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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明公开多源PNT信息弹性融合导航多级自主完好性监测方法和系统，该方法根据多源PNT信息弹性融合导航系统的工作模式和冗余配置结构，建立从系统级、子系统级到传感器级的多级完好性监测模型；利用观测新息建立系统级故障检测模型，利用多解分离理论建立子系统级故障检测模型，利用最小二乘残差建立传感器级故障检测模型；对完好性风险指标进行逐级分解，在无故障情况下，计算各层级的保护水平，最终形成多级完好性监测模型。本发明从系统级到传感器级逐级对异常情况进行检测和隔离，并在各层级根据预分配的完好性风险指标计算保护水平，可实现多源融合导航的自主完好性监测，保证多源融合导航系统具有弹性。

主权项：1.多源PNT信息弹性融合导航系统多级自主完好性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据多源融合导航系统的观测数据和融合模型，构建包含全导航源的主滤波器；计算导航系统的观测新息和相应的新息协方差，构建系统级故障检测模型；若检测出故障，则执行步骤2；否则系统无故障，执行步骤4计算系统级保护水平；步骤2：根据多解分离法和同时多故障导航源假设，对导航源分组并构建多个子滤波器；计算主滤波器和各子滤波器估计位置的差值和协方差矩阵，进而构建子系统级故障检测模型；若检测出故障，则对故障导航源进行识别和隔离，重构子系统子滤波器，并执行步骤3；否则子系统无故障，执行步骤4计算子系统级保护水平；步骤3：根据导航源所包含传感器的冗余特性，采用滑窗最小二乘残差平方和构建传感器级故障检测模型；若检测出故障，则对故障传感器进行识别和隔离，重构导航源解算模型；否则传感器级无故障，执行步骤4计算传感器级保护水平；步骤4：对完好性风险指标进行逐级分解，在无故障情况下，采用半区间搜索法计算各层级保护水平；若计算的保护水平大于预设的告警限值，则产生完好性告警；否则，不产生完好性告警；其中，所述步骤1中系统级故障检测的具体步骤包括：步骤1：构建包含所有导航源的主滤波器F0，实现多源融合导航系统的状态参数估计；步骤2：计算观测新息rk和新息状态协方差矩阵Prr,k；步骤3：根据误差传播定律，导航系统不存在故障的情况下观测新息应服从正态分布，新息的平方和应服从卡方分布，构建系统级故障检测模型为 式中，dk为系统级故障检测统计量，B0表示无故障假设；B1表示故障假设，表示有故障存在；n为冗余观测维数；Tsystem为系统级故障检测阈值；α为预设值的误检概率；χ2表示卡方分布函数；步骤4：根据系统级故障检测模型进行故障判断，若满足B1假设，则导航系统存在故障，继续执行步骤2；否则，系统无故障，执行步骤4计算系统级保护水平；所述步骤2中，子系统级故障检测模型的具体步骤为：步骤1根据参与融合解算的导航源个数和预先假设的同时故障导航源个数，计算需要构建的子滤波器的个数J为 式中，N为参与融合的导航源个数；m为假设的同时故障数；步骤2：根据每个子滤波器包含的导航源情况，构建子滤波器Fj，获取每个子滤波器的参数估计；步骤3：根据主滤波器F0和各子滤波器Fj参数估计值，计算解分离矢量dXj,k和解分离协方差矩阵dPj,k分别为 式中，主滤波器F0的参数估计值；为第j个子滤波器的参数估计值；步骤4：根据卡尔曼滤波器参数估计值的标准差σq,k和预先设置的误警概率PFA，可计算每个子滤波器的故障检测阈值Tj,subsystem，构建子系统故障检测模型为 式中，erf代表高斯误差函数；J表示子滤波器个数；B0表示无故障假设；B1表示故障假设，表示有故障存在；q为参数估计的方向；步骤5：根据子系统级故障检测模型进行故障判断，若满足B1假设，则存在故障，需要进一步根据子滤波器构建次级子滤波器；若存在一个子滤波器Fj及其对应的次级子滤波器Fi,j均满足B0假设，则判定第i个导航源存在故障，并对第i个导航源进行隔离，进而按隔离后的导航源个数重新构建子滤波器；否则子系统级无故障，执行步骤4计算子系统级保护水平；所述步骤3中，传感器级故障检测和识别模型具体步骤为：步骤1：根据导航源所包含传感器的冗余特性，每次排除一个传感器后采用剩余传感器观测值进行最小二乘解算，获取解算时的几何矩阵Hj,G和对应的测量噪声协方差矩阵Rj；步骤2：根据最小二乘解算模型，计算排除第j个传感器的测量残差和对应的残差协方差矩阵分别为 式中，k代表时间；代表排除第j个传感器的最小二乘参数估计值；代表排除第j的传感器的测量值；步骤3：统计一段时间间隔M内的测量残差平方和作为检测统计量，构建传感器级故障检测模型为 式中，代表测量残差；代表测量残差协方差矩阵；Dj为传感器级故障检测统计量；B0表示无故障假设；B1表示故障假设，表示有故障存在；n为观测维数；Tj,sensor为传感器级故障检测阈值；步骤4：根据传感器级故障检测模型进行故障判断，若满足H1假设，则传感器存在故障，需要构建得分矩阵S对故障传感器进行识别；否则系统无故障，执行步骤4计算系统级保护水平； 步骤5：根据得分矩阵S中0值和1值得统计情况，进行故障传感器的识别和隔离，重构导航源解算模型，具体识别情况为i若仅存在一个0值，则0值所对应排除的传感器为故障传感器；ii若全为1值，则需要增加同时故障数，并重新执行传感器级故障检测；iii若全为0值，则无故障传感器。

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