机载综合航电系统中的多惯导冗余技术

摘要

随着飞行器飞行安全性要求的不断提高与飞行任务的复杂多样化，现代航空飞行器对机载综合航电系统的可靠性提出了越来越高的要求。惯性导航系统作为航电系统中核心组成部分之一，也面临着更高的可靠性要求。目前，对机载惯性导航系统进行冗余配置，提高系统的容错性能，同时引入卫星导航系统、大气数据系统等导航系统的导航信息，辅助惯性导航系统，来获得较高精度的导航信息，满足飞行器导航的精度与可靠性要求，已成为导航系统领域的研究热点。
　　论文首先对航电系统中导航系统的冗余配置需求进行了分析，对不同惯导系统类型构成的冗余配置结构进行比较，研究了基于串并联结构和马尔可夫状态转移的可靠性模型，在此基础上提出了性能较优的惯导系统冗余配置方案。
　　在此基础上，论文针对多套惯导系统的冗余配置结构，提出了一种基于零速修正的静态性能分析算法对冗余系统进行主备划分，实现初始结构优选。
　　在确立了多惯导冗余配置结构的基础上，论文首先针对多惯导系统在无辅助量测信息情况下的信息处理技术展开研究。论文提出了一种差值滤波的信息融合算法，该算法可提高多套惯导系统的输出一致性；在此基础上，论文设计采用基于小波变换的一致性诊断算法，实现多惯导冗余导航输出信息的故障检测与故障定位。
　　针对存在GPS、ADS辅助量测信息的多惯导冗余结构，论文设计采用联邦滤波结构对RINS/GPS/ADS结构进行信息融合，并采用模糊推理系统优化卡尔曼滤波器的性能；在此基础上，提出了基于残差χ2检验法的故障检测、隔离与系统重构机制。通过仿真验证表明，论文提出的故障检测算法对RINS结构、RINS/GPS/ADS结构具有较高的检测灵敏度，并能通过故障定位与隔离重构等措施有效提高导航系统的可靠性。
　　论文在上述关键算法研究基础上，设计完成了基于VC++ 6.0的分布式容错导航仿真验证平台系统。该系统可以对机载导航系统的输出及其关键信息融合与故障诊断算法进行仿真模拟与验证，验证结果表明了算法的有效性和仿真验证平台的功能及良好的可操作性。
　　论文研究成果对基于惯性导航系统冗余配置的多信息滤波融合与故障诊断的半物理仿真及方案验证奠定了良好的基础和平台，具有较重要的工程应用价值。

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图表清单

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 惯性导航系统冗余技术发展与现状

1.3 故障检测与重构技术

1.4 论文研究的目的及意义

1.5 论文主要研究内容

第二章 多惯导系统的冗余配置技术

2.1 引言

2.2 机载综合航电系统中的多惯导冗余配置需求分析

2.3 多惯导系统冗余配置方案的可靠性分析与研究

2.4 本章小结

第三章 多惯导冗余系统的信息处理与故障诊断技术

3.1 引言

3.2 多惯导冗余系统初始结构优选技术

3.3 RINS导航系统的故障诊断技术

3.4 RINS/GPS/ADS导航系统的故障检测、隔离与重构技术

3.5 本章小结

第四章 RINS/GPS/ADS容错导航仿真验证平台的实现

4.1 引言

4.2 RINS/GPS/ADS容错导航仿真验证平台总体方案设计

4.3 RINS/GPS/ADS容错导航仿真验证平台的实现

4.4 RINS/GPS/ADS容错导航系统仿真平台的验证实例

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 本文的主要工作

5.2 进一步研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文