CN111121823B - 一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，通过从每一个四组合中选出两个三元组，分别以三元组中惯性传感器的输出同时进行导航解算得到导航参数以及三元组测量的角速度和比力，然后计算导航奇偶向量，将导航奇偶向量与姿态、位置、速度精度要求比较，只要其中一个参数超过了精度限制，则表明发生故障。本发明提出的基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，利用导航解形成奇偶校验方程，能够有效检测“软故障”。

Description

一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法
技术领域
本发明属飞行器导航技术领域，具体涉及冗余捷联惯组故障检测方法。
背景技术
为了提高飞行器导航系统的可靠性，多采用冗余捷联惯组。故障检测作为冗余技术中的关键环节，一直是广大科研工作者的研究热点。
在目前可查阅到的资料中，冗余捷联惯组故障检测大多采用惯性传感器连续性输出构造统计量，利用统计量的分布特性设计故障检测的阈值。但是，在工程实际中惯性传感器是以脉冲形式输出的，量化输出会打乱统计量的分布特性，从而给阈值设计带来困难。同时，现有技术对“软故障”(小故障，随时间积累，从而影响导航解算)的检测效果不是很理想。
发明内容
要解决的技术问题
针对现有故障检测方法在量化输出的情况下，存在阈值设计的难题，本发明提出了一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法。
技术方案
一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：计算导航奇偶向量的个数，即对惯性传感器进行四组合：
Figure BDA0002344835050000011
式中，n表示冗余捷联惯组中惯性传感器的个数，n≥5；
步骤2：从每一个四组合中任意选出两个三元组；
步骤3：分别以两个三元组中惯性传感器的输出进行导航解算：
Figure BDA0002344835050000021
式中，
Figure BDA0002344835050000022
分别表示由三元组abc解算得到的导航参数以及三元组abc测量的角速度和比力；
Figure BDA0002344835050000023
分别表示由三元组bcd解算得到的导航参数以及三元组bcd测量的角速度和比力；
步骤4：定义导航奇偶向量：
Figure BDA0002344835050000024
式中，ΔXabcd表示四组合abcd对应的导航奇偶向量，
Figure BDA0002344835050000025
和
Figure BDA0002344835050000026
分别表示由三元组abc、三元组bcd解算得到的导航参数；
步骤5：进行故障检测，将导航奇偶向量与姿态、位置、速度精度要求δ比较，只要其中一个参数超过了精度限制，则表明发生故障。
有益效果
本发明提出的一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，利用已知的导航参数技术指标确定阈值，方便快捷，有效避免了阈值设计的难题。同时，本发明提出的基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，利用导航解形成奇偶校验方程，能够有效检测“软故障”。
附图说明
图1三正交两斜置十表冗余捷联惯组配置示意图
图2基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测流程图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
以三正交两斜置十表冗余捷联惯组配置(如图1所示)为例，一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法主要包括如下步骤：
步骤一：计算导航奇偶向量的个数，即对惯性传感器进行四组合
Figure BDA0002344835050000031
式(4)中，n表示冗余捷联惯组中惯性传感器(加速度计或陀螺仪)的个数。
步骤二：从每一个四组合中选出两个三元组，以四组合abcd(该组合包括a,b,c,d四个惯性传感器)为例，选出abc和bcd两个三元组。
步骤三：分别以三元组abc和bcd中惯性传感器的输出同时进行导航解算
Figure BDA0002344835050000032
式(2)中，
Figure BDA0002344835050000033
分别表示由三元组abc解算得到的导航参数以及三元组abc测量的角速度和比力；
Figure BDA0002344835050000034
分别表示由三元组bcd解算得到的导航参数以及三元组bcd测量的角速度和比力。
步骤四：定义导航奇偶向量
Figure BDA0002344835050000035
式(3)中，ΔXabcd表示四组合abcd对应的导航奇偶向量，
Figure BDA0002344835050000036
和
Figure BDA0002344835050000037
分别表示由三元组abc、三元组bcd解算得到的导航参数。
步骤五：进行故障检测，将导航奇偶向量与姿态、位置、速度精度要求δ比较，只要其中一个参数超过了精度限制，则表明发生故障。
如图1所示，以三正交两斜置十表冗余捷联惯组配置为例，说明基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法：
三正交两斜置十表冗余捷联惯组，四组合共有
Figure BDA0002344835050000038
种情况，如表1所示：
表1三正交两斜置十表冗余捷联惯组四组合
Figure BDA0002344835050000039
Figure BDA0002344835050000041
表1中，ΔXJ表示不包含惯性传感器J的导航奇偶向量；
Figure BDA0002344835050000042
表示由惯性传感器I、J、K输出解算得到的导航参数。
将导航奇偶向量ΔXJ与姿态、位置、速度精度要求比较，若超出误差范围，说明发生故障，将对应导航奇偶向量置1，否则置0，可以得到如表2所示的三正交两斜置十表冗余捷联惯组故障定位表。
表2三正交两斜置十表冗余捷联惯组故障定位表
Figure BDA0002344835050000043
注：表2中XX表示系统发生二度故障(即两个惯性传感器发生故障)。
当系统无故障时，所有的导航奇偶向量都为0，即全都满足导航精度要求。
当系统发生一度故障时，只有不包含故障惯性传感器的一个导航奇偶向量为0，其余导航奇偶向量为1。例如，1号惯性传感器出现故障时，导航奇偶向量ΔX1等于0，其余导航奇偶等于1，由此可以判断出1号惯性传感器发生故障。
当系统发生二度故障时，所有的导航奇偶向量都为1，可以检测到系统发生故障，但是不能进行故障定位，需要结合其他的导航信息进行故障隔离。

Claims (1)

1.一种基于并行导航解算的冗余捷联惯组故障检测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：计算导航奇偶向量的个数，即对惯性传感器进行四组合：
Figure FDA0002344835040000011
式中，n表示冗余捷联惯组中惯性传感器的个数，n≥5；
步骤2：从每一个四组合中任意选出两个三元组；
步骤3：分别以两个三元组中惯性传感器的输出进行导航解算：
Figure FDA0002344835040000012
式中，
Figure FDA0002344835040000013
分别表示由三元组abc解算得到的导航参数以及三元组abc测量的角速度和比力；
Figure FDA0002344835040000014
分别表示由三元组bcd解算得到的导航参数以及三元组bcd测量的角速度和比力；
步骤4：定义导航奇偶向量
Figure FDA0002344835040000015
式中，ΔXabcd表示四组合abcd对应的导航奇偶向量，
Figure FDA0002344835040000016
和
Figure FDA0002344835040000017
分别表示由三元组abc、三元组bcd解算得到的导航参数；
步骤5：进行故障检测，将导航奇偶向量与姿态、位置、速度精度要求δ比较，只要其中一个参数超过了精度限制，则表明发生故障。
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