基于多传感器故障检测的设计与实验开发

张玲 孙永荣 赖际舟 李荣冰 吕品 张绍杰

摘要：“传感器与检测技术”是现代科技的前沿技术，对于提升传感器及可靠性、安全性及系统的稳定性具有非常重要的研究意义。针对多传感器类型，分析了故障检测方法，提出了交互式故障检测方法，通过设计的故障检测软件及仿真结果，直观地反映传感器的故障检测情况。

关键词：多传感器类型;故障检测;仿真分析

中图分类号：TP391.9     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）52-0277-02

《传感器与检测技术》课程涉及各种物理量、化学量、生物量等的测量、变换和处理，是一门应用十分广泛，对工农业生产、国防等具有十分重要意义的课程。该课程的理论与实践结合十分密切，在整个机电一体化学科体系中占有非常重要的地位。

我校《传感器与检测技术》（51学时）是自动化专业的专业核心课程，其配有《传感器与检测技术实验》（课内试验）以及《传感器与检测技术课程设计》（独立课程，1周）。课程的适用对象为自动化专业大三学生，每年上课人数在200人左右。该课程既注重理论基础知识的积累，又注重实用工程测控技术和先进科学方法的培育，学好该课程对学生的毕业设计、电子设计竞赛、课程设计以及其他课外科技活动都会有较大帮助，能够较好地鍛炼学生分析和解决工程实际问题的能力。

多传感器的故障检测是传感器技术发展的一个非常重要的研究方向，对于提升传感器及可靠性、安全性及系统的稳定性具有非常重要的研究意义，因而在军民用领域得到高度重视，在专业核心课程的教授中也给予了高度重视。本文结合导航方向主要的传感器类型，设计故障检测新方法，并进行仿真设计验证。

三、故障检测方法仿真分析

基于上述对传感器故障检测方法的研究与分析，模拟设置微小型飞行器的飞行航迹，飞行时间设为3600秒。其中，光流传感器、激光雷达、惯导、虚拟惯导分别在不同飞行时段设置故障，包括单个传感器故障、多个传感器故障等类型，具体包括：120s—150s阶段，光流传感器与激光雷达传感器有故障;900s—940s阶段，光流传感器有故障;1500s—1540s阶段，激光雷达有故障。

计算各子系统残差及故障检测值，并根据设定的阈值，判断系统故障情况，如图1所示，“0”表示系统无故障，“1”表示系统有故障，由于设置惯导、虚拟惯导无故障，所以图中未标出惯导/虚拟惯导故障判断结果。

由逻辑关系判断，在120s-150s的时间段，四个子系统均有故障，于是得出光流、激光雷达传感器均发生故障。在900s—940s的时间段，惯导/光流子系统以及虚拟惯导/光流子系统出现故障，得出光流传感器出现故障。以此类推，在1500s—1540s的时间段，可以判断激光雷达传感器出现故障。

四、结语

针对多传感器类型，分析了故障检测方法，该方法主要用于以某类传感器为参考，检测其他类型传感器的故障情况。这种方法的弊端是参考系统也会出现故障情况。本文提出了交互式故障检测方法，有助于对传感器类型做全面的故障分析，也更加有助于帮助学生理解故障判断的方法。通过本文设计的故障检测软件及仿真结果，可以直观地反映传感器的故障检测情况。

参考文献：

[1]Martin Proetzsch，Tobias Luksch，Karsten Berns.Fault-tolerant Behavior-based Motion Control for Offroad Navigation[C].International Conference on Robotics and Automation，April 2005，Barcelona，Spain.

[2]秦永元，张洪钺，汪叔华.卡尔曼滤波与组合导航原理[M].西北工业大学出版社，1998.