導航系統(tǒng)故障檢測與診斷及其相關理論問題的研究.pdf

1、隨著現代控制理論、計算機技術和航空航天技術的發(fā)展，對導航系統(tǒng)的精度和可靠性要求越來越高。采用誤差補償技術和容錯技術是提高導航系統(tǒng)精度和可靠性的重要措施。本論文的研究旨在追蹤國際國內前沿，重點研究導航系統(tǒng)故障檢測與診斷方法以及高動態(tài)環(huán)境下捷聯慣性導航系統(tǒng)(SINS)的不可交換誤差——圓錐誤差和劃船誤差的補償技術。受第二炮兵工程學院的委托，對捷聯慣性組件(陀螺和加速度計)誤差系數的驗前數據分析及其概率統(tǒng)計建模也作了初步探索。 對S

2、INS中冗余配置的傳感器量測系統(tǒng)的軟故障，研究了目前常用的廣義似然比檢驗(GLT)和最優(yōu)奇偶向量檢驗(OPT)方法，主要討論兩種方法的有效性問題。首先，對由同類型同精度的單軸傳感器構成的冗余量測系統(tǒng)，研究了兩種方法故障隔離函數之間的關系，指出OPT方法進行故障檢測存在的問題，從理論上分析了出現此問題的原因。進而，對OPT方法中的故障檢測函數進行了修正。證明了用修正后的OPT方法和GLT方法進行故障檢測和隔離是完全等效的。其次，對于一般的

3、傳感器冗余測量系統(tǒng)，證明了當故障輸入陣和量測噪聲輸入陣之間成倍數關系時，兩種方法的故障檢測與隔離效果也是完全相同的。最后，為了研究更一般情況下GLT方法和OPT方法的故障檢測與隔離(FDI)效果，將它們應用于雙軸陀螺傳感器冗余量測系統(tǒng)，并進行了仿真試驗，得出了許多有意義的結論和滿意的結果。 對基于系統(tǒng)量測方程和狀態(tài)方程的動態(tài)系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的魯棒故障檢測與診斷(FDD)問題。首先，分析了系統(tǒng)魯棒故障檢測殘差設計的基本原理及其性

4、能指標。然后，根據魯棒設計原理，將OPT方法進行推廣，設計出對系統(tǒng)特定故障類型敏感、而對其它故障和量測噪聲不敏感的魯棒奇偶殘差，得到了魯棒FDD方法。最后，將魯棒FDD方法和常用的FDD方法應用于組合導航系統(tǒng)，通過Monte-Calro仿真，對提出的理論與方法進行了驗證。 討論了高動態(tài)環(huán)境下，SINS中不可交換誤差的補償算法。首先，根據旋轉矢量微分方程，分析了不可交換誤差產生的根源，給出圓錐誤差補償量及其一般形式。其次，介紹了

5、算法的對偶性原理，根據算法的對偶性原理和圓錐誤差補償的一般形式，得到了陀螺和加速度計任意子樣數下劃船誤差補償的一般形式。在經典的劃船運動條件下，對劃船誤差補償算法的系數進行優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的通用公式及其算法誤差主項。基于該方法可以充分利用圓錐誤差算法的已有結果，由計算機編程計算得到劃船誤差補償的任意子樣數算法，無需繁瑣的重復推導，既方便又準確。 基于新興的現代統(tǒng)計理論，將Bootstrap方法和隨機加權法與數據融合理論結合起