一种惯性/卫星组合导航系统快速故障检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种惯性/卫星组合导航快速故障检测方法，通过预测滤波器新息构建检验统计量，与滤波器并行运行，预测滤波器新息中不受到误差跟踪的影响，因此可以提高缓变故障检测灵敏度。基于本发明专利技术的故障检测方法能够降低缓变故障检测延时，对于在复杂环境下惯性/卫星组合导航系统缓变故障的检测具有重要意义。

A fast fault detection method for Inertial / Satellite Integrated Navigation System

The invention discloses a fast fault detection method for inertial/satellite integrated navigation. The test statistics are constructed by predictive filter innovation and run in parallel with the filter. The predictive filter innovation is not affected by error tracking, so the sensitivity of slowly varying fault detection can be improved. The fault detection method based on the invention can reduce the delay of slow-varying fault detection, and is of great significance for the slow-varying fault detection of inertial/satellite integrated navigation system in complex environment.

【技术实现步骤摘要】
一种惯性/卫星组合导航系统快速故障检测方法
本专利技术涉及一种惯性/卫星组合导航系统快速故障检测方法，属于组合导航

技术介绍
惯性/卫星组合导航系统缓变故障检测是导航可靠性和安全性提高的难点问题，其中检测实时性是缓变故障检测的一个重要指标。对于缓变故障，即使能够被检测也会有较大的时间延迟，对组合导航系统的性能产生严重影响，从而造成对飞行器安全应用的极大潜在威胁。惯性/卫星组合导航系统缓变故障检测传统方法采用组合导航滤波器新息构建故障检测的检验统计量，这一方法存在以下不足：滤波器具有良好的故障跟踪特性，并且在采用闭环校正系统状态误差的结构，这虽然对提高导航系统精度是有利的，但对于故障检测是有害的。上述原因会导致滤波器新息中反映的故障幅值减小，因此作为检验统计量对故障检测的敏感度下降，检测延时增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于惯性/卫星组合导航系统的快速故障检测方法，该方法通过预测滤波器新息构建检验统计量，与滤波器并行运行，预测新息中不受到误差跟踪的影响，因此可以提高缓变故障检测灵敏度，减小故障检测延时。该方法对于惯性/卫星组合导航系统缓变故障的检测具有应用价值。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种惯性/卫星组合导航快速故障检测方法，包括以下步骤：步骤(1)：计算惯性/卫星组合导航滤波器新息rk＝Zk-HkXk/k-1(1)式中，rk为第k个离散时刻滤波器新息，Zk为第k个离散时刻滤波器观测量，Hk为第k个离散时刻滤波器观测方程，Xk/k-1为第k个离散时刻滤波器状态一步预测值；步骤(2)：定义故障检测检验统计量：式中，其中，m为检验统计量计算所需的离散时刻数，为新息预测值，Vd为滤波器新息在第d个离散时刻的方差：式中，Pd/d-1是状态量协方差阵，Rd为观测量协方差阵，Hd为第d个离散时刻滤波器观测方程；步骤(3)：对于给定的样本数据集合D＝{(Zc,rc)|c＝1,2,...n}，构造回归函数：其中w为权向量，b为偏差量；是将n维状态空间映射到一个Hilbert特征空间的核空间映射函数；步骤(4)：将步骤(3)的回归函数转化为求解极值问题：式中，ec为误差变量；γ为规则化参数；J为性能函数。步骤(5)：令维数i＝1；步骤(6)：获取第k个离散时刻滤波器新息rk的总维数dim，判断是否满足i＞dim，如满足则执行步骤(9)，否则执行步骤(7)；步骤(7)：计算第k个离散时刻滤波器新息第i维的回归偏导数，包括以下子步骤：步骤(7.1)：定义第k个离散时刻滤波器新息第i维的回归约束条件：步骤(7.2)：定义第k个离散时刻滤波器新息第i维的拉格朗日函数：式中，α＝[α1α2…αn]，e＝[e1e2…en]。步骤(7.3)：分别对步骤(7.2)中获得的拉格朗日函数中的w、b、e、α求回归偏导数，得：步骤(8)：令i＝i+1，转到步骤(6)；步骤(9)：根据步骤(7)获得的回归偏导数，计算新息回归函数，具体包括以下步骤：步骤(9.1)：将步骤(7.3)获得的拉格朗日函数的回归偏导数转换为状态空间形式，并消去w、e，得：式中，1＝[11…1]T，上标(i)表示相应向量的第i维元素；步骤(9.2)：定义过渡矩阵Φ：式中，步骤(9.3)：判断过渡矩阵Φ是否可逆，如果可逆，则计算式(13)：步骤(9.4)：根据步骤(9.3)获得的回归参数α，b，计算新息回归函数：式中，步骤(10)：利用步骤(9)获得的新息回归函数计算预测新息，根据步骤(2)定义的故障检测检验统计量进行故障检测计算，包括以下步骤：步骤(10.1)：令s＝1；步骤(10.2)：判断是否s≤n，如果是则执行步骤(10.4)，否则执行步骤(10.3)；步骤(10.3)：根据步骤(1)计算当前时刻惯性/卫星组合导航滤波器新息rk，并存储至导航计算机第s个暂存单元，并转到步骤(10.10)；步骤(10.4)：进行导航计算机暂存单元计算新息更新，包括如下子步骤：步骤(10.4.1)：令u＝1；步骤(10.4.2)：删除第s-n+u个导航计算机暂存单元的数据；步骤(10.4.3)：将第s-n+u+1个导航计算机暂存单元的数据复制到第s-n+u个暂存单元；步骤(10.4.4)：判断是否u＜n，如果是则令u＝u+1，并返回步骤(10.4.2)，否则执行步骤(10.4.5)；步骤(10.4.5)：根据步骤(1)计算当前惯性/卫星组合导航滤波器新息rk，并存储至导航计算机第n个暂存单元；步骤(10.5)：利用步骤(10.4)更新获得导航计算机暂存单元中的n个新息组成的样本数据集合，根据步骤(9)计算新息回归函数，并计算预测新息：步骤(10.6)：判断是否s≤m，如果是则执行步骤(10.8)，否则执行步骤(10.7)；步骤(10.7)：将步骤(10.5)计算获得的当前时刻惯性/卫星组合导航滤波器预测新息存储至故障检测器第s个暂存单元，并转到步骤(10.10)；步骤(10.8)：进行故障检测器暂存单元预测新息更新，包括如下子步骤：步骤(10.8.1)：令v＝1步骤(10.8.2)：删除第s-n+v个导航计算机暂存单元的数据；步骤(10.8.3)：将第s-n+v+1个导航计算机暂存单元的数据复制到第s-n+v个暂存单元；步骤(10.8.4)：判断是否v＜m，如果是则令v＝v+1，并返回步骤(10.8.2)，否则执行步骤(10.8.5)；步骤(10.8.5)：将步骤(10.5)计算获得的当前时刻惯性/卫星组合导航滤波器预测新息存储至故障检测器第m个暂存单元；步骤(10.9)：利用步骤(2)定义的故障检测检验统计量和步骤(10.8)更新获得故障检测器暂存单元中的m个预测新息组成的检验统计量样本数据集合，进行故障检测计算；步骤(10.10)：判断是否导航结束，如是则结束，否则令s＝s+1，返回步骤(10.2)。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种惯性/卫星组合导航快速故障检测方法，所述方法该方法可利用支持向量回归提高缓变故障下的新息故障跟踪特性，减小故障检测延时，提高惯性/卫星组合导航故障检测性能。附图说明图1为本专利技术的原理示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术提出的一种惯性/卫星组合导航系统快速故障检测方法进行详细说明：一种惯性/卫星组合导航系统快速故障检测方法，其原理如图1所示，包括以下步骤：步骤(1)：计算惯性/卫星组合导航滤波器新息rk＝Zk-HkXk/k-1(1)式中，rk为第k个离散时刻滤波器新息，Zk为第k个离散时刻滤波器观测量，Hk为第k个离散时刻滤波器观测方程，Xk/k-1为第k个离散时刻滤波器状态一步预测值；步骤(2)：定义故障检测检验统计量：式中，其中，m为检验统计量计算所需的离散时刻数，为新息预测值，Vd为滤波器新息在第d个离散时刻的方差：式中，Pd/d-1是状态量协方差阵，Rd为观测量协方差阵，Hd为第d个离散时刻滤波器观测方程；步骤(3)：对于给定的样本数据集合D＝{(Zc,rc)|c＝1,2,...n}，构造回归函数：其中w为权向量，b为偏差量；是将n维状态空间映射到一个Hilbert特征空间的核空间映射函数；步骤(4)：将步骤(3)的回归函数转化为求解极值问题：式中，ec为误差变量；γ为规则化参数；J为性能函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惯性/卫星组合导航快速故障检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)：计算惯性/卫星组合导航滤波器新息rk＝Zk‑HkXk/k‑1  (1)式中，rk为第k个离散时刻滤波器新息，Zk为第k个离散时刻滤波器观测量，Hk为第k个离散时刻滤波器观测方程，Xk/k‑1为第k个离散时刻滤波器状态一步预测值；步骤(2)：定义故障检测检验统计量：

【技术特征摘要】
1.一种惯性/卫星组合导航快速故障检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤(1)：计算惯性/卫星组合导航滤波器新息rk＝Zk-HkXk/k-1(1)式中，rk为第k个离散时刻滤波器新息，Zk为第k个离散时刻滤波器观测量，Hk为第k个离散时刻滤波器观测方程，Xk/k-1为第k个离散时刻滤波器状态一步预测值；步骤(2)：定义故障检测检验统计量：式中，其中，m为检验统计量计算所需的离散时刻数，为新息预测值，Vd为滤波器新息在第d个离散时刻的方差：式中，Pd/d-1是状态量协方差阵，Rd为观测量协方差阵，Hd为第d个离散时刻滤波器观测方程；步骤(3)：对于给定的样本数据集合D＝{(Zc,rc)|c＝1,2,...n}，构造回归函数：其中w为权向量，b为偏差量；是将n维状态空间映射到一个Hilbert特征空间的核空间映射函数；步骤(4)：将步骤(3)的回归函数转化为求解极值问题：式中，ec为误差变量；γ为规则化参数；J为性能函数。步骤(5)：令维数i＝1；步骤(6)：获取第k个离散时刻滤波器新息rk的总维数dim，判断是否满足i＞dim，如满足则执行步骤(9)，否则执行步骤(7)；步骤(7)：计算第k个离散时刻滤波器新息第i维的回归偏导数，包括以下子步骤：步骤(7.1)：定义第k个离散时刻滤波器新息第i维的回归约束条件：步骤(7.2)：定义第k个离散时刻滤波器新息第i维的拉格朗日函数：式中，α＝[α1α2…αn]，e＝[e1e2…en]。步骤(7.3)：分别对步骤(7.2)中获得的拉格朗日函数中的w、b、e、α求回归偏导数，得：步骤(8)：令i＝i+1，转到步骤(6)；步骤(9)：根据步骤(7)获得的回归偏导数，计算新息回归函数，具体包括以下步骤：步骤(9.1)：将步骤(7.3)获得的拉格朗日函数的回归偏导数转换为状态空间形式，并消去w、e，得：式中，上标(i)表示相应向量的第i维元素；步骤(9.2)：定义过渡矩阵Φ：式中，步骤(9.3)：判断过渡矩阵Φ是否可逆，如果可逆，则计算式(13)：步骤(9.4)：根据步骤(9.3)获得的回归参数α，b，计算新息回归函数：式中，步骤(10)：利用步骤(9)获得的新息回归函数计算预测新息，根据步骤(2)定义的故障检测检验统计量进行故障检测计...

【专利技术属性】
技术研发人员：马航帅，王融，孙晓敏，王丹，刘建业，熊智勇，李荣冰，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31