CN109211270B - 一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于组合导航系统的健康管理领域，涉及一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统。所述的组合导航装置包括惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机其特征为：所述的故障检测系统包括四个独立的处理器，四个独立的处理器分别对惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机进行独立的故障检测，四个独立的处理器分别为组合导航装置内承担不同功能任务的处理模块。解决复杂组合导航系统各功能模块的故障检测问题。

Description

一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统
技术领域
本发明属于组合导航系统的健康管理领域，涉及一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统。
背景技术
近年来，惯性导航系统已经由之前的单一惯性器件实现拓展为多传感器融合的组合导航系统，常用的辅助信息源包括卫星、天文等。惯性导航自身的实现方式也从之前的纯捷联式过渡到旋转调制式。功能的多样化和实现的复杂化使得系统内功能模块增加，故障模式和检测需求也相应增加，这就需要针对物理实现提出新的故障检测方案。
发明内容
本发明解决的技术问题：解决复杂组合导航系统各功能模块的故障检测问题。
本发明的技术方案：一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，所述的组合导航装置包括惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机其特征为：所述的故障检测系统包括四个独立的处理器，四个独立的处理器分别对惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机进行独立的故障检测，四个独立的处理器分别为组合导航装置内承担不同功能任务的处理模块。
优选地，所述的四个处理器分别为组合导航装置内的惯性解算计算机、伺服控制计算机、天文解算计算机和卫星导航计算机。每个处理器在完成自身导航或控制算法外实现检测功能的复用，同时便于不同模块间的故障隔离。
优选地，所述的故障检测系统还包括综合处理器，综合处理器完成组合导航装置对外接口电路和电源的故障检测。实现四个模块以外的故障检测需求。
优选地，所述的四个独立处理器将检测结果打包成故障字通过数据总线发送至综合处理器。实现系统故障定级和上报处理的统一。
优选地，所述的综合处理器为组合导航装置内的综合导航计算机。
优选地，以惯性敏感组件的采样时钟作为故障检测系统的同步时钟，传递至综合处理器，综合处理器以该同步时钟作为故障数据接收和上报的基准，并通过FPGA将该时钟分发至处理器，作为处理器的数据采集和故障判断的基准周期。保证了故障信息的检测、上报与处理的实时性。
本发明的有益效果：实现了多传感器融合的复杂综合导航系统的故障检测功能；采用分布式检测方式有利于故障的隔离与定位，同时减少了综合处理器的故障检测工作量；采用一个处理器对故障信息综合有利于故障处理和上报的同步，以及全系统工作模式的切换。
附图说明
图1为本发明一种惯性天文卫星组合导航装置故障检测系统的原理图。
具体实施方式
现结合附图、实施例对本发明作进一步详细说明：
一种包含惯性、卫星和天文的组合导航旋转调制系统，包括惯性敏感组件、伺服控制和驱动模块、卫星接收机、测星敏感器、综合处理器、对外接口电路以及各模块所需电源等组件。
惯性敏感组件完成惯性传感器的控制、数据采样、滤波和解算功能。故障检测内容包括陀螺、加计及其相关电路的故障判定、传感器电源检测、温度检测、惯性处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测、传感器数据合理性判断及其他性能检测。
伺服控制和驱动模块主要完成旋转调制框架的角度测量，对框架电机的控制和驱动。故障检测内容包括框架的飞转、框架的卡滞、驱动输出级检测、转位的偏差、伺服控制处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测等。
测星敏感器主要完成高精度姿态航向信息的测量，对惯性导航部件误差进行修正。故障检测内容包括视频处理模块检测、陀螺检测、星体跟踪器检测、天文激磁电源检测、天文伺服控制检测、敏感器处理器检测、同步时钟检测以及对综合处理器总线接口检测等。
卫星接收机主要完成射频信号的处理与模数转换，最终输出导航结果。故障检测内容包括秒脉冲准时性、各频段卫星通道有效性、锁相环的失锁、天线通道的完好性、接收机处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测等。
以上四种检测结果均通过各自的处理器打包成为故障字通过数据总线发送给综合处理器。
对外接口电路主要完成与外部其他设备的数据交换。故障检测内容包括1553B总线检测、ARINC429总线检测、RS422收发检测、DS数据模块检测等。
电源主要是为系统所有设备提供经过滤波、浪涌抑制及稳压后的直流或交流电源，检测内容包括入口电源检测、二次直流电源检测、伺服电源检测、激磁电源检测等。
以上两种故障是通过综合处理器直接检测，其中总线检测可以通过FPGA的IP核返回检测结果，也可以通过应用软件直接判断。电源检测的物理量可以是模拟量也可以是离散量。此外综合处理器还负责周边芯片的检测，包括RAM、EEPROM和FLASH等。
所有的故障结果均周期性的上报综合处理器，综合处理器再根据各故障的影响程度和功能逻辑给出相应的处理动作和工作模式切换。并通过处理器自身总线接口和对外总线或离散量上报故障状态。
为保证故障信息的检测、上报与处理的实时性，惯性处理器以其陀螺和加计的采样时钟作为故障检测系统的同步时钟，传递至综合处理器，综合处理器以该同步时钟作为故障数据接收和上报的基准，并通过FPGA将该时钟分发至其它三个处理器，作为伺服控制处理器、卫星接收机和敏感器处理器的数据采集和故障判断的基准周期。

Claims (5)

1.一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，所述的组合导航装置包括惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机、综合处理器，其特征为：所述的故障检测系统包括四个独立的处理器，四个独立的处理器分别对惯性敏感组件、伺服控制和驱动、测星敏感器和卫星接收机进行独立的故障检测，四个独立的处理器分别为组合导航装置内承担不同功能任务的处理模块；综合处理器完成组合导航装置对外接口电路和电源的故障检测
惯性敏感组件完成惯性传感器的控制、数据采样、滤波和解算功能；故障检测内容包括陀螺、加计及其相关电路的故障判定、传感器电源检测、温度检测、惯性处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测、传感器数据合理性判断及其他性能检测；
伺服控制和驱动模块完成旋转调制框架的角度测量，对框架电机的控制和驱动；故障检测内容包括框架的飞转、框架的卡滞、驱动输出级检测、转位的偏差、伺服控制处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测；
测星敏感器完成高精度姿态航向信息的测量，对惯性导航部件误差进行修正；故障检测内容包括视频处理模块检测、陀螺检测、星体跟踪器检测、天文激磁电源检测、天文伺服控制检测、敏感器处理器检测、同步时钟检测以及对综合处理器总线接口检测；
卫星接收机完成射频信号的处理与模数转换，最终输出导航结果；故障检测内容包括秒脉冲准时性、各频段卫星通道有效性、锁相环的失锁、天线通道的完好性、接收机处理器及其周边芯片的检测、对综合处理器总线接口检测；
对外接口电路完成与外部其他设备的数据交换；故障检测内容包括1553B总线检测、ARINC429总线检测、RS422收发检测、DS数据模块检测；
电源是为系统所有设备提供经过滤波、浪涌抑制及稳压后的直流或交流电源，检测内容包括入口电源检测、二次直流电源检测、伺服电源检测、激磁电源检测；
总线检测可以通过FPGA的IP核返回检测结果，也可以通过应用软件直接判断；电源检测的物理量可以是模拟量也可以是离散量；综合处理器还负责周边芯片的检测，包括RAM、EEPROM和FLASH。
2.根据权利要求1所述的一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，其特征为：所述的四个处理器分别为组合导航装置内的惯性解算计算机、伺服控制计算机、天文解算计算机和卫星导航计算机。
3.根据权利要求1所述的一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，其特征为：所述的故障检测系统还包括综合处理器，综合处理器完成组合导航装置对外接口电路和电源的故障检测。
4.根据权利要求3所述的一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，其特征为：所述的综合处理器为组合导航装置内的综合导航计算机。
5.根据权利要求3所述的一种惯性天文卫星组合导航装置的故障检测系统，其特征为：以惯性敏感组件的采样时钟作为故障检测系统的同步时钟，传递至综合处理器，综合处理器以该同步时钟作为故障数据接收和上报的基准，并通过FPGA将该时钟分发至处理器，作为处理器的数据采集和故障判断的基准周期。
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基于粒子滤波的空天飞行器多源信息融合导航技术研究;林爱军;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20170315;正文第11-17、36-42、49-52页 *

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