组合导航故障检测与容错设计

📚 共计 30 章节

组合导航系统概述

惯性导航系统(INS)与全球导航卫星系统(GNSS)的基本原理、组合导航的优势与挑战。

故障模式分析

GNSS信号丢失、多径效应、惯性传感器漂移、IMU故障、时间同步错误。

故障多径IMU

故障检测基础

残差生成、阈值设定、卡方检验、一致性检验。

基于卡尔曼滤波的故障检测

新息序列分析、新息协方差匹配、故障检测统计量构建。

卡尔曼新息

多传感器冗余管理

硬件冗余、解析冗余、多数投票法、一致性检验。

故障隔离技术

基于残差的隔离、基于子滤波器组的隔离、决策树方法。

隔离子滤波器

系统重构与容错策略

传感器剔除、信息融合权重调整、降级模式切换。

自适应卡尔曼滤波

自适应噪声估计、渐消记忆滤波、强跟踪滤波。

自适应强跟踪

联邦卡尔曼滤波

联邦滤波器结构、信息分配原则、容错机制。

联邦信息分配

基于神经网络的故障检测

BP神经网络、自编码器、残差学习。

神经网络自编码器

基于支持向量机的故障分类

SVM原理、核函数选择、多分类策略。

基于深度学习的异常检测

LSTM时序预测、CNN特征提取、注意力机制。

LSTMCNN注意力

完好性监测

保护水平计算、完好性风险分配、RAIM算法。

A-RAIM、FDE算法、多星座RAIM。

惯性传感器故障诊断

零偏稳定性分析、标度因数误差、安装误差角。

IMU标度因数

GNSS欺骗干扰检测

信号功率异常、多普勒一致性、伪距率一致性。

欺骗多普勒

多源信息融合容错

视觉/惯性/卫星融合、因子图优化、滑动窗口滤波。

多源因子图

故障传播分析

故障在滤波器中的传播特性、协方差分析、灵敏度分析。

传播协方差

硬件冗余设计

双余度IMU、三余度GNSS接收机、交叉数据链。

余度交叉数据链

软件容错设计

看门狗定时器、数据校验、回滚机制、状态机管理。

看门狗回滚

实时性约束下的故障检测

计算复杂度分析、嵌入式实现、FPGA加速。

仿真验证平台

MATLAB/Simulink仿真、硬件在环测试、数据回放。

车载组合导航案例

城市峡谷场景、隧道场景、高架桥场景。

车载城市峡谷

无人机组合导航案例

GPS拒止环境、大机动飞行、磁干扰环境。

无人机拒止

水下组合导航案例

水声定位、惯性/多普勒测速、地磁匹配。

故障检测性能评估

检测概率、虚警率、检测延迟、ROC曲线。

容错系统可靠性分析

马尔可夫模型、故障树分析、FMEA。

马尔可夫FMEA

标准与规范

DO-229D、RTCA/DO-334、ISO 26262功能安全。

DO-229ISO 26262

前沿技术趋势

量子导航、5G定位、低轨卫星增强、AI融合。

综合项目实战

设计一个完整的组合导航故障检测与容错系统。