论文摘要：GPS/INS超紧耦合系统容错方法研究

GPS和INS的组合方式经历了松组合、紧组合，现在进入了超紧组合阶段。在GPS/INS超紧耦合系统中，组合滤波后的结果不仅用来对惯导的输出结果进行校正，而且用来反馈到接收机环路内，对接收机环路的参数进行调整。如果GPS/INS超紧耦合系统发生故障而未进行及时的检测和故障隔离，则很容易导致故障的交叉污染，扩散到整个系统。因此，为保证GPS/INS超紧耦合导航系统的安全性、可靠性，有必要对组合导航系统进行容错设计。

本文针对GPS/INS超紧耦合的结构特点，进行了相关的容错结构设计，主要分为两大部分：组合滤波算法部分容错设计和辅助算法部分容错设计。其中组合滤波算法部分容错设计又分为两部分：缓变故障检测和故障来源判定。目前对小幅值故障的检测依然是研究中的难点，传统的方法对小幅值故障的检测效果较差。针对这一问题，本文提出采用GARCH模型来对系统故障进行检测，提高对小幅值故障的检测性能。

在GPS/INS超紧耦合系统中，通常以INS系统为参考系统，其可靠性是至关重要的。在传统的GPS/INS组合导航系统故障检测方法中通常假定惯导系统安全可靠，不会发生故障，组合系统中一旦检测到故障发生，便判定为GPS故障。但这种假设存在不合理性。因此有必要对系统的故障来源进行判定，以便系统及时的进行故障隔离和系统重构。本文利用IMM模型辅助进行故障来源识别，同时当惯导发生故障时，IMM可辅助提供导航定位信息，保证系统可靠不间断的运行。

辅助环路部分容错设计是基于传统环路GPS/INS超紧耦合进行的。在接收机传统环路中，根据鉴相器输出误差分析得到载噪比和动态应力特征参数，依据跟踪误差最小原则选择最优的带宽和积分时间组合，使鉴相器的输出误差尽可能的小，从而减小高动态、信号衰减等复杂情况下的跟踪误差，提高INS辅助跟踪的鲁棒性。

本课题在原有软件接收的基础上，搭建了软件仿真平台，对以上提出的算法进行了仿真验证和实验结果分析。结果表明GARCH模型故障检测方法与传统的残差卡方检测方法相比，对突变故障和缓变故障的检测性能都有明显的提升；IMM模型能有效的对惯导的故障和GPS的故障进行区分识别；自适应调整积分时间和带宽的方法能够减小高动态、信号衰减等复杂情况下的跟踪误差，提高INS辅助跟踪的鲁棒性。

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