基于自主导航系统信息处理的故障容错研究

作     者：征海铖 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘智平;王小斌

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：自主导航系统 余度 表决法 故障容错 容错重构 

摘      要：随着四旋翼无人机的不断发展与应用,使四旋翼无人机在发生故障时依然能够维持强可靠性和高精度的研究受到极大重视。配置多余度导航系统是进行故障容错,从而保障四旋翼无人机强可靠性的有效方法。多余度自主导航系统存在每个余度系统的信号输出类别都相同的情况,便需要使用容错重构管理算法对每个余度系统的信号进行分类和信号重构管理,通过改进的信号表决法输出既可靠又独一的导航信号,从而达到稳定导航系统的强可靠性和高精确性的目的。本文基于自主导航系统的故障容错研究分为三个方面:构建多余度导航系统、自主导航系统的故障检测方法、自主导航系统容错重构管理算法,研究内容主要包括:1.基于惯性/卫星组合导航系统的相关理论,分析各个子系统的基本原理及其导航误差,建立惯性导航系统和卫星导航系统模型并仿真。2.从自主导航系统故障的原因入手,通过对故障检测的方法进行适用性分析,选择基于解析余度的故障检测方法为四旋翼无人机的导航系统进行故障检测。3.针对硬件冗余的成本高、使系统结构复杂化的问题,采用解析余度导航系统的技术实现容错重构。将传感器信号和解析余度解算得出的信号一起输入容错重构管理模块参与余度信号管理,将解析余度解算得出的信号作为故障检测的标准并为系统重构提供依据。4.对常用于自主导航系统的容错重构算法进行研究。在前人针对硬件冗余进行故障检测的基础上,对本文的故障检测算法进行了改进;在前人的平均值和中值表决算法研究基础上,对本文的表决算法进行了基于统计信息的改进。并完成了仿真验证。仿真的结果表明本文采用的组合导航系统产生的误差相比正常导航系统的误差都有明显的降低。构建的多余度导航系统在发生故障时会对故障信号进行隔离并针对不同的故障会进行不同的信号表决操作,且表决信号接近于传感器信号。