基于捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺故障診斷方法的研究

摘 要：本文針對傳統(tǒng)BITE不能對捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺軟故障進行檢測的不足，提出了一種改進的Wald的序慣概率比法。改進的Wald的序慣概率比法是通過補償方法對Wald的序慣概率比法進行創(chuàng)新，應用改進的Wald的序慣概率比法，能成功地解決捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺的軟故障無法檢測的難題，使陀螺的誤警率PFA從原來的6%下降到1%。

關鍵詞：改進的Wald的序慣概率比法 故障檢測 捷聯(lián)航姿系統(tǒng) 軟故障

中圖分類號：TP183 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

基金項目：國家自然科學基金項目（61172126和61203355）

1引言

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)具有“磁修正（MAG）”和“半羅盤（DG）”兩種工作模式，向綜合顯示系統(tǒng)、自動駕駛儀、氣象雷達等機載設備提供所需的信息；同時還具有備份導航功能，向載機其他設備提供所需的即時位置經緯度、地速、真航向、機體三軸加速度等導航參數。該系統(tǒng)導航精度好壞將主要取決于其核心部件撓性陀螺。

一般來說，該設備出現(xiàn)故障具有三種情況：一是硬故障，即影響程度最高，將直接導致儀表無法正常工作，但這種故障較易診斷；二是軟故障，該故障主要導致設備工作的穩(wěn)定性及精度，診斷困難；三是中等故障，故障特點及診斷難易程度均介于前兩者之間。比較而言，第一和第三種故障可通過BITE（Built-In Test Equipment）檢測出來，第二種故障較難實現(xiàn)檢測，但是全姿態(tài)組合陀螺的軟故障對于捷聯(lián)航姿系統(tǒng)，能夠引起位置和速度精度的緩慢下降，增大整個系統(tǒng)誤差，因此有必要找出高效的系統(tǒng)軟故障檢測方法。

目前采用比較法對捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺的硬故障和中故障進行檢測，這種方法使系統(tǒng)誤警率高，為了解決系統(tǒng)誤警率、漏檢率和誤隔離率等過高以及檢測系統(tǒng)的軟故障系列問題，本文提出了一種改進的 的序貫概率比法[1，2]，進行系統(tǒng)的軟故障檢測。

2 改進的 序貫概率比檢測法

由于系統(tǒng)設備進行檢測時無法完全避免噪聲影響，因而系統(tǒng)的FDI （Fault Detection and Isolation，即故障檢測和故障隔離）存在錯誤檢驗概率，如誤警率、漏檢率和誤隔離率等。如系統(tǒng)誤警率若過大，將使得無故障部件被系統(tǒng)隔離，從而降低系統(tǒng)的可靠性，嚴重時會導致系統(tǒng)失效。改進的 的序貫概率比法正好可以有效降低故障檢測的影響因素。

序貫概率比檢驗方法并不預先規(guī)定觀測樣本的數目（對應于觀測時間），而是在檢驗過程中不斷增加觀測數據，一直到滿足要求的誤警率 和漏檢率 為止。

假定 和 是一系列隨機變量 的兩個備擇假設。用 代表共m個序貫的觀測值在 和 之下的概率，根據該m個序貫的觀測值所得的似然比為

3 改進方法的實驗驗證

3.1僅有噪聲的情況實驗

在捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺只有噪聲的情況下，應用改進檢驗法對其軟故障進行診斷。給定飛機捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的標準航向角為 ，誤差給定值為 ，圖3顯示系統(tǒng)在只有噪聲情況下的殘差 曲線。顯然，由于噪聲存在，即使系統(tǒng)設備沒有出現(xiàn)故障，其測量值也有可能超過誤差規(guī)定值 ，導致誤警現(xiàn)象出現(xiàn)。

當故障的幅值15°。根據殘差rm計算對數似然比 。

通過分析曲線數據可知，當 時， 。說明即使捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺故障幅值為1°，沒有超過規(guī)定誤差值1.5°，但在噪聲影響下，捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺將產生故障。如每0.1秒采樣一次，在3.41秒時，捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺出現(xiàn)軟故障。

4 結 論

對 的序貫概率比檢驗法采用補償法進行改進，使其在檢測過程中更為完善，為檢測航姿系統(tǒng)故障提供更有利的方法和實踐依據。本文所提方法經過實驗證明，可以解決捷聯(lián)航姿系統(tǒng)撓性陀螺的故障檢測問題，同時系統(tǒng)故障誤警率從原來的 下降到 。

參考文獻

[1] 王沛，姚恒，李莉.綜合圖像空間域和小波域特性的自適應盲水印算法[J].光學精密工程，2006，12（6）： 1057-1062.

[2] POTTER J E，SUMAN M C. Thresholdless redundancy management with arrays of skewed instrument. In：AGARDOGRAPH-244，Integrity in Electronic Flight Control Systems， 1997：276-281.