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基于UKF的水下航行器IMU故障檢測與診斷方法研究
DOI:
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作者:
作者單位:

1、西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院

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基金項目:

國家自然科學(xué)基金資助( 61374032);中船重工705研究所基礎研究基金資助;陜西省飛行控制與仿真技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室資助


Research on IMU Fault Detection and Diagnosis Method of Autonomous Underwater Vehicle Based on UKF
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    摘要:

    慣性測量單元(IMU)作為水下航行器導航系統關(guān)鍵傳感器,其可靠性直接影響航行器的導航性能。為了提高IMU的容錯能力,本文提出一種基于無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF)算法的IMU故障診斷技術(shù)。首先根據水下航行器的動(dòng)力學(xué)方程和導航系統特點(diǎn),建立描述IMU故障與導航狀態(tài)量關(guān)系的解析模型;接著(zhù)基于UKF非線(xiàn)性濾波的特點(diǎn),進(jìn)行導航濾波解算,基于此,提出了解耦矩陣法以實(shí)現IMU的故障檢測;并且根據無(wú)跡卡爾曼濾波器新息正交原理,提出了實(shí)時(shí)估計IMU故障的方法,從而完成水下航行器IMU故障的在線(xiàn)檢測與診斷。最后,通過(guò)實(shí)際航行數據驗證了所提出算法的有效性。

    Abstract:

    The inertial measurement unit (IMU) is the key sensor of autonomous underwater vehicle navigation system, and its reliability directly affects the navigation performance of the vehicle. In order to improve the fault tolerance of IMU, this paper proposes an IMU fault diagnosis technology based on unscented Kalman filter (UKF) algorithm. Firstly, according to the dynamic equation of autonomous underwater vehicle and the characteristics of the navigation system, an analytical model describing the relationship between the IMU fault and the navigation state is established. Then, based on the characteristics of the UKF nonlinear filtering, the navigation filtering solution is performed. Based on this, the decoupling method is proposed to realize the fault detection of the IMU. And according to the orthogonal principle of UKF, the method of estimating the IMU fault in real time is proposed to complete the online detection and diagnosis of the IMU fault of the underwater vehicle. Finally, the effectiveness of the proposed algorithm is verified by the actual navigation data.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

郭鑫,劉小雄,何啟志,高彥釗.基于UKF的水下航行器IMU故障檢測與診斷方法研究計算機測量與控制[J].,2019,27(8):30-34.

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歷史
  • 收稿日期:2019-01-08
  • 最后修改日期:2019-01-28
  • 錄用日期:2019-03-22
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2019-08-13
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