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。     

无人机伺服作动系统容错控制研究

为了增强伺服作动系统的可靠性,使其当某些特定故障发生时,能够继续工作,提出了一种双余度电动伺服舵机系统。通过建立双余度电动舵机的数学模型,设计舵机控制器,分析双余度舵机的典型故障,选择合适的故障诊断策略,以达到舵回路的故障容错能力。结果表明:采用余度技术后,系统的静态性能和动态性能没有大的改变,但是大大提高了系统的可靠性。     

抗差估计及Allan方差在车载组合导航系统中的应用研究

针对组合导航系统中全球定位系统(GPS)信号易丢失和干扰、惯性导航系统(INS)无法长时间单独工作的问题,通过采用带故障检测和隔离的导航算法解决GPS 数据异常的问题,有效提高系统的可靠性;同时当GPS 卫星信号短时间丢失时,利用Allan 方差分析方法确定惯性传感器误差并进行补偿,使纯INS 能够在一定精度内独立工作相对长的一段时间。车载试验结果表明:该方法能够保证组合导航系统的可靠性,且在GPS 信号短时间丢失情况下提高了纯惯导系统的导航性能。     

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。     

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.     

基于状态检验的捷联惯性/星光/卫星组合导航容错技术研究

当星光导航或者卫星导航信息出现故障时,捷联惯性/星光/卫星组合导航系统组合精度将严重下降.针对该问题,本文提出了一种基于状态X<'2>检验的容错捷联惯性/星光/卫星组合导航算法,设计了状态X<'2>检验的故障检测方法,提出了组合导航系统的故障诊断和容错导航算法.利用仿真试验对所提算法进行了验证,结果表明基于状态X<'2>检验的容错捷联惯性/星光/卫星组合导航算法是可行和有效的,能够有效提高组合导航的精度和可靠性.     

多传感器容错综合导航系统技术及其应用研究

文中结合经典的故障检测、隔离方法和联邦卡尔曼滤波,提出了以惯性导航系统为基准的多传感器容错综合导航系统设计方案,并在信息融合策略中采用了"故障诊断周期"方法对系统故障和野值进行了不同处理,以提高系统滤波的精度和数据的连续性.以SINS/GPS/Doppler组合导航系统为例, 结合载体的使用要求以及各导航子系统的使用范围和误差特性进行了设计方案的可行性分析.研究结果表明, 所设计的方案既能有效地实现系统故障检测、隔离和系统重构, 而且整个导航计算过程保持了良好的算法连续性、稳定性和系统精度.     

三余度机电伺服机构试验验证

设计三余度机电伺服机构,并对其进行试验验证。设计三选二多数表决的控制策略,对输入和反馈信号进行表决;设置故障检测和隔离,检测电机相电流并进行逻辑判断,进行通道隔离。设计故障注入试验,研究在故障情况下三余度机电伺服机构能否正常工作。研究表明,采用三冗余设计使伺服机构在一度故障时能够隔离故障通道,保证伺服机构正常工作,提高了伺服机构的可靠性。     

高超声速飞行器的自适应容错控制

针对高超声速飞行器同时存在多源干扰和执行机构故障的问题,提出一种自适应容错控制策略,建立多源干扰和执行机构故障同时存在的飞行器模型.设计一种自适应可重构复合控制器,通过动态调节控制器参数补偿执行机构故障对姿态控制系统的影响.对多源干扰的上界进行估计,并结合双曲正切函数补偿多源干扰的影响,使得所设计的控制器在多源干扰和执...     

发射系下SINS/GPS 组合导航系统的算法研究

基于地理坐标系下的传统捷联惯性导航系统无法直接获取发射系下的导航参数,难以满足空天飞行器等高轨道飞行器对高精度、高可靠性导航系统的需求,研究了发射系下捷联惯性导航算法.搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SINS/GPS组合导航模型,传感器获取的导航量测信息直接在发射系下进行捷联惯导解算,为飞行器等提供位置、姿态等信息.采用STM32、XSENS惯性器件和GPS接收机构建相应的算法验证平台.实验结果表明:发射系下的SINS/GPS组合导航系统能提供较高的导航精度,从而验证了发射系下的SINS/GPS组合导航系统算法的正确性与合理性.     

一种自适应模糊小波神经网络及其在交流伺服控制中的应用

针对某武器大功率交流伺服系统所存在的大变负载、慢时变、强耦合的非线性特性和不确定扰动等问题,提出了模糊小波神经网络（FWNN）间接自适应控制器,该控制器的特点为Takagi-Sugeno-Kang (TSK)模糊模型的后件部分由自回归小波神经网络（SRWNN）构成。给出了SRWNN参数的迭代算法,利用SRWNN辨识器为控制器提供实时梯度信息,有效地克服了参数变化和负载扰动等不确定因素的影响,且具有良好的动态特性。采用Lyapunov稳定性理论方法证明了闭环系统的稳定性。仿真研究和样机试验结果证明了所提方案的有效性和正确性。     

无人地面车辆测评体系研究

预先制定好的测评体系能够明确相关技术的指标,从而引导无人地面车辆的快速发展。提出了一种科学的无人地面车辆综合测评体系,包括：测试内容、测试环境、测试方法和评价方法。设计了从简单到复杂、由易到难的分层次测试内容。根据无人地面车辆测试内容的层次性要求设计了多层次（复杂度）的测试环境。为了实现对测试车辆测试过程的实时、全方位的监测,研制了移动测试平台和无线图像传输系统。采用模糊可拓展层次分析法实现了无人地面车辆的定量评价。提出的无人地面车辆的测评体系已经成功应用于“中国智能车未来挑战赛”。     

基于车载多源数据采集的军用加油车状态监控系统

为提高军用群车加油车的车载及故障检测效率,设计一种基于车载多源数据采集的加油车状态监控系统。 在采集车载数据信息基础上,加装北斗导航系统及各类传感设备,利用CAN 总线、蓝牙等车载网络及显控终端,将 车辆自身及车载设备运行状态可视化呈现,实现车辆可视化调度。测试结果证明：该系统能实时显示车辆及车载设 备状态,指挥中心可进行远程监测及指挥调度。     

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。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

基于滑动窗迭代最大后验估计的多源组合导航因子图融合算法

在应用因子图算法完成多源组合导航数据融合的过程中,子系统观测噪声的时变特性将对导航状态估计的准确性产生极大影响。为解决这一问题,提出一种基于高斯模型下的子系统观测量均值向量和协方差矩阵的估计算法。该算法利用因子图最优化过程中每个迭代周期下的观测量残差,实时地更新各个子系统观测量的均值向量和协方差矩阵的最大后验估计值,从而得到更加准确的导航状态估计值,在提出新算法的同时也验证了新算法对最优化过程收敛性的影响。仿真测试与实验测试结果表明,与已有的标准因子图算法、基于最大似然估计的因子图算法和基于最大后验估计的因子图算法相比,所提出的基于迭代最大后验估计的因子图算法能够有效提高子系统观测状态变化时的多源组合导航估计精度。     

水下地形匹配导航中的地形可导航性分析

水下地形匹配导航是潜航器利用海底地形地貌的分布特征进行相关匹配运算,从而实现准确定位的导航方法,即使是同一潜航器在经过不同地形特征区时其匹配精度差异较大。针对该问题,提出了基于地形统计特征的可导航系数,用以衡量某一地形区域的可导航性能,并运用PMF算法对不同导航系数的航路进行了导航性能仿真。仿真结果表明,该系数可作为水下地形匹配导航航路选择的参照标准,从而有效地提高水下潜器的导航精度。     

基于新息自适应滤波的惯性测量单元误差在线标定方法研究

考虑到空天飞行器飞行环境和运动特性下导航传感器误差的噪声统计特性不可能完全精确已知,若使用常规卡尔曼滤波进行在线标定,将会导致滤波精度下降甚至发散。设计一种基于新息自适应滤波方法的惯性测量单元(IMU)误差在线标定方案和算法,克服常规卡尔曼滤波需预先知道噪声统计特性的不足,设计包含IMU安装误差、刻度因子误差和随机常值误差在内的27维高阶状态变量的误差标定模型,分析提出可同时对系统噪声和量测噪声协方差矩阵进行动态调整的新息自适应滤波在线标定算法。仿真验证实验表明,相较于采用常规卡尔曼滤波以及Salychev O自适应滤波算法进行在线标定,所设计的新息自适应滤波在线标定方法能更有效实现对IMU误差的动态标定及补偿,进一步提高了惯性导航系统精度。实物验证实验表明,该方法可有效标定IMU误差残差,提高导航精度,为工程应用带来较大便利。