[發明專利]一種多傳感器信息融合的組合導航故障診斷方法

在審

• 申請號: 201911354400.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111024124A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 曹東;許瑞振;葛美星
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16;G01S19/47;G01S19/23
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.一種多傳感器信息融合的組合導航故障診斷方法，該方法應用于安裝在飛行器上的INS系統和GNSS傳感器組合成的INS/GNSS松組合的導航系統中，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1：根據卡爾曼濾波理論，建立INS/GNSS松組合的導航系統的觀測方程，根據觀測方程得到當前時刻的偏差量；

步驟2：對INS系統中第i個IMU傳感器采集到的數據進行預處理，生成第i個標準的IMU信息數據向量A_i，i＝1，2，...E，所述E為IMU傳感器的總個數；計算每個信息數據向量與當前時刻的狀態估計向量A^*的余弦相似度的值；

步驟3：在E個余弦相似度的值中選擇余弦相似度最大的值所對應的標準的IMU信息數據向量A_s，S∈1，2，3...E，并基于GNSS傳感器測量的數據，計算得到下一個時刻的狀態估計向量；

步驟4：根據當前時刻的E個標準IMU信息數據向量與當前時刻的狀態估計向量的殘差，判斷當前時刻IMU傳感器是否故障；若故障，則根據故障特征值判斷傳感器的故障類型。

2.根據權利要求1所述的一種多傳感器信息融合的組合導航故障診斷方法，其特征在于所述步驟1中根據觀測方程得到當前時刻的偏差量的具體方法如下所示：

觀測方程：δX＝KδY，其中δY為松組合系統的狀態量的偏差量，為δX為松組合系統進行卡爾曼濾波時狀態量的偏差量；

其中K＝(P_(-)H^T)(R+HP_(-)H^T)^-1；其中P_(-)為上一個時刻的協方差方程；

Φ＝I+Fδt_GNSS

Q_k＝GQG^Tδt_GNSS

P_t＝(1-KH)P

P＝ΦP_tΦ^T+Q_k

其中，I為單位矩陣，δt_GNSS為GNSS傳感器數據更新的時間間隔；F為imu的狀態估計轉移矩陣；Q_k為當前時刻過程噪聲引起的誤差；P表示當前時刻的協方差方程，Q是系統過程噪聲協方差陣；φ為松組合的導航系統的n×n維的狀態轉移矩陣；G為松組合的導航系統的n×n維的噪聲驅動矩陣；H是m×n維測量矩陣，其中m為n維松組合的導航系統中可觀測的維度的個數；T為空間置換；

根據觀測方程和如下公式計算得到δX和δY：

δY＝HδX+V。

3.根據權利要求2所述的一種多傳感器信息融合的組合導航故障診斷方法，其特征在于，所述步驟3中計算得到下一個時刻的狀態估計向量的具體方法為：

將向量A_s所對應的第S個IMU傳感器認定為未發生故障的傳感器，利用下述公式計算下一個時刻的狀態估計向量

δA_gnss＝A_gnss-A^*

其中A_gnsss為GNSS測量的數據；若當前時刻GNSS沒有更新則δA_gnss為0，若當前時刻GNSSS也進行了更新則A_gnsss為GNSS傳感器更新時候測量到的數據。