本文關鍵詞：多余度導航系統(tǒng)容錯重構管理算法研究　出處：《電子科技大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：導航系統(tǒng)是無人飛行器最為關鍵的系統(tǒng)之一,其精度和可靠性關系到控制指令的執(zhí)行和飛行的安全,因此一般高可靠性要求的無人機都配置多余度導航系統(tǒng)。而在多余度導航系統(tǒng)中,同一導航信號存在著多個信號來源,為了確保導航信號的唯一性和高可靠性,必須對各余度信號進行容錯重構管理,以提高導航信息的可靠性和準確性,故多余度導航系統(tǒng)的容錯重構管理算法是無人機的關鍵技術之一。本文針對無人機多余度導航系統(tǒng)的構建、導航系統(tǒng)的容錯重構管理算法以及系統(tǒng)容錯重構方案等方面的工作主要包括以下幾個方面:(1)闡述了以SINS/GNSS/ADS(捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)/大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng))為核心的組合導航系統(tǒng)及其相關理論,對各個導航子系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的分析,針對SINS慣性導航系統(tǒng)、GNSS衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行了建模仿真,并在各子系統(tǒng)的基礎上,對SINS/GNSS/ADS組合導航子系統(tǒng)進行了建模仿真。(2)針對硬件余度成本高的問題,提出導航系統(tǒng)的解析余度。從飛行器運動學方程入手,利用解析余度技術,構造導航傳感器信號進行導航解算,構建和真實導航設備平行的解析余度。解析信號和硬件設備信號一起參與容錯重構管理,不僅為故障檢測提供了參照依據(jù),還可以間接延長系統(tǒng)工作時間。(3)研究了導航系統(tǒng)中常用的容錯重構算法。從故障檢測和多余度信號表決兩個方向對容錯重構算法進行分析;并在前人研究的基礎上,基于奇偶檢測法和導航信號的統(tǒng)計特性,提出一種改進的容錯重構算法。利用多余度導航信號間差值的統(tǒng)計信息,結合自檢測和互檢測實現(xiàn)信號的故障檢測,進而隔離故障信號,并采用基于統(tǒng)計信息的加權平均表決法完成表決值信號的優(yōu)選和重構。(4)結合硬件余度和解析余度,對多余度導航系統(tǒng)的結構進行了部署;并利用改進的容錯重構算法進行多余度導航信號的管理。最后,對多余度導航系統(tǒng)進行了建模仿真。最終的仿真結果證明了本文的多余度導航系統(tǒng)具有很好的容錯重構能力。其中的容錯重構管理算法能夠很好的檢測出三余度系統(tǒng)的一次故障和二次故障,改進的多余度表決方法也能夠極大地使重構信號逼近真值,提高了整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。
[Abstract]:Navigation system is one of the most critical systems of UAV. Its accuracy and reliability are related to the execution of control instructions and the safety of flight. Therefore, UAVs with high reliability requirements are equipped with redundant navigation system. In the redundant navigation system, a navigation signal has a plurality of signal sources, in order to ensure the uniqueness and reliability of navigation signal, must carry on the management of the fault-tolerant reconfigurable redundant signal, in order to improve the reliability and accuracy of navigation information, so the redundant fault-tolerant reconfigurable management algorithm is one of the key navigation system the technology of uav. This work for the establishment of non redundant navigation system, man-machine navigation system fault tolerant reconfiguration management algorithm and system fault tolerance reconfiguration scheme mainly includes the following aspects: (1) the SINS/GNSS/ADS (strapdown inertial navigation system / GPS / air data system) integrated navigation system as the core and relevant theories the navigation system is analyzed, based on SINS inertial navigation system, GNSS satellite navigation system modeling and simulation, and on the basis of each subsystem, the SINS/GNSS/ADS integrated navigation system for modeling and simulation. (2) to solve the problem of high cost of hardware redundancy, the analytical redundancy of the navigation system is proposed. Starting from the kinematics equation of aircraft, we use the analytical redundancy technology to construct the navigation sensor signal to solve the navigation problem, and build the analytical redundancy which is parallel to the real navigation device. The analytic signal and the hardware device signal are involved in the fault tolerance reconstruction management, which not only provides reference for fault detection, but also can prolong the working time of the system indirectly. (3) a fault tolerant reconstruction algorithm used in the navigation system is studied. From the two directions of fault detection and redundant signal voting, we analyze the fault-tolerant reconstruction algorithm. Based on previous studies, we propose an improved fault tolerant reconstruction algorithm based on parity detection and statistical characteristics of navigation signals. By using the statistical information of the difference between the navigation signals and the self detection and mutual detection, the signal fault detection is realized, and then the fault signal is isolated. The weighted average voting method based on statistical information is used to complete the optimization and reconstruction of the voting value signal. (4) combining redundant redundancy and analytic redundancy, we deploy the redundant navigation system structure, and use the improved fault-tolerant reconstruction algorithm to manage redundant navigation signals. Finally, the modeling and Simulation of the redundant navigation system are carried out. The final simulation results show that the redundant navigation system in this paper has good fault tolerance reconfiguration. Fault tolerant reconfigurable management algorithms can detect the fault of a triple redundant system and the two good fault, redundant voting method can greatly improved the signal reconstruction approach to the true value, improve the safety and reliability of the whole system.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.3;V279

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本文編號：1341441