[發(fā)明專利]一種無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測與隔離方法

在審

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• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111964695A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳朋印
• 申請（專利權(quán)）人: 西安因諾航空科技有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測與隔離方法，本發(fā)明首先根據(jù)IMU單元輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行故障檢測與隔離，然后對每個量測信息進(jìn)行故障檢測與隔離，保證無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的高可靠性。本方法的計算量小，可對IMU故障與量測故障進(jìn)行實時檢測并隔離有故障的傳感器，并且對非同軸安裝的IMU數(shù)量無限制。本發(fā)明對IMU單元數(shù)據(jù)源直接進(jìn)行檢測，可防止IMU故障注入濾波器，保證濾波器不被故障污染，并且對每個量測分別進(jìn)行故障檢測與隔離，適用于多種不同速率傳感器的故障檢測與隔離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測與隔離方法。

背景技術(shù)

目前，無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，基于無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。在軍事偵查、戰(zhàn)場監(jiān)視、火災(zāi)探測、環(huán)境與交通監(jiān)測方面都得到了廣泛的應(yīng)用。無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)期間周圍環(huán)境復(fù)雜多變，各類傳感器均有可能出現(xiàn)短暫故障，為了保證無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的高可靠性與任務(wù)的順利執(zhí)行，可設(shè)計傳感器硬件冗余，為了更好的利用冗余傳感器的信息，實時對傳感器進(jìn)行故障檢測與隔離至關(guān)重要。

目前無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)常用的故障檢測與隔離方法包括：直接比較法、小波變換法、狀態(tài)估計法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及專家系統(tǒng)法等等，但是以上方法在工程上使用均有欠缺，直接比較法會隨著冗余慣組中器件數(shù)目的增多，計算量增大，檢測效果急劇下降；小波變化法計算量大，實時性差，難以選出最優(yōu)小波基和分解層數(shù)，并且不能區(qū)分無人機(jī)機(jī)動帶來的突變信號和傳感器故障導(dǎo)致的突變信號，易誤警；狀態(tài)估計法需要建立準(zhǔn)確的無人機(jī)動力學(xué)模型，噪聲統(tǒng)計特性，實用性不強(qiáng)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法難以獲得足夠的故障特征信息，工程應(yīng)用較困難；專家系統(tǒng)法難以建立專家知識庫以及故障推理機(jī)構(gòu)。

因此研究一種簡單有效、實時性高以及魯棒性好的故障檢測與隔離方法對提升無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測與隔離方法，該方法可根據(jù)IMU輸出的原始信息實時對冗余捷聯(lián)慣組進(jìn)行故障檢測與隔離，顯著提高無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。該方法可實時對無人機(jī)每個量測信息單獨進(jìn)行故障檢測并隔離有故障測量傳感器，適用于多種不同速率傳感器的故障檢測與隔離，進(jìn)一步保證無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)高可靠性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

S1，采集待測IMU單元的測量值，并計算IMU單元的配置矩陣，構(gòu)造出故障檢測函數(shù)，進(jìn)入S2；

S2，根據(jù)故障檢測函數(shù)判斷IMU單元的測量值是否出現(xiàn)故障；若IMU單元的測量值無故障，則進(jìn)入S4，若IMU測量值有故障，則進(jìn)入S3；

S3，構(gòu)造故障參考向量，隔離出故障的IMU單元，再轉(zhuǎn)入S4；

S4，對量測信息進(jìn)行故障檢測，若量測信息未檢測到故障，則循環(huán)進(jìn)行S6；當(dāng)檢測到量測信息出現(xiàn)故障時，進(jìn)入S5；

S5，檢測備份量測信息的狀態(tài)，若備份量測信息狀態(tài)正常則切換至備份量測信息，進(jìn)行卡爾曼濾波；若備份狀態(tài)異常，則放棄切換，并停止濾波。

S6，進(jìn)行卡爾曼濾波，完成檢測與隔離。

S1中，計算配置矩陣時是據(jù)冗余捷聯(lián)慣組的安裝方式。

S2中，根據(jù)故障檢測函數(shù)判斷IMU測量值是否出現(xiàn)故障的具體方法如下：

第一步，對配置矩陣進(jìn)行奇異值分解，計算奇異值；

第二步，根據(jù)IMU單元的測量值與奇異值計算奇偶向量，進(jìn)而構(gòu)造故障檢測函數(shù)；

步驟三，將IMU單元的測量值輸入故障檢測函數(shù)中，將函數(shù)值與故障檢測門限進(jìn)行對比，從而判斷IMU單元的測量值是否出現(xiàn)故障。

S2中，若IMU單元的測量值無故障，在進(jìn)入S4的同時執(zhí)行S1。