惯导系统信息可靠性估计与故障诊断方法

摘要

随着航天、航海、航空等领域的快速发展，现代导航、制导与控制系统(GuidanceNavigation and Control)已成为飞机、船舶和导弹等不可缺少的重要设备，导航系统的错误和失效，有可能造成灾难性后果，惯性导航系统(INS)作为导航系统的核心部件，所以其安全性和可靠性显得尤为重要。所以开展惯性导航系统可靠性和故障诊断方法的研究，具有十分重要的意义。
　　 关于系统可靠性和故障诊断的研究工作主要集中于元器件失效造成的故障方面。但是惯性导航系统运行时敏感器件容易受到内部或外部环境的干扰，并且惯性导航系统具有误差积累这一缺陷，所以在系统长时间运行时输出参数往往具有较大误差，这种情况下系统虽然能够继续运行，但是由于误差较大已经失去了系统本身的意义，这种情况下我们将其称为信息故障。如何诊断系统的信息故障及评价输出参数的可靠性就显得尤为重要。
　　 本文以平台式惯性导航系统为研究对象，依据惯性导航系统的基本原理建立了惯性导航系统的误差模型，分析了惯性导航系统在确定性误差源和随机性误差源作用下系统的误差特性。依据惯性导航系统的误差模型，建立了用于故障诊断的状态方程和观测方程。
　　 根据惯性导航系统误差随时间积累的特性，在系统参数误差统计分析的基础上，建立惯性导航系统的信息可靠性模型，依据模糊可靠性理论，推导出基于惯性导航系统输出参数误差的模糊可靠性分析模型，应用惯性导航系统的误差数据，对模型进行了仿真分析，仿真结果表明本文所采用的模糊可靠性计算方法是符合工程实际的，能在无失效数据的情况，预测出惯性导航系统的信息可靠性变化趋势。
　　 依据信息故障产生原因，给出了一种基于后验概率密度多高斯逼近的信息故障诊断方法，该算法分为两部分，首先是信息干扰的检测与估计；其次是统计决策，判定干扰类型以及是否存在信息故障。假设系统存在多个能造成故障的干扰，每个干扰对应一个故障状态，然后应用卡尔曼滤波器产生的残差，计算出每一个状态的概率，同时估计出干扰值的大小。依据后验概率极大值准则确定出造成故障的干扰类型，然后将检测出干扰值与给定的阀值比较，若超过给定值则产生故障。仿真实验表明，本文所设计故障诊断算法能很好的实现信息故障的检测与诊断。