专利汇可以提供一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多 传感器 信息融合的组合导航故障诊断方法,涉及松组合 导航系统 的故障诊断技术,具体方法为:建立INS/GNSS松组合导航的卡尔曼滤波 状态方程 和预测方程;对多个IMU信息源数据进行预处理,生成信息数据向量。计算多源数据向量与状态估计向量余弦相似度;选取余弦相似度最大的信息源数据更新 扩展卡 尔曼滤波状态量,同时预测下一时刻的状态估计向量;计算每个信息数据向量与当前状态估计向量的残差,对超过 阈值 的残差进行诊断,对比故障模型得到该传感器的故障诊断结果。本发明计算简单,且有效地提高了导航系统的性能。,下面是一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法专利的具体信息内容。
1.一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,该方法应用于安装在飞行器上的INS系统和GNSS传感器组合成的INS/GNSS松组合的导航系统中,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤1:根据卡尔曼滤波理论,建立INS/GNSS松组合的导航系统的观测方程,根据观测方程得到当前时刻的偏差量;
步骤2:对INS系统中第i个IMU传感器采集到的数据进行预处理,生成第i个标准的IMU信息数据向量Ai,i=1,2,...E,所述E为IMU传感器的总个数;计算每个信息数据向量与当*
前时刻的状态估计向量A的余弦相似度的值;
步骤3:在E个余弦相似度的值中选择余弦相似度最大的值所对应的标准的IMU信息数据向量As,S∈1,2,3...E,并基于GNSS传感器测量的数据,计算得到下一个时刻的状态估计向量;
步骤4:根据当前时刻的E个标准IMU信息数据向量与当前时刻的状态估计向量的残差,判断当前时刻IMU传感器是否故障;若故障,则根据故障特征值判断传感器的故障类型。
2.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,其特征在于所述步骤1中根据观测方程得到当前时刻的偏差量的具体方法如下所示:
观测方程:δX=KδY,其中δY为松组合系统的状态量的偏差量,为δX为松组合系统进行卡尔曼滤波时状态量的偏差量;
其中K=(P(-)HT)(R+HP(-)HT)-1;其中P(-)为上一个时刻的协方差方程;
Φ=I+FδtGNSS
Qk=GQGTδtGNSS
Pt=(1-KH)P
P=ΦPtΦT+Qk
其中,I为单位矩阵,δtGNSS为GNSS传感器数据更新的时间间隔;F为imu的状态估计转移矩阵;Qk为当前时刻过程噪声引起的误差;P表示当前时刻的协方差方程,Q是系统过程噪声协方差阵;φ为松组合的导航系统的n×n维的状态转移矩阵;G为松组合的导航系统的n×n维的噪声驱动矩阵;H是m×n维测量矩阵,其中m为n维松组合的导航系统中可观测的维度的个数;T为空间置换;
根据观测方程和如下公式计算得到δX和δY:
δY=HδX+V。
3.根据权利要求2所述的一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,其特征在于,所述步骤3中计算得到下一个时刻的状态估计向量的具体方法为:
将向量As所对应的第S个IMU传感器认定为未发生故障的传感器,利用下述公式计算下一个时刻的状态估计向量
δAgnss=Agnss-A*
其中Agnsss为GNSS测量的数据;若当前时刻GNSS没有更新则δAgnss为0,若当前时刻GNSSS也进行了更新则Agnsss为GNSS传感器更新时候测量到的数据。
4.根据权利要求2所述的一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,其特征在于,所述步骤2的具体方法为:
对第i个IMU传感器采集到的数据飞行器的角速度ωb和加速度fb,进行预处理,得到vi,pi,ei为基于第i个IMU传感器测得的角速度ωb和加速度
fb,计算得到的飞行器在地标惯性坐标系下的速度、位置和姿态角;vi,pi,ei均为d维,且3*d=m;xi,1~xi,d为第i个IMU的第1~第d个数据通道的状态量,也即速度在第1~第d维上的数据;xi,d+1~xi,m-d为第i个IMU的第d+1~第m-d个数据通道的状态量,也即位置在第1~第d维上的数据;xi,m-d+1~xi,m为第i个IMU的第m-d+1~第m个数据通道的状态量,也即姿态角在第
1~第d维上的数据;
按照如下公式计算第i个标准的IMU信息数据向量Ai与当前时刻的估计状态向量A*的余弦相似度;
5.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,其特征在于,所述步骤4中判断传感器是否故障的具体方法为:
依次计算当前时刻的估计状态向量A*与Q个标准的IMU信息数据向量的残差,第i个的残差为:
ΔAi=A*-Ai
其中ΔAi的表达形式为ΔAi=[Δxi,1,Δxi,2,…,Δxi,m];Δxi,λ为第i个IMU的第λ个数据通道的状态量的误差值,λ=1,2,...m;将ΔAi与阈值t=[t1,t2,...,tm]进行比较,若Δxi,λ大于tλ;则认为该第i个IMU传感器故障,tλ为第λ个阈值。
6.根据权利要求5所述的一种多传感器信息融合的组合导航故障诊断方法,其特征在于,所述步骤4中根据故障特征值判断传感器的故障类型:
当第j个IMU故障,j∈Q且j≠s,则存在故障的状态量xj,k,与其对应的Δxj,k大于阈值,k=1,2,…,m;xj,k的表达式为:
表示当前时刻第j个IMU传感器的第k个数据通道在无故障时的状态量,fk表示当前时刻的该第k个数据通道的实际附加的故障特征值;根据表1判断该第j个IMU传感器的故障类型;
表1
其中c为一个常数,fk(-)为上一个时刻该第k个数据通道的实际附加的故障特征值;E1(.)为求期望值的函数,E(.)为方差函数。
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