基于Simulink的组合导航系统的FDIR技术仿真分析

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1、第4JD卷第5期2010年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．5Sep．2010基于Simulink的组合导航系统的FDIR技术仿真分析丁宏升，李富荣，于建立(海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041)摘要：为解决组合导航系统子系统故障时导航精度降低这一问题，根据事先制定的重构规则进行系统重构，使得导航系统发生故障时仍能正常工作地思想，制定了INS／GIX3／ADS组合导航系统的重构规则。并采用Simulink进行了仿真。结果表明，在发生故障时，基于联邦滤波

2、组合导航系统的重构技术能保证系统在故障时仍能以一定的精度进行导航。关键词：组合导航系统；FDlR；联邦滤波；Simulink中图分类号：TP272文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)05-0117—03引言为提高飞行器导航系统的精度、可靠性等性能，常采用的方法是利用多个异质传感器实时获取载体全面的导航信息，然后在一定的准则下将从各导航传感器获得的数据进行相关、融合，以获得导航参数的最优估计【2】。实践证明，利用多种异质传感器构建组合系统是一种非常有效的办法。随着越来越多的导航传感器应用到航空领域，组合导

3、航系统愈加完善，但同时系统也更加复杂，故障率越来越高。加之航空传感器工作环境恶劣，工作过程中难免有一些传感器或子系统会发生故障。有时，一个子系统的故障可能会很快污染到整个系统，致使精度降低，严重时甚至会导致系统崩溃。但是，很多飞行器系统特别是运载火箭等大型系统，由于其特定的任务和性质，原则上只许成功，不许失败，这就对系统的可靠性提出了更高的要求H1。为此，当故障发生时，及时检测出故障子系统或故障元件，予以隔离，并使用冗余机构重构出一套可以保证系统性能的新系统，对保证系统健康运行是非常必要的。l组合导航系统的FDIR技术组

4、合导航系统FDIR技术，即组合导航系统的故障检测、隔离和系统重构，本质上就是容错技术的三个过程。容错技术设计的出发点是在现有导航设备的基础上，从系统的整体设计上来提高导航系统的可靠性。容错设计的主要方法是使系统具有自监控的功能，通过监控系统的运行状态，实时检测并隔离故障部件，并将正常的部件重新组合起来，从而使整个系统在内部有故障时仍能正常工作或降低性能安全地工作。联邦滤波器作为新一代容错导航系统的通用滤波器，各子滤波器相对独立。一旦某一子系统出现故障，该故障被限制在其子滤波器内；当检测出故障后，联邦滤波的并行运算结构可以

5、使用户方便地隔离有故障的子滤波器，主滤波器的解用其他子滤波器的解合成，保证系统的正常运转，实现了故障的有效隔离和系统的重构。联邦滤波的优越性使它成为智能容错组合导航系统的首选方案‘1

6、。目前关于故障检测的研究较多。针对基于联邦滤波的组合导航系统的特点，常采用的方法是，检测法：状态疋2检测法和残差r检测法⋯。状态r检测法：鼍由量测值z。经卡尔曼滤波得到，霹由状态递推器得到，前者和量测有关，因而会受子系统故障影响，后者和量测无关，不受故障影响。利用二者的差异便可以对故障进行检测和隔离。残差∥检测法：每个局部滤波器的残差^=Z

7、。一甄如㈧在理想情况下为零均值白噪声，故障时其均值不为零，并可用函数A。=^TA。-1^检测。一旦确定了某个子系统发生了故障，则由相应局部滤波器得到的状态估计值将是不正确的，因而不将它输入到主滤波器。此时主滤波器仅利用未失效系统的局部滤波器得到的状态估计值，以给出可靠的最优误差状态估计值，同时对失效的导航子系统进行故障修复或设备切换。当失效导航子系统重构完毕，则相应子系统驱动的局部滤波器又可提供正确的局部状态估计值，将其输入主滤波器，使该组合导航子系统重新为系统提供连续、精确的导航信息⋯。收稿日期：2010—05—21修

8、订日期：2010·07-05作者简介：丁宏升(1986一)，男，河南郸城人，硕士研究生，研究方向为惯性测试技术与仪器、组合导航系统等。．118．航空计算技术第40卷第5期2系统设计设计一个基于联邦滤波的组合导航系统，采用三种导航系统：惯性导航系统、全球定位系统和大气数据系统，并通过惯性器件冗余保证惯性系统的可靠性。这时，将各导航设备两两组构成局部滤波器，并将局部滤波器1和局部滤波器2的输出进行融合。通过滤波器输出判断子系统是否发生了故障。控制器收集故障信息，并根据故障情况选择通道输出，使得系统的输出在故障情况下达到最优。

9、组合导航系统结构图如图l。生堕h矧鱼塑壅丛墨!H垫壁丝型h鼍磊百磊否图1组合导航系统结构图通道选择假设故障为1，正常为0，LF为局部滤波器，MF为信息融合中心，设定控制规则为：a．IF：LFI=0，LF2=0，系统无故障，使用主滤波器MF。输出x；=P；(、PiLxL+PiLx2、；b．IF：LFl=1，LF2=0，