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龙图腾网获悉中国人民解放军国防科技大学申请的专利一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120252785B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510403561.4，技术领域涉及：G01C25/00；该发明授权一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法是由王林;梁钟泓;吴天泽;廖志坤;牟鹏程;刘旭烽;延炳龙;张语堂设计研发完成，并于2025-04-01向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法在说明书摘要公布了：本发明针对无外界基准信息时惯导系统在线监测受限的问题，公开了一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法，适用于多套带有转位机构惯导系统的平台。本发明通过双惯导系统联合转位，建立了联合误差状态卡尔曼滤波器，利用两套惯导系统之间的几何约束关系，即相对姿态、速度和位置作为观测。采用基于残差归一化的强跟踪滤波器对两套系统的陀螺漂移、加速度计零偏进行估计监测。根据在线监测的误差参数实时计算更新阈值对器件的状态进行评估。该方法完全自主，不需要任何外界参考信息，仅需两套惯导系统的信息作为输入，状态监测流程采用开环滤波，算法不影响系统的正常工作。

本发明授权一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法在权利要求书中公布了：1.一种冗余双轴旋转惯导系统外场状态监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 1设定两套双轴旋转惯导系统的转位次序，定义冗余配置的两套惯导系统分别为惯导1和惯导2，二者的转位次序均为双轴16次序，采用不同的转位方式； 2定义两套惯导的体坐标系，其中，惯导1的体坐标系b1与惯导2的体坐标系b2均定义为“右-前-上”，导航坐标系n为当地地理坐标系，定义为“东-北-天”，利用两套双轴旋转惯导系统输出的姿态、速度、位置相关信息，建立状态空间模型，具体步骤为： 2.1确定系统联合误差方程： 其中， 式中，表示惯导1的姿态误差矢量，表示惯导1东向姿态误差，表示惯导1北向姿态误差，表示惯导1天向姿态误差，vn代表载体在导航坐标系下的真实速度，表示惯导1的速度误差矢量，δL1表示惯导1的纬度误差，δλ1表示惯导1的经度误差，δh1表示惯导1的高度误差，表示惯导1东向速度误差，表示惯导1北向速度误差，表示惯导1天向速度误差，表示与惯导1纬度误差、速度误差相关的导航坐标系相对惯性坐标系的角速度误差，表示与惯导1纬度误差相关的地球自转角速度误差，表示与惯导1纬度误差、速度误差相关的转移角速度误差，表示惯导1体坐标系至导航坐标系的方向余弦矩阵，表示惯导2的姿态误差矢量，表示惯导2的东向姿态误差，表示惯导2的北向姿态误差，表示惯导2的天向姿态误差，表示惯导2的速度误差矢量，δL2表示惯导2的纬度误差，δλ2表示惯导2的经度误差，δh2表示惯导2的高度误差，表示惯导2东向速度误差，表示惯导2北向速度误差，表示惯导2天向速度误差，表示与惯导2纬度误差、速度误差相关的导航坐标系相对惯性坐标系的角速度误差，表示与惯导2纬度误差相关的地球自转角速度误差，表示与惯导2纬度误差、速度误差相关的转移角速度误差，表示惯导2体坐标系至导航坐标系的方向余弦矩阵，为导航坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度，为地球自转角速度向量，为导航坐标系相对于地球坐标系的旋转角速度，fn为比力在导航坐标系的投影，vE为载体的东向速度，L、h为载体所在位置的纬度和高度，RE和RN分别为载体所在位置的卯酉圈半径和子午圈半径，表示惯导1的陀螺组件误差，建模为常值漂移和陀螺噪声的和，其中，表示惯导1的x轴陀螺漂移，表示惯导1的y轴陀螺漂移，表示惯导1的z轴陀螺漂移，表示惯导1的加速度计组件误差，建模为常值零偏和加速度计噪声的和，其中，表示惯导1的x轴加速度计零偏，表示惯导1的y轴加速度计零偏，表示惯导1的z轴加速度计零偏，表示惯导2的陀螺组件误差，建模为常值漂移和陀螺噪声的和，其中，表示惯导2的x轴陀螺漂移，表示惯导2的y轴陀螺漂移，表示惯导2的z轴陀螺漂移，表示惯导2的加速度计组件误差，建模为常值零偏和加速度计噪声的和，其中，表示惯导2的x轴加速度计零偏，表示惯导2的y轴加速度计零偏，表示惯导2的z轴加速度计零偏； 2.2确定联合状态方程： 其中， 式中，Ft表示系统状态矩阵，0i×j表示i行j列的零矩阵，vN、vU表示载体的北向、天向速度，λ表示载体所在位置的经度，ωie表示地球自转角速度，fE、fN、fU分别表示比力在东向、北向、天向的投影； 状态向量xt表示为： 噪声分布矩阵Gt及噪声矩阵wt表示为： 2.3确定状态约束观测方程： 定义惯导1、惯导2在转位机构处于零位时的坐标系为s10系和s20系，载体坐标系为b系，两套双轴旋转惯导各自输出的姿态矩阵和表示为： 式中，为转位机构处于零位时惯导1坐标系s10至导航坐标系的方向余弦矩阵，和分别表示惯导1、惯导2的转位机构在t时刻相对其零位的姿态矩阵，表示s20系和s10系之间的姿态矩阵； 确定两套双轴旋转惯导姿态误差的差值表达式为： 考虑到杆臂，确定惯导1和惯导2的速度和位置输出表示为： 式中，和分别表示惯导1和惯导2输出的导航坐标系下的速度信息，vn代表载体在导航坐标系下的真实速度，表示惯导1在导航坐标系下输出的速度与载体真实速度的差值，表示惯导2在导航坐标系下输出的速度与载体真实速度的差值，表示惯导1输出的位置信息，表示惯导2输出的位置信息，rn代表载体在导航坐标系下的真实位置，δr1n表示惯导1在导航坐标系下输出的位置与载体真实位置的差值，表示惯导2在导航坐标系下输出的位置与载体真实位置的差值，表示两套惯导之间的外杆臂引起的惯导2相对于惯导1的速度差值，lr12表示两套惯导之间的外杆臂引起的惯导2相对于惯导1的位置差值； 因此，将两套惯导系统的速度误差、位置误差的差值表示为： 观测方程表示为： zt＝Htxt+υt， 其中zt代表观测向量，Ht代表观测转移矩阵，其分别表示为： 式中，I3×3表示3行3列的单位矩阵，I2×2表示2行2列的单位矩阵，υt为对应观测量的噪声矢量； 3建立自适应误差参数估计滤波器； 采用基于残差归一化的强跟踪滤波器对误差状态进行跟踪估计，将滤波器协方差阵的一步预测表示为： 式中， 并且有 其中，λk为渐消因子，Pkk-1为一步预测协方差矩阵，Φkk-1表示状态一步转移矩阵，Pk-1为k-1时刻的协方差矩阵，Gk-1为k-1时刻的过程噪声分配矩阵，Qk-1为k-1时刻的系统噪声矩阵，tr·为矩阵求迹算子，Hk为k时刻的系统观测矩阵，Rk为k时刻的观测噪声矩阵，lk为弱化因子，λ0,k为k时刻计算得到的渐消因子，表示k时刻残差协方差矩阵，表示k-1时刻残差协方差矩阵，ρ为遗忘因子，取0.95≤ρ≤0.995，γ0表示0时刻的新息，γk表示k时刻的新息，η为归一化参数，用于消除由于残差本身数值的差异引起的信息不对称，导致误差状态估计的响应速度降低的问题； 4基于滤波器输出的误差参数，实时进行状态监测； 当惯性器件状态异常时，对应的陀螺漂移或加速度计零偏发生改变，通过分析监测滤波器的输出实现惯性器件的实时健康状态监测； 设置随时间滑动的数据窗口，其长度为N，k时刻所述滑动窗口中包含的滤波器输出信息为计算数据统计特性如下： 式中，μk和分别表示k时刻滑窗内滤波器实时估计参数的均值和方差，两者的维数与维数相同； 设置加权系数α，对历史滑窗的均值进行迭代计算： Σk＝α·μk+1-αΣk-1 式中，Σk表示k时刻经过迭代后的滑窗均值，确定高低两个门限如下： T-＝Σk+k1σk T+＝k2Σk 式中，k1、k2为待调节参数，且k1≥1、k21，T+为高门限，T-为低门限； 建立健康状态监测准则为： 式中，表示k+1时刻滤波器估计输出的第i个分量，T+i和T-i分别表示所求实时高门限和低门限的第i个分量，根据所述滑窗实时更新各惯性器件的监测阈值，当滤波器估计的所有误差参数值小于低门限，输出系统无故障；当滤波器估计的第i个误差参数值大于低门限而小于高门限，对故障进行预警；当滤波器估计的第i个误差参数值大于高门限，输出器件i发生故障。

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