一种惯性导航系统的容错配置方法.pdf

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1、-92·工业仪表与自动化装置2010年第3期一种惯性导航系统的容错配置方法朱新岩．周斌(汽车管理学院，安徽蚌埠230010)摘要：无人机导航系统设计中，惯导系统的容错能力的提高是需要解决的重点问题之一。在分析余度配置方法和奇偶方程的基础上，给出一种简单易行的惯性器件余度配置方法，并进行了仿真。仿真结果表明，该方法简单易行，有一定的借鉴意义和实用价值。关键词：惯导系统；容错；余度配置中图分类号：V249．322文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)03—0092—03Afaulttolerancedeploymetho

2、dofINSZHUXinyan，ZHOUBin(AutomobileManagementInstituteofPLA，AnhuiBengbu233010，China)Abstract：InthedesignofUAVnavigationsystemS，theimprovedoffaulttoleranceabilityisoneoftheimportantproblemswhichneedstoberesolved．Basedonanalyzingremainingdegreeallocationmeth—odandparityeq

3、uation，giveakindofinertialremainingdegreeallocationmethod．Imitationexpressed，thatmethodiseasilygoesandcertain]ydrewlessonsfrommeaningwithpracticalvalue．Keywords：INS；faulttoleranceability；remainingdegreeallocation0引言器。配置方法如图l所示。在惯性组件中给相对于有人驾驶的飞行器来说，组合导航系统定器件的数目以后，的可靠性对自

4、主导航的无人机来说具有至关重要的器件配置方案的好坏意义。其中，惯性导航系统由于输出频率高、短期精可用器件的测量误差度高的特点，一般被作为系统的参考系统，处于核心对沿参考正交系轴的地位。因此，如何采取有效措施来提高惯性导航子角速度(或加速度)系统的可靠性是无人机导航系统设计中需要重点解估值的影响和故障检图1惯性测量单元配置方法决的难题之一。而采用余度配置方法又是实现这一测的能力来评价。惯目标的重要举措之一。性器件的输出方程为：目前工程中采用的余度配置方法主要是采用斜f=日‘￡，+s(1)置式多余度传感器。但是多余度传感器价格较贵，式中

5、：m∈R是机体的三维角速率；日为×3的配目．工艺复杂。置矩阵，为测量噪声。日阵的形式由惯性器件的配置方案确定。1惯性器件余度配置方法令被测空问角速度向量为目前惯性器件的配置方法主要有2种，即测量：[(c，。](2)轴正交配置与非正交(斜置)配制。理论上采用斜则惯性器件的配置矩阵日为：置式配制所需的器件数目要少于正交配置所需数『10oc—c0]T目，由于条件所限，采用2组惯性器件构成余度传感H：1l010cc0I(3)001001j收稿日期：2009—12—15作者简介：朱新岩(1973)，男，安徽人，讲师，硕士，研究方向为假设Z。、

6、f。2、Z3、Z、f、f分别为惯性测量单元交通信息工程及控制，数据处理。一和惯性测量单元二3个方向测量值的输出，则由2010年第3期工业仪表与自动化装置·93·图1的空间解析关系可以得到：表1惯性器件的奇偶方程lj】ll2∞Z13：ccJ：：+(4)=一+，进制的量Iq(i=1～5)，即当第i个奇偶方程满足Z，，：．时，K=0，反之，Ki=l。根据K的值可建立起故障隔离的真值表，如表2所示。如果所有的陀螺都正从式(4)可以看出，当任意一个测量值出现故障，可以通过其他测量值经过计算得到该测量值。常，则～均为零。若1号陀螺失效，则与1号

7、陀螺的量测值f有关的奇偶方程都不成立，、K3、因此，任意一个惯性器件出现故障，都可以保证惯性导航系统正常工作，检测出故障器件并进行隔均为1，而与1号陀螺无关的奇偶方程、为离。零。其他情况依此类推。由于2个或2个以上陀螺同时出现故障的概率极低，因此，一般不考虑出现这2惯性器件故障检测方法种情况。表2惯导系统故障检测真值表2．1奇偶方程由解析几何知识，三维欧式空间中任意4个向量、、厶之间必定线性相关，即可以表示为：nZl+6Z2+cz3+dl4=0(5)且a，b，c，d是不全为零的实常数。因此，在余度惯性组件中，沿任意4个方向的陀螺(加

8、速度计)的测量值也有这种线性相关的关系。惯性测量单元配置的数学表述如式(5)所述，考虑测量误差，等式不严格为零，推导可以得到：一I1+l21一l220当惯性器件出现故障后，根据奇偶方程可以组一l2+l21+z22≈0织其他的陀螺提供正