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全球定位系统

INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究

张芳宁 江金光 严培辉 谢东朋 陶毅峰

张芳宁, 江金光, 严培辉, 谢东朋, 陶毅峰. INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 18-24. doi: 10.12265/j.gnss.2020110302
引用本文: 张芳宁, 江金光, 严培辉, 谢东朋, 陶毅峰. INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 18-24. doi: 10.12265/j.gnss.2020110302
ZHANG Fangning, JIANG Jinguang, YAN Peihui, XIE Dongpeng, TAO Yifeng. Fault tolerance technology on INS/GNSS/ODO embedded system[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 18-24. doi: 10.12265/j.gnss.2020110302
Citation: ZHANG Fangning, JIANG Jinguang, YAN Peihui, XIE Dongpeng, TAO Yifeng. Fault tolerance technology on INS/GNSS/ODO embedded system[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 18-24. doi: 10.12265/j.gnss.2020110302

INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究

doi: 10.12265/j.gnss.2020110302
详细信息
    作者简介:

    张芳宁:(1995—),男,硕士研究生,研究方向为组合导航与嵌入式技术

    江金光:(1968—),男,博士研究生,教授,研究方向为多源融合组合导航与射频集成电路设计

    严培辉:(1991—),男,博士研究生,研究方向为多源融合组合导航

    通讯作者:

    张芳宁 E-mail:zhang_fangning@qq.com

  • 中图分类号: P227.9;P228.49

Fault tolerance technology on INS/GNSS/ODO embedded system

  • 摘要: 车载低成本嵌入式组合导航系统的可靠性容易受到多种传感器故障和环境的影响,基于全球卫星导航系统(GNSS)状态的惯性导航系统(INS)/GNSS/里程计(ODO)抗差组合导航算法,提出了一种两级故障检测处理方法. 其中,第一级检测使用了基于解析冗余的残差卡方检验法,第二级检测使用了改进的双状态传播卡方检验算法. 利用自主研制的GN310低成本嵌入式系统采集路测数据. 结果表明:相对于传统算法,水平定位精度提升了39.7%;另外在半实物仿真下,水平定位误差保持在3 m以内,表明该容错方法能够有效地处理ODO、INS故障和GNSS软硬故障.
  • 图  1  双状态传播卡方故障检测器

    图  2  改进的双状态传播器

    图  3  基于解析冗余的故障检测系统模型

    图  4  GN310嵌入式系统

    图  5  实验路段

    图  6  水平位置误差与时间的关系

    图  7  RTK固定解下的卡方故障检测

    图  8  RTK固定解下故障屏蔽效果

    图  9  含噪声定位解下的卡方故障检测

    图  10  含噪声定位解下根据时间屏蔽的卡方结果

    图  11  含噪声定位解下的卡方故障检测

    表  1  RTK固定解时的第一级故障判决表

    判别结论${\lambda _1} \leqslant \chi _{{\rm{u}}1}^2$${\lambda _2} \leqslant \chi _{{\rm{u2}}}^2$${\lambda _3} \leqslant \chi _{{\rm{u3}}}^2$
    ODO故障YNN
    INS故障NNY
    GNSS故障NY
      注:“Y”表示表达式成立,“N”表示表达式不成立,“−”表示判别结论与该表达式无关.
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    表  2  含噪定位解时的第一级故障判决表

    判别结论判决条件
    GNSS故障${\lambda _1} \leqslant \chi _{{\rm{u}}1}^2$
    ODO故障${\lambda _2} \leqslant \chi _{{\rm{u2}}}^2$
    INS故障IMU硬件冗余检测
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    表  3  IMU性能指标

    性能指标陀螺加速度计
    零偏稳定性±1 dps(25 ℃)
    ±0.01 dps/℃
    ±25 mg(25 ℃)
    ±1 mg/℃
    标度因子±1%(25 ℃)25 ℃
    ±2%(−40 ℃ to +85 ℃)
    ±1%(25 ℃)
    ±1.5%(−40 ℃ to +85 ℃)
    噪声谱密度0.004 dps/$\sqrt {\rm{Hz}} $100 μg/$\sqrt {\rm{Hz}} $
    输入范围±250 dps±2 g
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    表  4  修正参数

    参数
    GNSS天线杆臂 / m\setlength{\voffset}{0pt}${\left[ {\begin{array}{*{20}{c} } { - 0.38},&{0.28},&{ - 0.13} \end{array} } \right]^{\rm{T} } }$
    ODO杆臂 / m\setlength{\voffset}{0pt}${\left[ {\begin{array}{*{20}{c} } { - 0.84},&{0.9},&{1.5} \end{array} } \right]^{\rm{T} } }$
    ODO标度因子误差 / % 2.6
    俯仰安装角误差 / (°) 0.76
    航向安装角误差 / (°)−1.46
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    表  5  故障条件

    故障类型故障时段/sRTK固定解下
    故障值(组1)
    含噪声定位解下
    故障值(组2)
    ODO故障1 100~1 1302 m2 m
    GNSS硬故障1 200~1 2302 m10 m
    GNSS软故障1 300~1 3300.15 m/s×t0.33 m/s×t
    INS故障1 400~1 4300.02 m 无法检测,不设置
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-03
  • 网络出版日期:  2021-04-28
  • 刊出日期:  2021-05-13

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