求。针对上述问题,提出一种多源多余度模糊容错导航系统设计方法,在每个余度系统已设计故障诊断和隔离的基础上,通过模糊评估计算每个导航系统的品质因子,从而有效地诊断和隔离惯性导航系统的故障,保证导航系统的精度和可靠性,该方法对软、硬故障均具有较好的处理能力。仿真结果表明,基于该方法的导航系统结构具备容错性能,在系统出现故障的情况下,比传统多源导航系统具有更优的性能,且在不同飞行阶段具备良好的适用性。     

SINS/GPS组合导航系统仿真研究

在SINS/GPS组合导航系统中,由于实际所限,无法进行物理试验,一般都采用仿真方法来进行设计和验证.因此在Matlab/Simulink仿真平台中,游移方位系的捷联惯导力学编排进行导航计算,以GPS接收机的伪距为观测量,建立组合导航系统的状态方程和观测方程,在地心地固系内进行Kalman滤波融合,并进行了奇异值可观性分析.系统仿真和可观性分析结果表明:设计的导航系统能够获得满意的精度和可观性.     

旋转弹导航系统研究

旋转弹自转角速度大，由陀螺仪和加速度计组成的传统导航系统难以应用，提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU(Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement U-nit)为旋转弹提供完整的导航信息。根据无陀螺的测量原理，充分利用多个加速度计的冗余输出信息构建自滤波系统，抑制GFMIMU角速度误差的快速发散。为克服GFMIMU长时间工作姿态角误差的积累，采用磁强计与其进行组合导航；从解算精度与实时性考虑，基于四元数描述建立了该组合寻航系统的状态方程和观测方程，并采用二阶插值滤波器进行信息融合。最后，对所设计的组合导航系统进行系统仿真，仿真结果验证了该系统设计方案的可行性。     

SR-CDKF在组合导航直接法滤波中的应用

为了解决SINS/GPS组合导航系统姿态、速度和位置等导航参数的非线性估计问题,提出了一种基于平方根中心差分卡尔曼滤波(SR-CDKF)的直接式滤波估计方法。系统状态方程选取惯导力学编排方程,系统状态向量和观测向量分别选取SINS导航参数和GPS输出参数,构建了SR-CDKF滤波器。该滤波器可以使导航参数动态过程得到直接反映,并使得直接式滤波计算流程得以实现。以MATLAB中areoblk_HL20模块为基础构建了仿真系统并进行了仿真。仿真结果表明,该算法具有较高的滤波精度、良好的滤波收敛性和稳定性,能使非线性模型下SINS/GPS组合导航系统的导航要求得到满足。     

基于联邦Kalman滤波的INS/SAR/TRN组合导航系统

在分析惯性导航系统(INS)、合成孔径雷达(SAR)和地形匹配导航系统(TRN)各自特点的基础上,提出了INS/SAR/TRN组合导航系统的组合滤波方案,并建立了相应的组合导航系统数学模型。仿真结果表明,组合导航系统能大幅度提高导弹的导航精度,具有重要的实际意义。     

捷联惯导/里程计高精度组合导航算法

针对里程计(OD)刻度系数误差和惯导安装误差角对车载捷联惯导(SINS)/OD组合导航系统的影响,重新推导并建立了新的量测方程,在此基础上加入故障检测的方法,从而构成了新的组合导航算法。该组合导航算法能够有效地提高组合导航精度,及时准确地检测出量测故障;同时该组合导航算法同样适用于车辆运动学约束辅助导航模式,为OD发生故障时提供了一种容错方案。仿真结果验证了该算法的有效性。     

组合导航系统故障检测算法研究现状分析

组合导航系统发生故障时能够准确检测是评价导航系统性能的重要指标之一。对现有的故障检测算法进行分类,介绍了基于模型的组合导航故障检测算法、基于信号处理的组合导航故障检测算法、基于机器学习的组合导航故障检测算法,并针对各类算法存在的问题,总结了目前的解决方法。针对故障算法的检测时间较长和检测率低等问题,介绍了目前提出的其他故障检测算法,得出了各故障检测算法的性能差异,指出了组合导航各类算法的技术特点及未来发展趋势,为组合导航故障检测方向提供了参考。