技術領域

本發明涉及一種基于分布式傳感器網絡的導航系統完好性監測方法，屬于導航系統完好性監測的技術領域。

背景技術

完好性是指導航系統在使用過程中，發生故障或性能變壞所導致的誤差超過可能接受的限定值（告警閥值）時，提供及時、有效告警信息的能力。為了確保導航系統的可靠性，需要對導航系統進行完好性監測，其主要目的是進行故障檢測并隔離。完好性監測通過對硬件、軟件等冗余信息的分析，進行檢測統計量、閥值判斷等處理。

目前，國內外已對導航系統的完好性監測進行了較多研究，通常分為快照法（snapshot）和連續法（sequential）。快照法利用單個歷元的測量信息來檢測和隔離瞬時的階躍故障，通常用于變化較大的故障，典型的方法有最小二乘殘差法、奇偶向量法等，另外國內外廣泛研究的GNSS（全球導航衛星系統）接收機自主完好性監測（RAIM）也屬于快照法。快照法可以檢測導航傳感器或GNSS信號的階躍故障，但不能檢測由慣性傳感器漂移等引起的慢變的斜坡故障。對于慢變斜坡故障的檢測，通常基于歷史累積信息的連續法，如連續概率比檢測法（SPRT）、基于動力學模型法等，但目前的算法比較耗時，甚至達到數十分鐘。Brenner等人基于Kalman濾波組給出了多解分離法（MSS），根據所有測量集合以及不同測量子集的卡爾曼濾波器進行完好性檢測，并應用到了Honeywell公司的IN/GPS/大氣數據的混合導航系統（HIGH）；Diesel等人給出了一種自主完好性外推法（AIME），應用到Litton公司的GPS/IRS組合系統中。對于GNSS接收機導航，RAIM法是目前常用的較為有效的完好性監測方法；對于慣性導航完好性監測，通常采用GLRT（廣義釋然比）法、奇偶向量法等；對于多傳感器組合，如GNSS與慣性導航系統組合，MSS和AIME是目前具有工程應用報道的完好性監測方法。

采用分布式傳感器網絡的導航系統是一種新的導航系統設計理念，它是在近年來新一代的低成本、小體積、輕質量的導航傳感器，如MEMS（微機電系統）慣性傳感器、MSIS（微小型固態慣性傳感器）、光纖陀螺、GNSS接收機等，以及高速大容量的嵌入式微處理器和分布式模塊化電子設備的基礎上發展起來的新技術。它將多個慣性傳感器系統配置在載體（如飛機、艦船、大型航天器等）的多個位置，構成分布式慣性網絡拓撲結構，不僅能夠為載體的導航提供冗余的分布式測量信息，而且為載體的電子設備如雷達跟蹤、裝備載荷等，提供局部的量測系統，同時還能提供用于載體電子設備局部運動補償的慣性狀態信息?；诜植际絺鞲衅骶W絡的導航結構通過重構和共享有限的計算資源，可以提高故障容錯水平，并能動態的配置傳感器系統功能。

目前的完好性監測方法，通常是針對單獨的慣性導航系統，或者是單獨的GNSS導航系統，或者適合于傳統的集中濾波或聯邦濾波結構的多傳感器導航系統，但是不能直接應用于分布式導航系統中。慣性傳感器除了由于電子器件、機械部件引起的階躍故障外，通常還存在慢變的漂移，而且各網絡節點間的運動狀態并不是統一的，通常的完好性監測方法不能直接應用于分布式傳感器網絡結構。對于基于分布式傳感器網絡的導航系統，目前還沒有有效的完好性監測方法，來確保整個導航系統的整體性能。

發明內容

本發明針對新型的基于分布式慣性傳感器網絡的導航系統，提出了一種基于分布式傳感器網絡的導航系統完好性監測方法，克服現有完好性監測方法不能直接應用到分布式導航系統的不足，提高分布式導航系統的完好性。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種基于分布式傳感器網絡的導航系統完好性監測方法，采用傳感器級的完好性監測處理和系統級的完好性監測處理的分級處理方式，對基于分布式傳感器網絡的導航系統進行完好性監測。其中，基于分布式傳感器網絡的導航系統包括GNSS（全球導航衛星系統）接收機、k個SRIMU(斜裝冗余慣性測量單元)網絡節點，k為自然數，各個網絡節點可以具有相同的性能或者不同的性能，在導航處理中均共享其它網絡節點的信息進行信息融合，其中一個SRIMU網絡節點還與GNSS接收機的信息融合，具有更高的導航性能，作為主節點。完好性監測與導航解算的處理步驟如下：

（1）在傳感器級完好性監測階段，對GNSS接收機采用RAIM（接收機自主完好性監測）法進行完好性監測，將k個SRIMU網絡節點的測量信息分別發送到k個SRIMU網絡節點的FDI(故障檢測與隔離)處理單元進行，進行故障檢測與隔離處理；