本發(fā)明涉及組合導(dǎo)航、故障檢測，涉及多傳感器的信息融合以及導(dǎo)航解算，具體是一種sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法。

背景技術(shù)：

1、組合導(dǎo)航通過將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與多個(gè)外部輔助傳感器融合以提高導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度與魯棒性。目前國內(nèi)外常用的輔助傳感器包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss，globalnavigation?satellite?system）、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、視覺里程計(jì)以及里程計(jì)等。它們通過提供載體的位置、速度等位姿參數(shù)，作為觀測量進(jìn)行卡爾曼濾波等優(yōu)化濾波算法操作，進(jìn)而得到更為精確的組合導(dǎo)航結(jié)果。

2、激光多普勒測速儀（ldv，laser?doppler?velocimeter）作為一種完全自主的新型速度傳感器，可以輸出載體的實(shí)時(shí)速度，具有測量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測速范圍廣、噪聲特性好以及非接觸測量等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在組合導(dǎo)航領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并有望得到進(jìn)一步的發(fā)展。

3、然而，激光多普勒測速儀由于自身的工作特性限制，其在經(jīng)過積水、泥濘以及凹陷等惡劣環(huán)境路面時(shí)，容易丟失信號進(jìn)而導(dǎo)致輸出速度失真；此外，受到空氣中折射率波動(dòng)、溫度變化、多普勒頻率估計(jì)誤差等因素的影響，測速儀輸出值與真值相比還會(huì)出現(xiàn)緩慢的漂移。這些缺陷很大程度上限制了sins/ldv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度與魯棒性。

4、目前，故障診斷領(lǐng)域常用的算法主要有殘差卡方檢測算法與序貫概率比檢測算法等。其中，殘差卡方檢測算法利用kalman濾波過程中的殘差信息構(gòu)建相應(yīng)的故障檢測函數(shù)，并依據(jù)設(shè)定的置信水平確定故障檢測閾值，從而檢測故障的發(fā)生情況。這種方法對于突變的硬故障具有很好的檢測效果，例如掉速、掉零等故障情形，可以迅速的敏感到故障的出現(xiàn)，并予以隔離。但對于緩慢變化的軟性故障，殘差卡方檢測算法難以進(jìn)行即時(shí)快速的診斷。在緩變故障發(fā)生初期，其故障幅值較小，難以被檢出，存在故障的傳感器會(huì)持續(xù)污染集中濾波器，致使濾波器輸出跟蹤故障信息，從而導(dǎo)致殘差一直處于低于置信閾值的水平，即使故障值已累積到較大的水平，也不能有效檢測。

5、序貫概率比檢測算法對于緩變故障具有較好的檢測效果，但其需要利用前序時(shí)刻的觀測數(shù)據(jù)構(gòu)造故障檢測函數(shù)，因此在故障結(jié)束后存在一定時(shí)間的誤警問題。此外，在這兩種方法的基礎(chǔ)上還有許多其它的故障診斷方案，但大都存在誤警和漏警難以兼顧的問題。

6、因此，針對激光多普勒測速儀在使用過程中可能出現(xiàn)的各種硬性故障與軟性故障，需要提出一種可靠的故障診斷與隔離方案，以提高sins/ldv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性、可靠性與精度水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明供一種基于多激光多普勒測速儀量測值構(gòu)造sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，有效地克服了傳統(tǒng)故障檢測算法無法有效兼顧硬故障和軟故障的缺陷和不足，提高了sins/ldv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性與魯棒性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值與推廣潛力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，包括如下步驟：

3、步驟1，構(gòu)建組合導(dǎo)航的卡爾曼濾波系統(tǒng)；

4、步驟2，當(dāng)新時(shí)刻的測速儀量測數(shù)據(jù)到來時(shí)，計(jì)算兩套測速儀間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量；

5、步驟3，根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)量以及置信閾值，依據(jù)門限表決規(guī)則，確定測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀；

6、步驟4，將出現(xiàn)故障的測速儀量測數(shù)據(jù)予以剔除，利用剩下的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波量測更新。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例，步驟2中，所述計(jì)算兩套測速儀間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量，具體為：

8、對兩套測速儀輸出的量測值的比例因子進(jìn)行補(bǔ)償后作差，得到量測故障診斷變量；

9、基于所述量測故障診斷變量與當(dāng)前時(shí)刻解算的慣導(dǎo)速度計(jì)算得到兩套測速儀間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量。

10、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述量測故障診斷變量具體為：

11、；

12、其中，為測速儀與測速儀的量測故障診斷變量，為測速儀的量測值，為測速儀安裝的比例因子，為測速儀的量測值，為測速儀安裝的比例因子。

13、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述統(tǒng)計(jì)量具體為：

14、；

15、其中，為測速儀與測速儀之間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量，為當(dāng)前時(shí)刻解算的慣導(dǎo)速度，為測速儀的測速精度。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例，步驟3中，以三套測速儀為一測速儀組合，并依據(jù)門限表決規(guī)則確定測速儀組合中的測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀。

17、在其中一個(gè)實(shí)施例，所述依據(jù)門限表決規(guī)則確定測速儀組合中的測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀，具體為：

18、定義測速儀組合中的三套測速儀分別為測速儀1、測速儀2、測速儀3；

19、計(jì)算測速儀1與測速儀2間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量、測速儀2與測速儀3間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量，以及測速儀1與測速儀3間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量；

20、令置信閾值為：

21、當(dāng)時(shí)記，否則記；

22、當(dāng)時(shí)記，否則記；

23、當(dāng)時(shí)記，否則記；

24、記：

25、當(dāng)時(shí)，判定該測速儀組合中的三套測速儀全部正常工作，無故障；

26、當(dāng)且時(shí)，判定該測速儀組合中的測速儀1、測速儀2無故障，測速儀3故障；

27、當(dāng)且時(shí)，判定該測速儀組合中的測速儀2、測速儀3無故障，測速儀1故障；

28、當(dāng)且時(shí)，判定該測速儀組合中的測速儀1、測速儀3無故障，測速儀2故障；

29、當(dāng)時(shí)，判定該測速儀組合中的三套測速儀全部故障。

30、在其中一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中測速儀的數(shù)量為四個(gè)以上時(shí)，則所述測速儀組合的數(shù)量為多個(gè)，且各所述測速儀組合覆蓋組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的所有測速儀；

31、當(dāng)測速儀同時(shí)存在于測速儀組合1與測速儀組合2中時(shí)，若測速儀在測速儀組合1中判定為故障，且在測速儀組合2中判定為無故障，則最終判定測速儀無故障。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

33、1.本發(fā)明通過使用多套激光多普勒測速儀的冗余信息與激光捷聯(lián)慣組進(jìn)行組合，計(jì)算得到用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量，能夠在組合導(dǎo)航過程中有效檢出測速儀出現(xiàn)的各類故障，并在故障發(fā)生時(shí)予以精確定位和隔離，充分發(fā)揮了激光多普勒測速儀測速精度高、響應(yīng)快的優(yōu)勢，有利于提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度；

34、2.本發(fā)明具有較好的適用性和魯棒性，可檢測到測速儀在導(dǎo)航過程中存在的低故障幅值的常值漂移，能夠有效降低故障檢測的虛警率、漏檢率以及緩變故障的檢測時(shí)延；

35、3.本發(fā)明提高了sins/ldv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)率，當(dāng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中某一套測速儀丟失信號或發(fā)生故障時(shí)，可利用剩余測速儀的信息提供觀測，保證組合導(dǎo)航系統(tǒng)的整體定位精度。

技術(shù)特征：

1.一種sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，步驟2中，所述計(jì)算兩套測速儀間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，所述量測故障診斷變量具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)量具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，步驟3中，以三套測速儀為一測速儀組合，并依據(jù)門限表決規(guī)則確定測速儀組合中的測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，所述依據(jù)門限表決規(guī)則確定測速儀組合中的測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的sins/多l(xiāng)dv組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，其特征在于，當(dāng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中測速儀的數(shù)量為四個(gè)以上時(shí)，則所述測速儀組合的數(shù)量為多個(gè)，且各所述測速儀組合覆蓋組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的所有測速儀；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種SINS/多LDV組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷與隔離方法，包括如下步驟：構(gòu)建組合導(dǎo)航的卡爾曼濾波系統(tǒng)；當(dāng)新時(shí)刻的測速儀量測數(shù)據(jù)到來時(shí)，計(jì)算兩套測速儀間用于故障診斷的統(tǒng)計(jì)量；根據(jù)所述統(tǒng)計(jì)量以及置信閾值，依據(jù)門限表決規(guī)則，確定測速儀是否發(fā)生故障，并在存在故障時(shí)定位發(fā)生故障的測速儀；將出現(xiàn)故障的測速儀量測數(shù)據(jù)予以剔除，利用剩下的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波量測更新。本發(fā)明應(yīng)用于組合導(dǎo)航、故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，有效地克服了傳統(tǒng)故障檢測算法無法有效兼顧硬故障和軟故障的缺陷和不足，提高了SINS/LDV組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性與魯棒性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值與推廣潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：周健,張濤,聶曉明,王琦,向志毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19