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《西北工业大学》 2004年
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导航系统故障检测与诊断及其相关理论问题的研究

张玲霞  
【摘要】:随着现代控制理论、计算机技术和航空航天技术的发展,对导航系统的精度和可靠性要求越来越高。采用误差补偿技术和容错技术是提高导航系统精度和可靠性的重要措施。本论文的研究旨在追踪国际国内前沿,重点研究导航系统故障检测与诊断方法以及高动态环境下捷联惯性导航系统(SINS)的不可交换误差——圆锥误差和划船误差的补偿技术。受第二炮兵工程学院的委托,对捷联惯性组件(陀螺和加速度计)误差系数的验前数据分析及其概率统计建模也作了初步探索。 对SINS中冗余配置的传感器量测系统的软故障,研究了目前常用的广义似然比检验(GLT)和最优奇偶向量检验(OPT)方法,主要讨论两种方法的有效性问题。首先,对由同类型同精度的单轴传感器构成的冗余量测系统,研究了两种方法故障隔离函数之间的关系,指出OPT方法进行故障检测存在的问题,从理论上分析了出现此问题的原因。进而,对OPT方法中的故障检测函数进行了修正。证明了用修正后的OPT方法和GLT方法进行故障检测和隔离是完全等效的。其次,对于一般的传感器冗余测量系统,证明了当故障输入阵和量测噪声输入阵之间成倍数关系时,两种方法的故障检测与隔离效果也是完全相同的。最后,为了研究更一般情况下GLT方法和OPT方法的故障检测与隔离(FDI)效果,将它们应用于双轴陀螺传感器冗余量测系统,并进行了仿真试验,得出了许多有意义的结论和满意的结果。 对基于系统量测方程和状态方程的动态系统,研究了系统的鲁棒故障检测与诊断(FDD)问题。首先,分析了系统鲁棒故障检测残差设计的基本原理及其性能指标。然后,根据鲁棒设计原理,将OPT方法进行推广,设计出对系统特定故障类型敏感、而对其它故障和量测噪声不敏感的鲁棒奇偶残差,得到了鲁棒FDD方法。最后,将鲁棒FDD方法和常用的FDD方法应用于组合导航系统,通过Monte-Calro仿真,对提出的理论与方法进行了验证。 讨论了高动态环境下,SINS中不可交换误差的补偿算法。首先,根据旋转矢量微分方程,分析了不可交换误差产生的根源,给出圆锥误差补偿量及其一般形式。其次,介绍了算法的对偶性原理,根据算法的对偶性原理和圆锥误差补偿的一般形式,得到了陀螺和加速度计任意子样数下划船误差补偿的一般形式。在经典的划船运动条件下,对划船误差补偿算法的系数进行优化,得到了优化后的通用公式及其算法误差主项。基于该方法可以充分利用圆锥误差算法的已有结果,由计算机编程计算得到划船误差补偿的任意子样数算法,无需繁琐的重复推导,既方便又准确。 基于新兴的现代统计理论,将Bootstrap方法和随机加权法与数据融合理论结
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:V249.32

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 高为广;杜燕;王楠;;模型误差对χ~2统计检验算法的影响分析[J];测绘科学;2009年01期
2 张玲霞,陈明,刘翠萍;冗余传感器故障诊断的最优奇偶向量法与广义似然比检验法的等效性[J];西北工业大学学报;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 梁海波;基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 郭思岩;捷联系统的冗余配置与故障管理方案研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 周传祥;基于DSP的导航/飞控嵌入式系统设计[D];西北工业大学;2007年
3 孙慧平;综合导航显控台智能故障诊断系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 甄静伟;机器人飞艇的组件式控制系统研究[D];北方工业大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 周东华,王桂增;第五讲 故障诊断技术综述[J];化工自动化及仪表;1998年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 黄玉平;张庆国;汪水兵;古今今;;主成分分析在大气质量监测优化布点中的应用[J];安徽农业大学学报;2011年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘钰;韩峰;董楠;陆希成;雷鸣;;爆炸容器安全概率的统计分析方法[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
2 张端金;张爱玲;;基于观测器的Delta算子系统故障检测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 董国华;贺汉根;胡德文;;非负矩阵谱半径一个严格不等式及其概率证法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 农吉夫;金龙;;均生函数与人工神经网络相结合的降水预报模型研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 郭子伟;缪玲娟;沈军;;可观测性分析在改善静基座对准的工程应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
8 周子冠;电网多数据源在线诊断方法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
9 郝大江;要素适宜度与其区域经济影响研究[D];南开大学;2010年
10 韩珏靖;THORPEX下集合预报和AMDAR观测的误差特征分析与模拟研究[D];南京大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
3 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
4 宋清华;Delta算子描述的不确定时滞系统鲁棒容错控制[D];郑州大学;2010年
5 赵培君;奇异系统的故障诊断和最优容错控制[D];郑州大学;2010年
6 王晓换;基于粗糙集和神经网络的故障诊断虚拟系统的研究[D];郑州大学;2010年
7 陈军;测量不确定度在基础实验中的应用研究[D];山东农业大学;2010年
8 郭静;光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 叶增;卫星授时方法与星地同步数据处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢火明,唐涛;实时操作系统Vx Works环境下CAN控制器驱动程序的设计[J];北京交通大学学报;2005年02期
2 常波;周徐昌;胡博;;单自由度陀螺仪冗余系统的故障检测与识别[J];兵工自动化;2007年12期
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4 程慧俐,以光衢,张洪钺;余度惯性传感器系统的故障管理方案[J];北京航空航天大学学报;1991年02期
5 金宏,张洪钺;组合导航系统的鲁棒故障诊断[J];北京航空航天大学学报;2000年01期
6 魏春岭,张洪钺;多传感器斜置系统故障检测的奇偶向量补偿方法[J];北京航空航天大学学报;2001年06期
7 王丹力,张洪钺;几种可观性分析方法及在惯导中的应用[J];北京航空航天大学学报;1999年03期
8 邱恺;荣军;吴训忠;陈天如;张宗麟;;故障条件下的联邦滤波鲁棒信息分配方法研究[J];传感技术学报;2006年02期
9 李杰;洪惠惠;张文栋;;MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J];传感技术学报;2008年07期
10 李仁;曾庆双;陈希军;;一种低成本MEMS惯性传感器应用技术研究[J];传感技术学报;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李立新;;2020年中国惯性技术科学发展研究[A];2020年中国科学和技术发展研究(下)[C];2004年
2 张洪钺;杨静;尤敏;;冗余惯性组件的可靠性与故障检测[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 翟永杰;基于支持向量机的故障智能诊断方法研究[D];华北电力大学(河北);2004年
3 钱华明;故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 马云峰;MSINS/GPS组合导航系统及其数据融合技术研究[D];东南大学;2006年
5 蔡自立;平流层自治飞艇动力学建模与非线性控制研究[D];上海交通大学;2007年
6 何昆鹏;MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 邢永忠;最小二乘支持向量机的若干问题与应用研究[D];南京理工大学;2009年
8 肖宏峰;基于单纯形多向搜索的大规模进化优化算法[D];中南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 昌大伟;旋转机械故障诊断专家系统知识库与诊断推理的研究[D];浙江工业大学;2001年
2 齐永欣;基于神经网络的专家系统工具[D];河北农业大学;2002年
3 许化东;基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统的研究[D];合肥工业大学;2002年
4 王向民;无人机地面综合检测系统的研究[D];南京航空航天大学;2003年
5 刘成立;无人战斗机系统可靠性研究[D];西北工业大学;2003年
6 师海风;基于神经网络的北溪南港船闸故障诊断专家系统研究[D];福州大学;2004年
7 钟志;分布式无人机自动检测系统的研究与设计[D];南京航空航天大学;2004年
8 王丽荣;电控发动机故障诊断专家系统的研究[D];燕山大学;2004年
9 刘歌群;无人机飞行控制器设计及检测与控制技术研究[D];西北工业大学;2004年
10 吕慧彧;组合导航系统中信息融合与故障检测理论研究[D];西北工业大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 程洪炳;黄国荣;刘华伟;;导航系统故障检测与诊断技术综述[J];传感器与微系统;2010年03期
2 谭平;蔡自兴;余伶俐;;不同精度的冗余传感器故障诊断研究[J];控制与决策;2011年12期
3 徐肖豪;杨传森;刘瑞华;;GNSS用户端自主完好性监测研究综述[J];航空学报;2013年03期
4 金莹;;基于小波神经网络柱塞泵液压系统的故障诊断研究[J];液压与气动;2011年07期
5 贺湘宇;何清华;谢习华;蒋苹;周旭;;基于偏最小二乘回归的挖掘机液压系统故障诊断[J];中南大学学报(自然科学版);2007年06期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 梁海波;基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 甘兴利;GPS局域增强系统的完善性监测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
3 谭平;智能车辆的惯性传感器故障诊断研究[D];中南大学;2012年
4 杨传森;卫星导航用户端自主完好性监测理论问题研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 唐梓力;变结构永磁直线同步电机的主动容错控制与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭思岩;捷联系统的冗余配置与故障管理方案研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张磊;基于DSP的飞行器控制系统设计与研究[D];西安工业大学;2012年
3 王强;矢量推进式航模直升机微型导航与控制系统研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 田新锋;小型掠海拖靶高度控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 孙志伟;小灵巧滑翔弹飞行控制系统设计[D];南京理工大学;2010年
6 马廷祥;襟缝翼控制系统的设计及仿真[D];北京交通大学;2012年
7 方凌;民航陆基近距无线电建模与机载综合导航可靠融合技术[D];南京航空航天大学;2012年
8 叶竟成;飞行器远程遥控监测系统设计[D];西安电子科技大学;2012年
9 杨小兵;基于双ARM的飞控计算机核心系统的研究与设计[D];南京航空航天大学;2012年
10 刘兆辉;某机载综合显控故障诊断系统的设计与实现[D];电子科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 孙皓莹,蒋静坪;基于参数估计的多传感器数据融合[J];传感器技术;1995年06期
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5 石为人,罗雪松,胡宁;基于小波多分辨率分析的信号消噪[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年06期
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10 牛佩翼;余度管理中故障监控门限值的选取[J];航空学报;1992年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 仝浩;于云峰;郝福建;蔡毅;;超音速捷联惯导系统圆锥误差补偿算法研究[J];计算机仿真;2009年10期
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7 谢荣生,孙枫;一种高精度的捷联姿态解算方法及其仿真[J];计算机仿真;2001年05期
8 孙逊;杜小菁;马春艳;成保栋;;高动态飞行器姿态解算及三维视景仿真研究[J];系统仿真学报;2007年14期
9 黄昊,邓正隆;角速率输入下的航姿算法研究[J];中国惯性技术学报;2000年02期
10 吴军;鲍其莲;;高精度捷联惯导姿态更新优化算法研究[J];电子测量技术;2010年02期
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1 张鹏飞;王宇;龙兴武;;在大振动条件下二频机抖激光陀螺的圆锥误差补偿研究[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
2 崔海英;郭建军;石秀华;李钢虎;;基于旋转矢量的捷联惯性系统姿态算法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 任春华;激光陀螺捷联惯导系统若干关键技术及应用研究[D];重庆大学;2008年
2 张玲霞;导航系统故障检测与诊断及其相关理论问题的研究[D];西北工业大学;2004年
3 张鹏飞;二频机抖激光陀螺捷联惯导系统及其实时温度补偿方法的研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 潘献飞;基于机抖激光陀螺信号频域特性的SINS动态误差分析与补偿算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周扬;旋转矢量算法在无陀螺捷联惯导系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 彭劲松;机载激光捷联惯导优化算法研究[D];西北工业大学;2006年
3 严恭敏;捷联惯导算法及车载组合导航系统研究[D];西北工业大学;2004年
4 段江锋;光纤陀螺罗经研究[D];西北工业大学;2005年
5 郑浩然;高动态环境下的无陀螺捷联惯导系统算法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 王晓迪;捷联惯导系统导航算法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
7 付军;捷联惯导算法研究及系统仿真[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 王健;高动态环境下捷联算法研究及DSP实现[D];哈尔滨工业大学;2006年
9 聂水茹;高动态环境下捷联惯导的优化算法研究[D];西北工业大学;2003年
10 吴军;动态环境下高精度捷联算法研究[D];上海交通大学;2010年
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