文摘

考虑到传统联邦filtering-based容错组合导航系统难以实现串行数据处理电路,介绍了导航切换策略SINS / GPS /广告/ DVL容错组合导航系统保证组合导航系统传感器故障的可靠性。当传感器出现故障时,罪和无故障的传感器选择先后形成一个组合导航系统,这样可以获得可靠的导航参数。实现仿真测试验证SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统可以提供可靠的导航参数当广告和DVL禁用。

1。介绍

目前,导航系统常用的飞机上包括捷联式惯性导航系统(罪),全球卫星导航系统、多普勒导航系统。导航技术主要提供方向、位置、速度、时间、运动和其他信息载体,已经广泛应用于车辆、船舶、飞机、和其他民用领域,和导弹、航天、和其他军事领域,是一个重要的国家信息和战略资源。在[1),目前的空间技术要求越来越高的导航系统的可靠性。一个类型的导航系统不能满足工程应用的要求。在这种情况下,组合导航技术应运而生。在[2),一种改进的自适应卡尔曼滤波方法提出了GPS信号偏差,解决了这个问题的严重创新协方差和实际情况之间的差异。在[3),一个矩阵加权多传感器数据融合方法,采用两级结构实现INS / GNSS / CNS组合导航。然而,在集中式卡尔曼滤波信息融合,高维矩阵操作非常复杂,而且一旦导航设备失败,整个系统将被污染和过滤发散[4]。

容错设计是一个重要的方法来提高组合导航系统的可靠性(5- - - - - -9]。在[10),它指出了应用程序的INS / USBL / DVL组合导航联邦滤波三种信息融合算法的定位误差积累和容错水下潜艇惯性导航系统。在[11),针对巡航导弹的要求精度高和自主导航系统及其统一的飞行特性,捷联惯性/天文导航/合成孔径雷达组合导航系统是专为巡航导弹。雷达组合导航系统组合导航采用非线性建模,以及非线性无味卡尔曼滤波方法用于每个subfilter滤波器,大大提高了系统的容错性和实时性能。在[12),提出了一种分布式联邦卡尔曼滤波器来提高系统的故障隔离和恢复功能。在[13),一个基于SINS / GPS / DVL组合导航系统通过使用卡尔曼滤波器,提出了减少了计算时间,提高了系统的容错性能。分散估计方法及其在容错组合导航系统中的应用研究[14]。智能容错组合导航系统的理论研究(15]。方案的容错组合导航系统提出了基于多传感器信息融合在16]。所有参数的最优估计和容错处理的系统状态。在[17),一个分布式最优融合方法结合规则的运动模型的体积误差识别和预测提出了解决非线性集成问题的MIMU / GNSS /中枢神经系统。(18)提出了一种鲁棒容错联邦滤波器的罪恶/ GNSS / CNS / DVL组合导航。在[19),执行器故障检测与重构方案基于故障分类应用于六角旋翼无人机的设计。在[20.),故障检测和隔离(FDI)计划提出了基于分布式交互式multimodel解决问题的故障检测和隔离(FDI)导航传感器组成的惯性设备和摄像机传感器在机器人系统。

此外,新技术,如人工智能、神经网络和计算机视觉中使用multi-information融合技术提高导航系统的情报和可视化。在联邦滤波器的设计,信息分配系数是一个关键因素,它直接影响联邦滤波器的性能。系统上的信息分配系数的影响条件下的子系统(在研究失败的21强大的信息),提出了一种方法基于每个子系统故障的概率分布。在[22),本地过滤的准确性提高了估计的均方误差矩阵的弗罗贝尼乌斯准则和自适应地调整信息分配系数。为了提高评估质量,在23有序加权平均(OWA)算子,集成多速率卡尔曼滤波器的设计。的剩余寿命预测方法提出了基于分布式神经网络(24]。比集中的神经网络方法具有较高的精度。SAPD,数据驱动算法,引入冗余的异常检测和输出重建惯性测量单元(芮木泪柏),提高了检测的准确性小断层(25]。整体学习应用到工业燃气轮机故障检测与隔离策略(26]。

在实际工程应用中,考虑到串行数据处理电路很难实现上述联邦滤波和系统可靠性无法保证根据集中式卡尔曼滤波,一个集成的基于导航容错系统切换策略,提出本文的可靠性SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统改进。

本文组织如下。导航切换策略的SINS / GPS / DVL组合导航系统设计/广告2。卡尔曼滤波方程和卡尔曼滤波器3。进行模拟来验证该方法的优越性4。结论部分5。

2。导航切换策略的SINS / GPS /广告/ DVL容错组合导航系统

考虑罪的优点,如导航精度高、完整的导航参数,自主性强、抗干扰能力强,它用作导航的主要设备。

集成的基于导航容错模型切换策略如图1。系统有四种工作模式,即SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统,SINS / GPS组合导航系统,罪恶/广告组合导航系统,分别和SINS / DVL组合导航系统。系统在正常运行时,四个模式自动切换到对方,和主要工作模式系统的工作模式的SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统。工作条件和数据精度的三个传感器被用作交换标准。当所有的传感器工作正常,SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统是有效的。当GPS提供的错误数据由于故障或可观测卫星的数量(小于4)不能工作,转而罪/广告组合导航模式。当错误数据提供的广告由于故障,它是转向SINS / DVL组合导航模式。具体步骤如下:

步骤1。确定GPS可以接收超过4卫星(包括4)和广告和DVL信号是否可以正常收到。如果所有接收到的信号是,选择SINS / GPS /广告/ DVL组合导航工作模式。否则,比较不同GPS,广告,DVL和惯性导航测量序列。

步骤2。如果GPS能正常工作和GPS和惯性导航测量序列之间的差异最小,SINS / GPS组合模式被选中。如果GPS观测卫星的数量小于4或GPS和INS测量序列之间的差异太大,SINS / GPS滤波是废弃的。

步骤3。如果广告传感器正常工作,自检和故障检测系统模块表明他们正常工作和广告之间的区别和INS测量序列是最小的,罪恶/广告组合模式选择;否则,SINS / DVL组合模式切换。

步骤4。继续判断GPS的工作状态,广告,和DVL实时的区别和比较GPS,广告,和DVL INS实时测量序列。

3所示。组合导航系统

3.1。状态方程的SINS / GPS,罪恶/广告,和SINS / DVL

选择状态变量的罪 在哪里 , , , , , , , ,和罪态度错误,速度误差和位置误差,分别; , ,和陀螺的偏见; , ,和一阶马尔可夫过程。 , ,和是恒定的加速度计的漂移。

基于误差方程的罪,存在 在哪里 是系统噪声, 非零的状态矩阵,提出了为 和

选择GPS作为状态变量 在哪里 , ,和速度误差; , ,和位置误差。

基于GPS的误差方程,存在 在哪里 , 系统噪声和吗 。

选择广告的状态变量 在哪里 速度误差;是高度的错误。

误差方程的基础上广告,存在 在哪里 , 系统噪声和吗 。

选择DVL的状态变量 在哪里 , ,和速度测量误差是由地形引起的变化。

基于DVL误差方程,存在 在哪里 , 系统噪声和吗 。

的SINS / GPS组合导航子系统的状态方程得到 在哪里

罪的状态方程得到/广告组合导航子系统 在哪里

的SINS / DVL组合导航子系统的状态方程得到 在哪里

3.2。SINS / GPS测量方程,罪恶/广告,和SINS / DVL

SINS / GPS组合导航子系统使速度和位置信息的输出之间的差异由GPS导航和罪恶的速度和位置信息来获取测量方程 在哪里 , ,和 是噪音。

罪/广告组合导航子系统使得输出的速度和高度之间的差异信息广告和罪恶的速度和高度信息获取测量方程 在哪里 ,和 是测量噪声。

SINS / DVL组合导航子系统使得输出的速度信息的区别DVL和罪恶的速度信息,获得测量方程 在哪里 ,和 是测量噪声。

3.3。卡尔曼滤波器

离散化状态方程(11)- (15)和测量方程(17)- (21),每个组合导航系统的卡尔曼滤波方程可以获得 在哪里的状态向量的时间吗 , 是测量向量在时间吗 , 测量矩阵在时间吗 , 是系统测量噪声矩阵的时间吗 , 的状态向量的时间吗 , 噪声矩阵在时间吗 , 噪声分布矩阵在时间吗 , 是状态一步转换矩阵,和是高斯白噪音 , ,和 与采样周期 。

卡尔曼滤波器的设计

4所示。模拟

在本节中,提出了模拟验证的可靠性SINS / GPS /广告/ DVL容错组合导航系统可以保证在传感器故障的存在。

4.1。故障场景

飞行数据来自合作项目与中航工业成都飞机设计研究所。陀螺仪的罪,不断漂移 ,和随机漂移 。加速度计的罪,不断漂移 ,和随机漂移 。对于GPS,速度测量误差 ,和位置测量误差 。对于广告来说,速度测量误差 ,和高度测量误差 。对于DVL,速度测量误差 。飞机的飞行过程分为三个阶段:攀升,稳定飞行和降落。在每个阶段,缺点是对传感器的高度数据,分别。提出了传感器的故障类型和尺寸表1。

4.2。仿真结果

并给出了模拟数据2- - - - - -5。从数据2- - - - - -4、态度、速度和位置测量的组合导航系统可以跟踪期望的导航参数,在螺旋角跟踪太多的错误是由于原始数据与测量误差。自慢不同故障随时间而增加,开始时误差非常小,交换系统不会开关。因为有一定的身高数据输出之间的误差通过广告和真实数据本身,切换时进行错误增加到一个更大的错误比SINS / GPS导航系统。如图4在稳定飞行阶段,GPS高程数据正在慢慢改变了从1080年代到1692年代。大约在1693年代,GPS高程数据误差大于广告高度数据误差。这个时候,切换到选择罪/广告组合导航系统。至于硬故障在3000年代~ 3120年代,SINS / GPS组合导航系统被选中。总之,预期的导航的可靠性SINS / GPS /广告/ DVL组合导航系统是保证使用该导航切换策略。

5。结论

在这篇文章中,一个导航切换策略SINS / GPS /广告/ DVL容错组合导航系统旨在保证导航的可靠性。考虑到软故障和硬故障,提出了模拟验证预期导航的可靠性可以获得使用该导航切换策略。

数据可用性

没有数据用于支持这项研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。