【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航天，尤其涉及一种基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法。
技术介绍
1、随着中国航天发射任务量的迅速增加，超高密度发射频次、多样的发射任务需求对运载火箭控制系统的研产效率、可靠性、容错能力和经济成本均提出了更高的要求。冗余配置是提高导航系统的可靠性及容错性的一种常用技术途径，通常分为系统级冗余和器件级冗余两种方式。系统级冗余包括双惯组主从冗余和三惯组冗余等；器件级冗余包括单惯组多表冗余等。其中，单套十表配置的惯组在体积、质量、成本及简易性等方面较系统级冗余更有优势，单套十表配置的惯组逐步成为了后续运载型号的主力惯性器件。
2、运载火箭因其高动态要求故障诊断系统能够快速准确地处理故障数据并及时完成故障信息定位与隔离，通过导航信息重构保证飞行任务的顺利完成。目前已经发展出了阈值比较法、广义似然比方法、均值检验法、奇异值分解法和神经网络法等多种惯性器件的故障诊断方法。
3、惯性导航系统作为运载火箭导航的关键设备，其余度技术通常是提高系统可靠性的重要方法。采用十表惯组不同陀螺组合在惯性系下导航姿态解算，并实时对不同组合的姿态角解算结果进行一致性比对，可以实现陀螺故障检测和隔离。
4、在故障检测过程中，门限的大小直接关系到故障能否在很短的时间内被检测出来，以及系统被虚警的程度，即：直接影响到系统的故障诊断性能和任务可靠性。当故障检测门限值选取过大时，将增加系统故障检测的漏检率；反之，当故障检测门限值选取过小时，将增加系统故障检测的虚警率。这些错误率对系统故障诊断性能的影响非常大。可
5、传统的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法主要是在仪表脉冲转换环节进行诊断，极易受外部环境因素影响导致陀螺脉冲故障虚警或漏警情况。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，能够提高陀螺仪故障监测和隔离的准确性。
2、为达到上述目的，本申请提供一种基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，包括如下步骤：s1：火箭点火后，建立惯组测量坐标系，在惯组测量坐标系下建立至少六组独立的导航姿态解算回路，开始导航姿态解算，执行s2；s2：通过每组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合获取输出数据，将输出数据转换到惯组测量坐标系中，获得惯组测量坐标系输出值，根据惯组测量坐标系输出值进行导航姿态更新，获得更新后的输出数据，并将更新后的输出数据作为解算结果；其中，输出数据包括：输出的导航姿态角和输出的加速度；惯组测量坐标系输出值包括：转换后的导航姿态角和转换后的加速度；更新后的输出数据包括：更新后的姿态角和更新后的加速度，执行s3；s3：利用至少六组独立的导航姿态解算回路中的一组导航姿态解算回路的解算结果分别与至少六组独立的导航姿态解算回路中的其余导航姿态解算回路进行比较，计算比较结果，并获得比较结果的绝对值，执行s4；s4：判断每个比较结果的绝对值的大小是否均小于预设的门限值，若所有的比较结果的绝对值均没有超过预设的门限值，则采用一组导航姿态解算回路的解算结果作为控制系统所使用的姿态角，执行s6；若存在一个或多个比较结果的绝对值超过或等于预设的门限值，则执行s5；s5：对比较结果的绝对值超过或等于预设的门限值的导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合中的陀螺仪进行故障分析，确定故障的陀螺仪后，将故障的陀螺仪进行隔离，从未隔离的陀螺仪所对应的导航姿态解算回路中选择一组作为新的基准，将新的基准对应的导航姿态解算回路的解算结果作为控制系统所使用的姿态角，执行s6；s6：当导航计算周期满足导航计算周期的预设条件时，执行s2～s5，至飞行任务结束。
3、如上的，其中，导航姿态解算回路为六组，分别为：第一组导航姿态解算回路、第二组导航姿态解算回路、第三组导航姿态解算回路、第四组导航姿态解算回路、第五组导航姿态解算回路和第六组导航姿态解算回路。
4、如上的，其中，第一组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的y轴上的仪表和惯组测量坐标系的z轴上的仪表；第二组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的y轴上的仪表、惯组测量坐标系的z轴上的仪表和惯组测量坐标系的s轴上的仪表；第三组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的y轴上的仪表、惯组测量坐标系的z轴上的仪表和惯组测量坐标系的t轴上的仪表；第四组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的y轴上的仪表、惯组测量坐标系的s轴上的仪表和惯组测量坐标系的t轴上的仪表；第五组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的z轴上的仪表、惯组测量坐标系的s轴上的仪表和惯组测量坐标系的t轴上的仪表；第六组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的y轴上的仪表、惯组测量坐标系的z轴上的仪表、惯组测量坐标系的s轴上的仪表和惯组测量坐标系的t轴上的仪表。
5、如上的，其中，仪表至少包括：陀螺仪和加速度计。
6、如上的，其中，根据传统的四元数更新计算方法完成导航姿态更新，获得的更新后的姿态角为：φi＝[φi,ψi,γi]，其中，φi为第i组导航姿态解算回路的俯仰角；ψi为第i组导航姿态解算回路的偏航角；γi为第i组导航姿态解算回路的滚转角，i∈[1,6]。
7、如上的，其中，利用的第一组导航姿态解算回路的解算结果分别与第二组导航姿态解算回路的解算结果、第三组导航姿态解算回路、第四组导航姿态解算回路、第五组导航姿态解算回路和第六组导航姿态解算回路进行比较，计算比较结果，并获得比较结果的绝对值。
8、如上的，其中，当导航姿态解算回路为六组时，第一组导航姿态解算回路的解算结果为φ1＝[φ1,ψ1,γ1]，其余导航姿态解算回路的解算结果为j∈[2,6]；比较结果的绝对值的表达式为：其中，δφj为第j组导航姿态解算回路的解算结果与第一组导航姿态解算回路的结算结果之间的比较结果；φ1为第一组导航姿态解算回路的俯仰角；ψ1为第一组导航姿态解算回路的偏航角；γ1为第一组导航姿态解算回路的滚转角；φj为第j组导航姿态解算回路的俯仰角；ψj为第j组导航姿态解算回路的偏航角；γj为第j组导航姿态解算回路的滚转角。
9、如上的，其中，预设的门限值δlim＝δ0+ks·t，其中，δ0为角度偏差固定零偏，ks为姿态角偏差模随导航时间发散的斜率；t为建立发惯系导航的时间长度。
10、如上的，其中，导航计算周期为5ms。
11、如上的，其中，十表惯组的惯组采样的周期为5ms；十表惯组的误差补偿的周期为5ms。
12、本申请实现的有益效果如下：
13、(1)本申请基于十表惯组，通过阈值比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，导航姿态解算回路为六组，分别为：第一组导航姿态解算回路、第二组导航姿态解算回路、第三组导航姿态解算回路、第四组导航姿态解算回路、第五组导航姿态解算回路和第六组导航姿态解算回路。
3.根据权利要求2所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，第一组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的X轴上的仪表、惯组测量坐标系的Y轴上的仪表和惯组测量坐标系的Z轴上的仪表；
4.根据权利要求3所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，仪表至少包括：陀螺仪和加速度计。
5.根据权利要求4所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，根据传统的四元数更新计算方法完成导航姿态更新，获得的更新后的姿态角为：φi＝[φi,ψi,γi]，其中，φi为第i组导航姿态解算回路的俯仰角；ψi为第i组导航姿
6.根据权利要求5所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，利用的第一组导航姿态解算回路的解算结果分别与第二组导航姿态解算回路的解算结果、第三组导航姿态解算回路、第四组导航姿态解算回路、第五组导航姿态解算回路和第六组导航姿态解算回路进行比较，计算比较结果，并获得比较结果的绝对值。
7.根据权利要求6所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，当导航姿态解算回路为六组时，第一组导航姿态解算回路的解算结果为φ1＝[φ1,ψ1,γ1]，其余导航姿态解算回路的解算结果为φj＝[φj,ψj,γj]，j∈[2,6]；
8.根据权利要求1所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，预设的门限值δLim＝δ0+ks·t，其中，δ0为角度偏差固定零偏，ks为姿态角偏差模随导航时间发散的斜率；t为建立发惯系导航的时间长度。
9.根据权利要求1所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，导航计算周期为5ms。
10.根据权利要求1所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，十表惯组的惯组采样的周期为5ms；十表惯组的误差补偿的周期为5ms。
...【技术特征摘要】
1.一种基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，导航姿态解算回路为六组，分别为：第一组导航姿态解算回路、第二组导航姿态解算回路、第三组导航姿态解算回路、第四组导航姿态解算回路、第五组导航姿态解算回路和第六组导航姿态解算回路。
3.根据权利要求2所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，第一组导航姿态解算回路中参与解算的轴向仪表组合包括：惯组测量坐标系的x轴上的仪表、惯组测量坐标系的y轴上的仪表和惯组测量坐标系的z轴上的仪表；
4.根据权利要求3所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，仪表至少包括：陀螺仪和加速度计。
5.根据权利要求4所述的基于导航姿态角的十表冗惯组陀螺故障检测和隔离方法，其特征在于，根据传统的四元数更新计算方法完成导航姿态更新，获得的更新后的姿态角为：φi＝[φi,ψi,γi]，其中，φi为第i组导航姿态解算回路的俯仰角；ψi为第i组导航姿态解算回路的偏航角；γi为第i组导航姿态解算回路的滚转角，i∈[1,6]。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：王盛，史晓宁，孟祥福，母大鹏，王晶晶，赵金龙，
申请(专利权)人：北京中科宇航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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