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惯性/多卫星组合导航系统信息融合及故障检测算法研究

2020-11-30阅读(456)

惯性/多卫星组合导航系统信息融合及故障检测算法研究

论文摘要

由于惯性导航系统和卫星导航系统具有良好的信息互补性,惯性/多卫星组合成为较为理想的导航系统。为进一步提高该组合导航系统的精度和可靠性,论文对惯性/多卫星组合导航系统的信息融合和故障检测算法进行了研究。论文针对常规联邦卡尔曼滤波的局限性和惯性/多卫星组合导航系统中量测噪声不断变化的特点,提出了一种双重自适应联邦滤波算法。该算法不必知道系统噪声统计特性而能对量测噪声进行在线自适应调节,并根据各卫星导航系统输出的几何精度因子(GDOP)对信息分配系数进行自适应调节。SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统仿真验证了该算法能够有效提高组合导航系统的精度。由于机载多信息组合导航系统时常工作在动态扰动环境中,论文研究了一种基于动态扰动的惯性/多卫星组合导航滤波算法。该算法采用几何精度因子对量测噪声进行自适应调节,利用卡尔曼滤波器的新息量对状态噪声协方差阵进行整体控制,同时根据各子系统误差协方差阵对信息分配系数进行自适应调节。解决了利用新息量无法同时确定观测值和状态参数自适应因子的问题,动态仿真验证了算法的有效性。为提高多信息组合导航系统的可靠性,论文提出了一种适用于联邦滤波结构的两级故障检测方法。利用联邦滤波结构残差χ2检验法对系统硬故障进行检测,利用第k ? m步未发生故障时的全局最优估计信息构造滑动残差检验函数,对系统软故障进行检测,同时根据软故障检测函数对信息分配系数进行自适应调节。SINS/Galileo/北斗组合导航系统仿真验证了该方法对系统硬故障和软故障均具有较高的故障检测灵敏度,能够进一步提高组合导航系统的可靠性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 组合导航系统发展概述
  • 1.2 多信息融合技术概况
  • 1.3 故障检测与隔离技术概述
  • 1.4 论文研究的目的及意义
  • 1.5 论文主要研究内容
  • 第二章 组合导航系统信息融合及故障检测理论研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 集中式卡尔曼滤波理论
  • 2.3 自适应卡尔曼滤波算法
  • 2.4 联邦卡尔曼滤波理论
  • 2.4.1 联邦卡尔曼滤波器结构
  • 2.4.2 联邦卡尔曼滤波器算法
  • 2.5 组合导航系统故障检测算法
  • 2 检验法'>2.5.1 状态χ2检验法
  • 2 检验法'>2.5.2 残差χ2检验法
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 惯性/多卫星组合导航系统自适应联邦滤波算法研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 简化的SAGE-HUSA 自适应滤波算法
  • 3.3 双重自适应联邦滤波算法研究
  • 3.3.1 基于新息反馈的自适应联邦滤波算法研究
  • 3.3.2 信息分配系数的确定
  • 3.4 SINS/多卫星组合导航系统仿真模型
  • 3.4.1 SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统状态方程
  • 3.4.2 SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统量测方程
  • 3.5 SINS/GPS/GALILEO/北斗组合导航系统仿真研究
  • 3.5.1 组合导航系统仿真流程
  • 3.5.2 仿真条件的设定
  • 3.5.3 仿真结果与分析
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 基于动态扰动的惯性/多卫星组合导航滤波算法研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 抗差自适应KALMAN 滤波算法
  • 4.2.1 抗差最小二乘估计原理
  • 4.2.2 抗差自适应Kalman 滤波
  • 4.3 动态扰动自适应联邦滤波算法研究
  • 4.3.1 改进的自适应滤波算法研究
  • 4.3.2 信息分配系数的确定
  • 4.4 SINS/多卫星组合导航系统仿真模型
  • 4.4.1 SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统状态方程
  • 4.4.2 SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统量测方程
  • 4.5 SINS/GPS/GALILEO/北斗组合导航系统仿真研究
  • 4.5.1 飞机飞行航迹模拟器
  • 4.5.2 仿真条件的设定
  • 4.5.3 仿真结果与分析
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 惯性/多卫星组合导航系统故障检测算法研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 故障类型
  • 5.3 两级故障检测与隔离算法研究
  • 2 检验算法研究'>5.3.1 联邦滤波结构残差χ2检验算法研究
  • 2 检验算法研究'>5.3.2 联邦滤波结构滑动残差χ2检验算法研究
  • 5.3.3 信息分配系数的确定
  • 5.4 SINS/GALILEO/北斗组合导航系统仿真模型
  • 5.4.1 SINS/Galileo/北斗组合导航系统状态方程
  • 5.4.2 SINS/Galileo/北斗组合导航系统量测方程
  • 5.5 两级故障检测在SINS/GALILEO/北斗组合导航系统中的仿真研究
  • 5.5.1 组合导航系统故障检测仿真流程
  • 5.5.2 容错联邦滤波算法流程
  • 5.5.3 仿真条件的设定
  • 5.5.4 仿真结果与分析
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 全文总结与展望
  • 6.1 论文主要研究内容总结
  • 6.2 后续研究工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文

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