模糊集理论在组合导航系统数据融合中的应用.pdfVIP

2008年 1O月 西 北 工业 大 学 学 报 0ct． 2008 第26卷第5gY JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversity Vo1．26No．5 模糊集理论在组合导航系统数据融合 中的应用 夏 家和 ，秦永元 ，赵长 山 (ig北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072) 摘 要 ：组合导航 系统 中=-JL假设检验故障检测算法无法兼顾漏检率和虚警率，论文采用模糊逻辑 对故障残差 。检测量进行模糊化 ，对各子滤波器的工作状态作模糊评价 ，并在此基础上通过 T—S 模糊逻辑系统以及传统容错导航系统设计知识来确定全局融合 中各局部估计值 的加权矩阵。仿真 结果表明，采用模糊逻辑后最终组合精度要比传统二元假设检验方法高，且算法简单工程上容易实 现 ，具有很强的应用价值 。 关 键 词：组合导航系统，模糊集，故障检测 中图分类号：V249．32 文献标识码：A 文章编号：lOOO一2758(2008)05—0636—04 目前组合导航系统中系统级故障检测算法大都 一 般为卡尔曼滤波器，只对各子系统的局部量测进 采用固定阈值检测算法，即获得卡尔曼滤波残差后 行处理，后级滤波器(主滤波)对各子滤波器输出信 构造统计量并预先设定一个报警阈值，将统计量的 息进行全局融合。为了得到更好的容错性，组合系统 实际计算值与预先设定的阈值进行比较。由于检测 中一般采用无重置联邦滤波结构 。由于在无重置联 量无故障时的条件概率密度曲线与有故障时的条件 邦滤波结构中，各局部滤波器互不干扰、独立进行滤 概率密度曲线存在重叠部分，这种方法不可避免的 波，主滤波器只进行全局最优融合，融合后的全局估 存在如下2种情况：若无故障时检测量落人大于该 计信息不反馈给局部滤波器，每个局部滤波器与其 阈值的范围则出现虚警，若有故障时检测量落人小 它局部滤波器之间没有交联影响，基于这种结构的 于该阈值的范围则导致漏检 。若只是根据报警阈值 组合导航系统具有很强的容错能力，可方便实现对 进行简单的二元假设检验的故障监测方法将不可避 组合导航系统的故障检测与隔离。只要在每个子滤 免地造成大量的信息损失，使得系统故障检测的虚 波器中加入上述故障检测算法，即可对子系统故障 警率和漏检率升高，从而影响系统的工作性能。实际 进行检测。若检测到某子系统发生故障时做相应的 上系统状态本身具有一定的模糊性，系统正常工作 隔离处理就能方便地实现整个系统的容错设计。对 状态和系统故障状态也没有很明确的界限。可见组 子系统进行故障检测一般采用残差 检验法 。 合系统中采用二值逻辑进行故障检测有其局限性。 这里 以SINS／GPS／星敏感器组合导航系统为 相比之下，可以预见模糊逻辑更适合于处理这种问 例来阐述。组合时以导航参数误差、器件误差为状态 题。论文将故障检测量模糊化，对各子系统的工作状 量，量测分别取为星敏感器输出姿态阵与惯导构造 态进行模糊评价 ，在此基础上进行数据融合 。 的等效姿态阵各元素之差 (九维)和 GPS速度、位置 与惯导速度、位置之差(六维)，传感器按中等精度来 容错组合导航系统设计 选取。组合滤波时采用联邦滤波结构，SINS／GPS／ 星敏感器组合包含 SINS／GPS和 SINS／星敏感器 2