一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法技术方案

本发明专利技术属于惯导系统领域，具体涉及一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，包括以下步骤：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；采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻；采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离；采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离；确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；通过本发明专利技术提出的六陀螺冗余式系统故障双检测与隔离方法，可以准确地检测并隔离两个同时发生故障的惯性器件，保障了惯导系统的可靠性。因此，本发明专利技术可以更为全面地提升导航系统性能，满足导航系统长时间高可靠性实际应用需求。

A Double Fault Isolation Method for Six-Gyro Redundant Strapdown Inertial Navigation System

The invention belongs to the field of inertial navigation system, and specifically relates to a double fault isolation method of six gyro Redundant Strapdown Inertial Navigation system, which includes the following steps: collecting the output data of the inertial components of the Redundant Strapdown Inertial Navigation system, obtaining the output values of gyroscopes and accelerometers at different times; adopting the generalized likelihood ratio fault detection method to detect faults and recording the time of faults if faults occur The fault isolation method is based on maximum likelihood estimation; the fault isolation method is based on reduced parity vector; the fault information matrix R is determined and the system is reconstructed according to the system reconfiguration formula; the two simultaneous faults can be accurately detected and isolated by the double detection and isolation method of the six gyro redundant system proposed by the present invention. Faulty inertial devices ensure the reliability of inertial navigation system. Therefore, the invention can improve the performance of the navigation system more comprehensively and meet the practical application requirements of the navigation system with long time and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法
本专利技术属于惯导系统领域，具体涉及一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法。
技术介绍
惯性导航系统简称为惯导系统，该系统主要是运用惯性敏感元器件(比如加速度计和陀螺仪等)对车辆、舰船、飞行器等运载体相对于基础惯性空间运动的角运动信息和线运动信息进行测量，从而计算得到运载体相应的姿态、速度、位置信息的自主式导航系统。伴随着舰船航程、作战使命要求的不断发展，在对惯导系统精度要求不断提升的同时，对系统可靠性的要求也越来越高。随着控制理论和计算机技术的发展，利用冗余技术提高导航系统的可靠性是现代导航技术主要的发展方向之一。冗余式捷联惯导系统中任何一个加速度计或陀螺仪惯性敏感元件失灵不能正常工作时，都有可能带来十分严重的后果而发生严重的经济损失。为防止导航过程发生故障进而导致整个生产过程的瘫痪，有必要对系统的运行状态进行故障诊断，保证导航过程安全可靠。故障诊断就是对导航系统进行故障检测和故障隔离的过程。故障检测是利用各种检查测试方法发现系统和设备是否存在故障的过程；故障隔离是紧跟在故障检测之后，确定故障发生的位置、种类和发生时间的过程。现有的故障检测与隔离方法种类繁多，其中，基于解析模型的故障检测与隔离方法，是利用系统精确的数学模型和可观测输入输出量构造残差信号来反映系统期望行为与实际运行模式之间的不一致，并基于对残差信号的分析进行故障检测与隔离的方法，能深入系统本质的动态性质和实时诊断，尤其对线性系统的研究较为透彻，但多是针对单故障的冗余式捷联惯导系统的故障检测与隔离。Daly等人在《GeneralizedlikelihoodtestforFDIinredundantsensorconfigurations》(发表于《GuidanceandControl》，1979年，02期)提出一种经典并沿用至今的故障检测与隔离方法—广义似然比故障检测与隔离方法，检测灵敏度高且计算量小，便于工程实现而得到了广泛应用。但该方法适用于单故障的检测与隔离，对双故障的检测与隔离并不适用。双故障检测与隔离方法是用于系统两个惯性元件同时发生故障时，对故障进行检测与隔离的方法。Yang在《Doublefaultsisolationbasedonthereduced-orderparityvectorsinredundantsensorconfiguration》(2007年，02期)提出降阶奇偶向量方法进行双故障的检测与隔离，可对实现不同故障幅值的软故障及硬故障检测及隔离；WonHeelLee在《Two-faultsdetectionandisolationusingextendedparityspaceapproach》(2012年，03期)提出扩展奇偶向量方法进行双故障的检测与隔离，然而，上述方法都是针对七个或七个以上的惯性器件，对七冗余以下的惯导系统并不适用；秦永元和魏伟在《捷联惯导系统中确保全姿态测量的软故障检测和隔离》(1999年，02期)与《余度传感器捷联惯导软故障检测》(2009年，01期)基于极大似然估计方法，提出了一种双故障隔离函数，可以隔离六陀螺系统中双故障的个别情况，无法完全实现双故障的隔离。目前未能有一种双故障隔离方法同时隔离六陀螺冗余系统中的两个软故障或两个硬故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有效检测并隔离六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障的方法。一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，包括以下步骤：(1)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；(2)采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻；(3)采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离；(4)采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离；(5)确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；(6)将重构后的系统状态量代入导航解算过程，实时输出导航信息并继续对下一时刻的惯性器件输出值进故障检测、故障隔离以及系统重构，连续输出导航信息，直至导航任务结束。所述采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻，包括：利用广义似然比故障检测方法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；若某时刻系统故障检测函数值小于或等于门限值，表明系统无故障发生，此时重复步骤(1)，并继续采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；若某时刻系统故障检测函数值大于故障门限值，表明此时系统发生故障，记录该故障发生时刻，并执行步骤(3)。所述采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离，包括：分别计算故障时刻系统的双故障隔离函数值，比较各组双故障隔离函数值；当其最大值有且仅有一组时，对应的陀螺组即为发生故障的两个惯性器件，隔离系统中的两个故障惯性器件并执行步骤(5)，进行系统重构；当其最大值不唯一时，锁定发生双故障的惯性器件范围，并执行步骤(4)采用降阶奇偶向量的故障隔离方法定位故障。所述采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离，包括：当系统发生双故障，此时先排除其中一个故障惯性器件，其余的惯性器件构成降阶故障隔离系统，对该系统采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法，当降阶隔离函数最大值对应的惯性器件为假设中的另一个故障惯性器件，由此定位系统中的两个故障惯性器件。所述确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构，包括：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∈Rm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。本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提出的六陀螺冗余式系统故障双检测与隔离方法，可以准确地检测并隔离两个同时发生故障的惯性器件，保障了惯导系统的可靠性。因此，本专利技术可以更为全面地提升导航系统性能，满足导航系统长时间高可靠性实际应用需求。附图说明图1为本专利技术提出的捷联惯导系统双故障检测与隔离方法的基本流程框图。图2为六陀螺正十二面体冗余配置方案。图3为1号、2号陀螺故障时冗余系统的故障检测函数曲线。图4为1号、2号陀螺故障时冗余系统双故障隔离函数曲线。图5为1号、3号陀螺故障时冗余系统的故障检测函数曲线。图6为1号、3号陀螺故障时冗余系统的双故障隔离函数曲线。图7为1号、3号陀螺故障时冗余系统的降阶隔离函数曲线(排除1号陀螺)。图8为1号、3号陀螺故障时冗余系统的降阶隔离函数曲线(排除4号陀螺)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。惯性导航系统简称为惯导系统，该系统主要是运用惯性敏感元器件(比如加速度计和陀螺仪等)对车辆、舰船、飞行器等运载体相对于基础惯性空间运动的角运动信息和线运动信息进行测量，从而计算得到运载体相应的姿态、速度、位置信息的自主式导航系统。伴随着舰船航程、作战使命要求的不断发展，在对惯导系统精度要求不断提升的同时，对系统可靠性的要求也越来越高。随着控制理论和计算机技术的发展，利用冗余技术提高导航系统的可靠性是现代导航技术主要的发展方向之一。冗余式捷联惯导系统中任何一个加速度计或陀螺仪惯性敏感元件失灵不能正常工作时，都有可能带来十分严重的后果而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)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；(2)采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻；(3)采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离；(4)采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离；(5)确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；(6)将重构后的系统状态量

【技术特征摘要】
1.一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)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；(2)采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻；(3)采用基于极大似然估计的双故障隔离方法进行故障隔离；(4)采用基于降阶奇偶向量的故障隔离方法进行故障隔离；(5)确定故障信息矩阵R，依据系统重构公式进行系统重构；(6)将重构后的系统状态量代入导航解算过程，实时输出导航信息并继续对下一时刻的惯性器件输出值进故障检测、故障隔离以及系统重构，连续输出导航信息，直至导航任务结束。2.根据权利要求1所述的一种六陀螺冗余式捷联惯导系统双故障隔离方法，其特征在于，所述采用广义似然比故障检测方法进行故障检测，若发生故障，记录故障时刻，包括：利用广义似然比故障检测方法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；若某时刻系统故障检测函数值小于或等于门限值，表明系统无故障发生，此时重复步骤(1)，并继续采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；若某时刻系统故障检测函数值大于故障门限值，表明此时系统发生故障，记录该故障发生时刻，并执行步骤(3)。3.根据权利要求1所述的一种六陀螺冗余式捷联惯导...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建华，孙湘钰，葛靖宇，郭磊，丁继成，乔鹏超，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23