一种用于故障检测隔离的紧组合滤波器设计方法

技术领域

本发明属于组合导航完好性检测技术领域，尤其涉及一种用于故障检测隔离的紧组合滤波器设计方法。

背景技术

随着国际航空运输业务量的迅速增长，民用航空高精度与完好性服务的重要性越来越突出。近几年，全球卫星导航系统的广泛应用，其完好性问题愈发的重要，受到卫星分布以及卫星伪距测量精度的影响，使得卫星导航无法保证在整个时空内具备完好性监测能力。

惯性导航系统是一种独立的导航系统，不依赖外部信息，具有较高的短期稳定性和较强的抗干扰能力，采用惯性辅助卫星的组合导航方式，在提高导航精度的同时，还增强导航系统的完好性。

完好性监测涉及两个方面，一是故障检测，判断卫星是否发生故障，二是故障隔离，将存在故障的卫星隔离。目前，针对惯性/卫星组合导航完好性监测最有效的方式为使用多个卡尔曼滤波器的多解分离方法，该方法通过构造三层滤波器：主滤波器、子滤波器和次滤波器，设计原则为：主滤波器包含所有N个卫星量测信息；每个子滤波器包含N-1个卫星的量测信息；每个次滤波器在子滤波器组的基础上再去掉一个卫星的量测信息。多解分离的主-子-次滤波器架构如图1所示。假如考虑全球卫星定位系统（GPS）所有卫星个数32颗，该方法主要存在以下两个问题，一是需要设计三层滤波器组结构，使用的滤波器较多，共993个滤波器，需要较大的存储内存；二是采用开环并行设计，计算量大，对工程实践带来极大的挑战。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中的问题，提出一种用于故障检测隔离的紧组合滤波器设计方法，在确保滤波器组满足解分离条件的基础上，滤波器组随卫星数、观测卫星号动态变化调整，有效减少卫星状态维数，降低组合导航多解分离算法计算量，满足工程实际要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种用于故障检测隔离的紧组合滤波器设计方法，每个卫星对应主滤波器中一个卫星状态，每个卫星对应一个子滤波器；所述方法包括：

S1, 依次遍历当前时刻获取的卫星编号；

S2, 根据获取到的卫星编号以及当前子滤波器的个数，确定当前主、子滤波器的匹配状态；所述匹配状态包含：保持操作、替换操作和新增操作；

S3, 根据当前主、子滤波器的匹配状态，对主、子滤波器进行匹配；

S4, 重复S1~ S3，直到遍历完所有的卫星编号，确定主滤波器与所有的子滤波器的匹配状态,对上一时刻存在，而当前时刻未存在的卫星，滤波器组与卫星的失联时间标识加1；

S5, 根据次滤波器对应的两个子滤波器的匹配状态，对次滤波器进行匹配；

S6，下一时刻，重复S1-S5操作，直到执行到总运行时间。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

（1）S1具体为：当前时刻共获取NUM个卫星，每个卫星的编号

（2）S2具体为：

如果当前时刻获取的卫星

如果当前时刻获取的卫星

如果当前时刻获取的卫星

（3）S3中，对主、子滤波器进行保持操作为：

该颗卫星对应的主滤波器卫星状态保持上一时刻状态，当前时刻子滤波器保持上一时刻子滤波器的状态；滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

（4）S3中，对主、子滤波器进行新增操作为：

子滤波器个数加1；该颗卫星对应的主滤波器卫星状态初始化，子滤波器初始化；滤波器组与该颗卫星失联时间标识记为0。

（5）S3中，对主、子滤波器进行替换操作为：

该颗卫星对应的主滤波器卫星状态初始化，并对失联时间最长的子滤波器进行初始化操作，滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

（6）S4具体为：重复S1~S3,直到遍历完所有的卫星编号，确定主滤波器与所有的子滤波器的匹配状态。对上一时刻存在，而当前时刻未存在的卫星，滤波器组与卫星的失联时间标识加1。

（7）S5具体为：

如果次滤波器对应的两个子滤波器状态均为保持，则次滤波器的状态从上一时刻次滤波器继承；

如果次滤波器对应的两个子滤波器有且只有一个为保持，则次滤波器的状态从保持状态的子滤波器继承；

如果次滤波器对应的两个子滤波器没有保持操作，则次滤波器的状态从主滤波器继承。

本发明技术方案通过动态调整多解分离算法滤波器组与各时刻可见卫星之间的匹配关系，降低了实际工程应用过程中组合导航多解分离算法的计算量。

附图说明

图1为多解分离的主-子-次滤波器架构示意图；

图2是本发明针对多解分离算法滤波器卫星匹配方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互结合，各个实施例可以相互参考和引用。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。

本发明实施例提供一种用于故障检测隔离的紧组合滤波器设计方法，每个卫星对应一个子滤波器；如图2所示，所述方法包括：

步骤一：依次遍历当前时刻的卫星编号。

当前时刻k=100秒共获取NUM=6个卫星，卫星ID为

步骤二：根据获取到的卫星编号以及当前子滤波器的个数，确定当前主、子滤波器的匹配状态；所述匹配状态包含：保持操作、替换操作和新增操作；

k-1=99秒时刻共5颗卫星，编号为

步骤三：根据当前主、子滤波器的匹配状态，对主、子滤波器进行匹配；

该颗卫星对应的主滤波器卫星状态保持上一时刻状态，当前时刻子滤波器保持上一时刻子滤波器的状态；滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

步骤四：重复步骤一~步骤三,直到遍历完所有的卫星编号，确定主滤波器与所有的子滤波器的匹配状态。

（1）编号为

步骤一: 获取卫星编号

步骤二：

步骤三:该颗卫星对应的主滤波器卫星状态保持上一时刻状态，当前时刻子滤波器保持上一时刻子滤波器的状态；滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

（2）编号为

步骤一: 获取卫星编号

步骤二：

步骤三:该颗卫星对应的主滤波器卫星状态保持上一时刻状态，当前时刻子滤波器保持上一时刻子滤波器的状态；滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

（3）编号为

步骤一: 获取卫星编号

步骤二：

步骤三:该颗卫星对应的主滤波器卫星状态保持上一时刻状态，当前时刻子滤波器保持上一时刻子滤波器的状态；滤波器组与该颗卫星的失联时间标识记为0。

（4）编号为

步骤一: 获取卫星编号

步骤二：

步骤三: 该颗卫星对应的主滤波器卫星状态初始化，子滤波器初始化；滤波器组与该颗卫星失联时间标识记为0，当前子滤波器个数为6。

（5）编号为

步骤一: 获取卫星编号

步骤二：

步骤三: 该颗卫星对应的主滤波器卫星状态初始化，并对失联时间最长的子滤波器，即为

步骤五：根据次滤波器对应的两个子滤波器的匹配状态，对次滤波器进行匹配。次滤波器的匹配关系如下：

（1）子滤波器2下属的次滤波器：S2

（2）子滤波器3下属的次滤波器：S2

（3）子滤波器4下属的次滤波器：S2

（4）子滤波器7下属的次滤波器：S2

（5）子滤波器8下属的次滤波器：S2

（6）子滤波器9下属的次滤波器：S2

步骤六：下一时刻，重复步骤一到步骤五，直到执行到总运行时间T=1000s。

本发明实施例提出了一种多解分离的滤波器组和卫星关联匹配方法。在确保滤波器组满足解分离条件的基础上，滤波器组随卫星数、观测卫星号动态变化调整，有效减少卫星状态维数，降低组合导航多解分离算法计算量，满足工程实际要求。本发明针对组合导航多解分离算法在实际工程中，适应卫星数、观测卫星编号动态变化的主、子、次滤波器组调整；保证多解分离算法中，子、次滤波器组满足解分离条件；适当降低卫星状态维数，降低组合导航多解分离算法的计算量。

值得说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。