组合导航系统的容错技术发展综述

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1、第4l卷第1期2011年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．1Jan．2011组合导航系统的容错技术发展综述李富荣，丁宏升(海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041)摘要：介绍了当前组合导航系统的发展概况，对基于联邦滤波理论的组合导航系统进行了详细分析，比较了几种不同结构的滤波器在组合导航系统容错性能上的优缺点。同时针对组合导航系统的特点，对其容错技术进行了的详细研究，尤其在故障检测和系统重构方面做了详细论述。关键词：组合导航系统；容错技术；联邦滤波中图分类号：V249．32文献标识码：A文

2、章编号：1671．654X(2011)01．0131—04SurveyonFault—tolerantTechnologyofIntegratedNavigationSystemUFu-rong．DINGHong—sheng(QingdaoBranch，NavalAeronauticalEngineeringInstitute，Qing如266041，China)Abstract：Thecurrentdevelopmentofintegratednavigationsystemisintroducedinthispaper，andinte-gratedn

3、avigationsystembasedonfederatedfiltertheoryisanalyzedindetails．Incomparison，severaldif-ferentfilterstructureshavetheirownadvantagesanddisadvantagesinfault—tolerantperformance．Stillthefault—toleranttechnologyoftheintegratednavigationsystemisstudied．Keywords：integratednavigationsys

4、tem；fault—toleranttechnology；federatedfilter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这些信息进行相关、融合，以获得导航参数的最优估计。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，导致精度降低

5、，严重时甚至会致使系统崩溃。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。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有必要的。也因此，导航系统的故障检测、隔离与系统重构(FDIR)正成为一门新兴的技术，研究组合导航系统的FDIR技术有着非常重要的理论意义和实践价值。1组合导航系统的发展随着航空技术对导航系统性能的要求越来越高，在工程应用上，组合导航系统逐步代替了纯惯性导航系统。

6、虽然惯导系统的位置误差会随工作时间积累，但其在初始条件正确给定的条件下，短时精度是很高的，并且可以提供连续实时的全参数导航信息⋯。因而在组合导航系统中，往往以惯导系统作为公共参考系统，而将其他导航定位误差不随时间积累的导航系统作为辅助导航系统，利用卡尔曼滤波器进行组合导航信息处理，以获得高精度的导航信息。组合导航系统中冗余传感器的配置以及辅助导航系统的存在，为组合系统提供了容错设计的硬件基础。随着多传感器融合理论的发展，组合导航系统从先前的惯性／多普勒、惯性／大气数据、惯性／天文、惯性／伏尔／测距仪、惯性／塔康等，发展到了惯性／地形匹配、惯性／GPS和惯

7、性／图像匹配，以及多种系统和传感收稿日期：2010．06．28修订日期：2010．07．22作者简介：李富荣(1962一)，男，江苏宜兴人，副教授，研究方向为惯性测试技术与仪器、自动检测设备与系统。·132·航空计算技术第41卷第1期器组合的惯性／GIS／地形轮廓和景象匹配等组合系统心】。在这些组合系统中，有的精度较低，有的易受干扰。当前应用比较成功的主要是惯性／GPS和在此基础上发展的多种其他多传感器组合导航系统，如INS／GPS／GIS。较之于单一传感器的导航系统，组合导航系统有以下优点¨1：1)增加了系统余度，从而提高了整个系统的容错能力；2)不同

8、导航设备之间优势互补，使整个系统获得优于局部系统的精度；3)提高了空间和时间的覆