水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法

水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法
【专利摘要】水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法，水下无人航行器传感器状态诊断的步骤包括：（1）对传感器数据进行预处理；（2）构造灰色预测的原始序列；（3）利用灰色预测方法预测出传感器下一时刻的预测值；（4）将下一时刻的预测值与下一时刻传感器的实际值比较获得残差；（5）将残差与设定的故障诊断阈值比较；（6）实现原始序列动态更新；水下无人航行器传感器状态信号恢复的步骤是：（1）利用正常的深度计数据与CTD测得的深度数据进行自适应加权融合，得到融合后的深度数据；（2）利用灰色预测数据与CTD测得的深度数据进行自适应加权融合，得到融合后的深度数据以进行数据恢复。
【专利说明】水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种信号诊断和恢复的方法，特别是水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法。

【背景技术】
[0002]水下无人航行器在海底资源勘探、调查、目标搜索和识别中的应用越来越广泛，是一种有效的水下运载和作业工具，在水下环境中执行任务而设计研发的一类自带能源、自主导航与控制、自主决策及自主作业的水下无人平台。
[0003]水下无人航行器自身系统的可靠性是其顺利完成各种海洋使命的重要保证，也是保障其自身安全的重要前提。经过几十年的发展，虽然水下无人航行器的各项技术都获得了较大的进步和突破，但是总体来说，其技术还不够成熟。水下无人航行器各设备或部件出现故障的可能性还是存在的。如果水下无人航行器的设备或部件发生故障，而没有检测、诊断出来，那么水下无人航行器将会以一种不可预测的或潜在危险的方式工作。其导致的结果包括以下几个方面:一是水下无人航行器可能坚持完成本次使命，但带伤工作会缩短水下无人航行器的寿命；二是水下无人航行器无法继续完成使命；三是严重的故障可能导致灾难性的后果，造成水下无人航行器的丢失。因而水下无人航行器具有对自身设备状态的诊断和处理能力，对提高水下无人航行器的安全性、可靠性和智能水平极为重要，已经成为水下无人航行器技术的迫切研究任务。
[0004]水下无人航行器载体上往往配置了许多传感器来获取自身状态信息或外界信息。这些传感器信息不仅能够协助水下无人航行器完成特定任务，而且对于其自身的安全及定位都发挥着极为重要的作用。而且传感器信息是水下无人航行器所有控制的反馈输入，只有在保证传感器系统的可靠性与准确性的基础上，才能够更加有效地完成水下无人航行器的各种控制行为。所以，本发明的目的就是通过研究水下无人航行器传感器的状态诊断及信号恢复方法，达到使水下无人航行器能够进行对自身传感器系统状态进行自主诊断的能力，并在诊断出故障后在一定程度上实现故障传感器的信号恢复的能力，以保证水下无人航行器控制系统的正常工作，从而顺利的完成被赋予的使命和保障水下无人航行器安全。


【发明内容】

[0005]本发明的水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法，目的是为了保证水下无人航行器上配置的许多的传感器系统的可靠性与准确性，提供一种其能够进行水下无人航行器传感器系统状态的监测与诊断，并在诊断出故障后在一定程度上实现故障传感器的信号恢复的方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
水下无人航行器传感器状态诊断的步骤包括:
(I)对传感器数据进行预处理。采用的滤波方法是滑动平均滤波法。其原理是把连续取传感器信息的M个采样值看成一个队列，队列的长度固定为AT每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)，把队列中的M个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。即传感器第JV时刻的滤波值对的为:

【权利要求】
1.水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法，其特征在于:水下无人航行器传感器状态诊断的步骤包括: (1)对传感器数据进行预处理，采用的滤波方法是滑动平均滤波法，其原理是把连续取传感器信息的个采样值看成一个队列，队列的长度固定为AT，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)，把队列中的M个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果，即传感器第时刻的滤波值！PO为:
(2)构造灰色预测的原始序列，确定原始序列中数据的个数況，N的一般取值范围为7，可以再保证实时性的同时尽可能的选取较大的 (3)利用灰色预测方法预测出传感器下一时刻的预测值^^(#+1)； (4)将下一时刻的预测值与下一时刻传感器的实际值场1+5比较获得残差m.(5)将残差《与设定的故障诊断阈值如果《小于阈值ε则认为传感器正常，否则可认为传感器发生故障，阈值f的选取可以根据传感器无故障时灰色预测的偏差确定，不同的传感器应有不同的诊断阈值； (6)实现原始序列动态更新，如果传感器正常，利用实际值构造新的下一时刻的灰色预测原始序列；如果传感器故障，利用预测值’(W+办构造新的下一时刻的灰色预测原始序列。
2.根据权利要求1所述的水下无人航行器传感器状态诊断与信号恢复方法，其特征在于:水下无人航行器传感器状态信号恢复的步骤如下: (O当深度计正常时，利用正常的深度计数据与CTD测得的深度数据进行自适应加权融合，得到融合后的深度数据以提高数据精度； (2)当灰色预测诊断检测出深度计异常时，利用灰色预测数据与CTD测得的深度数据进行自适应加权融合，得到融合后的深度数据以进行数据恢复。
【文档编号】G01D3/032GK104180845SQ201410468468
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】费浚纯 申请人:哈尔滨恒誉名翔科技有限公司