惯性/多卫星组合导航系统信息融合及故障检测算法研究

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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。
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