冗余式捷联惯导系统多故障的检测与隔离

针对传统广义似然比故障检测无法实现捷联惯导多陀螺故障检测和隔离的问题,本文提出基于广义似然比故障检测和线性估计思想相结合的多故障检测与隔离方法。以发生多故障的六陀螺椎体垂向对称配置的冗余捷联惯导为对象,采用广义似然比方法对系统进行故障检测,并引入线性估计思想实现陀螺输出值预测,通过陀螺预测值与输出值的残差比较定位故障陀螺,并记录故障信息,实现系统重构。通过仿真和实测数据验证,证明该方法可以准确实现对多陀螺故障检测与隔离,保障捷联惯导系统可靠性。     

高可靠性车载惯性传感器冗余配置方案优化技术研究

针对现有车载捷联惯导系统采用三轴正交安装陀螺配置模式,会出现单个陀螺故障直接导致系统失效的问题,本文提出一种基于正交锥冗余配置的高可靠性车载惯性传感器冗余配置方案。基于可靠性最大化、导航性能最优,以及单个陀螺故障后的导航性能更优的冗余优化准则,设计了五陀螺正交锥配置方案;在此基础上,设计广义似然比故障检测方法与基于线性预测思想的故障隔离方法相结合的故障诊断算法,解决惯导系统多陀螺故障检测和隔离的问题。性能仿真结果表明:惯性传感器冗余配置优化方案能使系统可靠性提升1.35倍,且准确实现对多故障的检测与隔离,对微型化车载捷联惯导方案设计具有重要的实际应用价值。     

基于双统计判据的速率陀螺故障诊断方法研究

针对卫星姿态控制系统中速率陀螺噪声增大、饱和、漂移等常见故障,直接利用各敏感器的输出数据,应用双统计判据法进行陀螺的故障检测与诊断。该方法利用测量数据之间的相关性将其分为主元子空间和残差子空间,在各空间中建立统计量来检测故障,通过双统计量的贡献图识别出故障传感器。仿真结果表明:双统计判据法对卫星姿态控制系统中的速率陀螺具有良好的故障检测与诊断能力。     

分布式MIMO雷达双门限GLRT CFAR检测

在分布式多输入多输出雷达目标检测中,为降低融合中心与局部雷达站之间的数据传输率,提出了一种双门限广义似然比恒虚警率检测算法.首先对局部广义似然比检验统计量进行第一门限判断,将过门限的局部检验统计量传送给融合中心.然后在融合中心进行融合检测,与第二门限比较得到判决结果.推导了双门限广义似然比检测器的虚警概率闭式解.仿真结果表明,双门限广义似然比检测算法在降低数据传输率的同时能保证较好的检测性能.     

基于广义似然比检验的差分超宽带信号接收机

提出采用广义似然比检验实现对差分超宽带信号的最佳检测.在信道条件未知的情况下,首先完成信道特性的最大似然估计,而后进行差分超宽带信号的统计检测,得到了基于广义似然比检验的差分超宽带信号接收机结构.结果表明,差分超宽带的广义似然比检验接收机是一种相关接收机,其本地模板信号为前一个码元脉冲接收波形的平均.在此基础上,对接收机输出噪声进行高斯近似获得了该接收机的误码性能.     

一种提高距离扩展目标检测性能的新方法

针对传统二进制积累的硬阈值滤噪性能的不足,提出了一种基于局部模糊阈值的距离扩展目标检测新方法．新方法对积累器的阈值设置进行了改进,使用局部模糊阈值抑制高分辨雷达距离像的噪声散射单元并保持目标散射单元,通过距离维和脉冲维能量积累实现多脉冲积累来提高检测性能．与目前广泛使用的基于散射点分布密度的广义似然比检测方法相比,新方法不需要目标的任何先验信息,易于实现恒虚警检测．实验结果表明: 新方法相对于基于散射点分布密度的广义似然比检测方法的增益提高约2dB,相对于二进制积累的增益提高约4dB．     

基于GFRFs的非线性系统结构故障检测方法

为了能够更加准确高效地检测非线性系统的结构是否发生故障,提出了基于系统带外部输入的非线性自回归(NARX)模型的广义频率响应函数(GFRFs)故障检测方法。根据受检系统的NARX模型参数和一阶GFRF估算出系统的高阶GFRFs,通过比较受检系统与无故障系统结构的广义频率响应函数值,实现系统结构的故障检测。根据受检系统和无故障系统的GFRFs确定系统故障损害程度指数,进一步对故障程度进行评估。通过实验与其他检测方法进行对比,验证了所提检测方法的优越性。     

皮纳卫星姿控系统分层式故障检测

为了实现皮纳卫星的多故障在线检测,提出针对姿控系统的分层故障检测方案. 该方案将系统划分为系统层和器件层,系统层基于卫星动力学与运动学模型设计非线性观测器,实现姿控分系统故障的全局监测;器件层利用动力学模型设计数字动力学陀螺,结合卡尔曼算法新息以及小波分析,实现故障的定位. 通过分层检测,可以支持多器件故障的实时检测,能够检测常见的在轨姿态控制系统故障. 仿真结果表明,该方案能够实现多器件同时故障的检测,适应突变、偏差、恒增益、输出卡死等故障类型,检测准确率达到92%,误检率低于2%;由于采用假设检验取代阈值判断,相对于常规小波阈值检测方法,故障检测结果的可靠性更高,适应更多的故障类型,避免了阈值的选取问题,且节省计算资源,无需大量的历史信息,能够满足在线实时检测要求.     

一种基于MIMU的九陀螺冗余配置

为进一步提高微惯性传感器及测量组合的可靠性和精度,提出了一种新型的基于MIMU的9陀螺斜置冗余设计方案,该系统体现出较好的容错性能.对不超过3个微陀螺发生失效的情况进行故障检测,故障识别率达到91%.分别与无冗余配置、4轴冗余配置、9陀螺正交冗余配置进行了对比分析,结果表明,本配置精度略小于同等元件数量的正交配置,但却具有更好的容错性能,是一种既具有较高精度又具有较高可靠性的配置方式.     

一种高分辨率雷达目标检测方法

针对高分辨率雷达（HRR）目标检测问题，提出了一种多脉冲下扩展目标广义似然比检测方法．该方法首先对各距离分辨单元在方位向进行非相参积累，然后利用类似单个脉冲下扩展目标的广义似然比检测器来实现高分辨率雷达的检测．理论分析和仿真结果表明，该方法可明显提高高分辨率雷达的检测性能．     

遗传粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测

针对全球定位系统接收机观测噪声分布的特点和基本粒子滤波存在的粒子退化与采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样粒子滤波与似然比方法有机结合的全球定位系统接收机自主完好性监测方法.建立了卫星故障检测的检验统计量,通过比较系统各状态累加对数似然比对卫星故障进行检测.将遗传算法中的选择、交叉和变异操作融入到粒子滤波中,提高了粒子滤波的精确性,在实数域内对粒子进行遗传操作,避免了遗传操作的编解码.实验表明,该算法在非高斯测量噪声下成功地检测并隔离故障卫星,提高了故障检测的性能,验证了该算法应用于全球定位系统接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

基于等效样本法的系统组件运行可靠性建模

为实现定时截尾试验下基于系统可靠性试验信息的系统组件可靠性建模,在产品修复如新且故障数据独立同分布假设下,根据平均故障间隔时间(MTBF)等于平均故障前时间(MTTFF)提出了一种应用故障总时间法和等效样本法计算组件故障间隔时间,用Johnson法修正故障秩次的系统组件可靠性建模方法。以6台某加工中心定时截尾试验得到的故障数据为例,建立系统组件可靠度模型、组件相互独立假设下系统串联可靠度模型以及系统统计可靠度模型,计算各系统的可靠度和经验可靠度相关指数,从而验证了本文方法的有效性。     

基于模糊逻辑的空调系统广义预测控制参数整定

针对多输入多输出(multiple-input-multiple-output, MIMO)变风量空调系统(variable air volume, VAV),本文提出了一种基于模糊逻辑和事件触发的广义预测控制(generalized predictive control, GPC)参数整定方法。针对多变量VAV空调系统,基于输出斜率等新型模糊目标参数及高斯双边形隶属度函数建立模糊预测模型,提高了隶属函数拟合度以更贴切地反映系统当前时刻状态。利用麻雀智能算法(sparrow search algorithm, SSA)构建隶属度函数,对GPC控制器中的柔化因子和加权系数进行在线分段整定,有效提升了系统性能。此外,在参数整定过程中,引入事件触发机制(event-triggered mechanism, ETM),在保证控制性能的同时,避免了不必要的控制器采样与更新,降低了系统在线计算量并减少了能源消耗。最后通过VAV空调系统仿真实验验证,证明了本文提出方法的可行性和有效性。     

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能,需对系统中的惯性器件误差,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等,进行系统级标定。提出了卡尔曼滤波校准法,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差。其实现过程包括两步：首先,基于降阶处理思想,利用SINS的静基座测试数据,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量;第二步,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值。卡尔曼滤波校准法的方法比较简单,测试易于实现,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可。另外,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点。卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证。     

一种多基地雷达中多元量化融合算法

在多基地雷达系统中,为了满足通讯带宽限制,提出了一种基于置信域的最小方差量化器．根据各个局部雷达站原始观测的广义似然比确定一个连续的非置信区间,余下的判决空间为置信区间．利用最小方差量化器对非置信区间进行划分,以获得满足通讯带宽限制的量化器设计．最后将局部量化器的输出电频作为局部判决结果向融合中心传输,并利用非相参积累检测器获得全局判决．利用输出电频的概率质量函数,推导了全局虚警概率和检测概率．仿真结果表明,当量化位数为3bit时,可以获得趋近于分布式广义似然比检测算法的性能．     

应用于姿态敏感器的SORNN微小故障诊断方法

为实现空间外部干扰和测量噪声存在情况下,航天器姿态敏感器微小故障的有效检测,以及方位敏感器和惯性敏感器之间的故障隔离,提出了一种基于自组织循环神经网络(self-organizing recurrent neural network, SORNN)的微小故障诊断方法。首先,设计了SORNN模型,包括网络结构自组织算法、终止条件和调整条件,实现对网络隐藏层神经元数量和循环记忆深度的自适应调节,用以提升网络的拟合性能。然后,针对姿态运动学子系统设计了基于SORNN的干扰观测器,给出网络权值更新算法并证明了状态估计误差的收敛性。将系统输出估计误差通过低通滤波器以抑制星敏感器测量噪声,推导更严格的残差和检测阈值进而提高对微小故障的检测能力。最后,针对姿态动力学子系统设计了故障隔离观测器,通过干扰解耦和干扰观测器的补偿消除未知扰动和噪声对残差的影响,利用动力学和运动学的冗余关系解决了两类敏感器故障的隔离问题。仿真结果表明,验证了所提方法对扰动和噪声掩盖下的星敏感器和陀螺微小故障检测与隔离的有效性。     

一种改进的自适应匹配滤波方法

针对雷达目标检测中由于训练数据缺失导致传统自适应检测方法的检测性能下降的问题,提出一种改进的自适应匹配滤波方法．该方法首先将杂波用自回归过程表示;然后假设自回归参数已知,推导出广义似然比检验表达式; 最后将采用训练数据估计得到的自回归参数的最大似然估计值代入广义似然比检验表达式中,代替已知的自回归参数．仿真实验结果表明,与传统的自适应方法相比,这种方法能在训练数据不足时提高检测性能．当雷达回波数目较大时,这种方法的检测性能接近理想的匹配滤波方法．     

OPA芯轴型腔跳动和外径变动量测量

针对OAP芯轴型腔跳动及外径变动量测量方法,提出利用极坐标转换与最小二乘法技术消除芯轴回转偏心;通过在OAP芯轴光轴部分两端增加两个测量截面,得到OAP芯轴外径变动量基准线;通过标准轴校准传感器测量系统和芯轴半径尺寸。采用伺服液压主轴搭建实验机械装置,基于LabVIEW和MATLAB结合开发了芯轴型腔数据采集、处理和分析。实验结果表明,OAP芯轴型腔跳动和外径变动量测量精度均在±2μm内,实现了OAP型腔跳动和外径变动量等参数的数字化检测。     

机载预警雷达STAP-TBD技术研究

针对机载预警雷达在强地/海杂波环境下的微弱目标检测问题,研究了基于动态规划的空时自适应处理级联检测前跟踪(STAP-TBD)技术.首先建立了空时二维杂波数学模型并给出了STAP-TBD广义似然比检测模型,通过STAP处理获得单帧最优输出信杂噪比,并运用动态规划法对连续帧数据进行积累,最后利用广义似然比检测完成对目标的有效检测.仿真结果表明,STAP-TBD技术具有在强杂波背景下检测微弱目标的能力.     

多自由度微陀螺结构参数对其动态性能影响分析

为了解决多自由度微机械陀螺结构设计中存在的参数耦合问题,提出了一种基于增益和带宽最优化的参数设定方法。为了从结构设计和参数限定的角度提高单轴微机械振动陀螺的性能指标,分析了多自由度单轴微机械振动陀螺的参数对于陀螺性能的影响。为了抑制低频环境噪声对于输出信号的影响,陀螺的驱动需要在高频率范围内进行操作。通过理论推演得到在高操作频率下陀螺结构设计中广泛存在于峰值间隔频率、操作频率、阻尼与陀螺性能之间相互制约的内在关系。结合其设计原则,设计出的微机械陀螺带宽为200 Hz、增益提高了5 dB,能满足绝大多数工程应用的要求。