基于多傳感器故障檢測的設計與實驗開發

張玲 孫永榮 賴際舟 李榮冰 呂品 張紹杰

摘要：“傳感器與檢測技術”是現代科技的前沿技術，對于提升傳感器及可靠性、安全性及系統的穩定性具有非常重要的研究意義。針對多傳感器類型，分析了故障檢測方法，提出了交互式故障檢測方法，通過設計的故障檢測軟件及仿真結果，直觀地反映傳感器的故障檢測情況。

關鍵詞：多傳感器類型;故障檢測;仿真分析

中圖分類號：TP391.9? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0277-02

《傳感器與檢測技術》課程涉及各種物理量、化學量、生物量等的測量、變換和處理，是一門應用十分廣泛，對工農業生產、國防等具有十分重要意義的課程。該課程的理論與實踐結合十分密切，在整個機電一體化學科體系中占有非常重要的地位。

我?！秱鞲衅髋c檢測技術》（51學時）是自動化專業的專業核心課程，其配有《傳感器與檢測技術實驗》（課內試驗）以及《傳感器與檢測技術課程設計》（獨立課程，1周）。課程的適用對象為自動化專業大三學生，每年上課人數在200人左右。該課程既注重理論基礎知識的積累，又注重實用工程測控技術和先進科學方法的培育，學好該課程對學生的畢業設計、電子設計競賽、課程設計以及其他課外科技活動都會有較大幫助，能夠較好地鍛煉學生分析和解決工程實際問題的能力。

多傳感器的故障檢測是傳感器技術發展的一個非常重要的研究方向，對于提升傳感器及可靠性、安全性及系統的穩定性具有非常重要的研究意義，因而在軍民用領域得到高度重視，在專業核心課程的教授中也給予了高度重視。本文結合導航方向主要的傳感器類型，設計故障檢測新方法，并進行仿真設計驗證。

三、故障檢測方法仿真分析

基于上述對傳感器故障檢測方法的研究與分析，模擬設置微小型飛行器的飛行航跡，飛行時間設為3600秒。其中，光流傳感器、激光雷達、慣導、虛擬慣導分別在不同飛行時段設置故障，包括單個傳感器故障、多個傳感器故障等類型，具體包括：120s—150s階段，光流傳感器與激光雷達傳感器有故障;900s—940s階段，光流傳感器有故障;1500s—1540s階段，激光雷達有故障。

計算各子系統殘差及故障檢測值，并根據設定的閾值，判斷系統故障情況，如圖1所示，“0”表示系統無故障，“1”表示系統有故障，由于設置慣導、虛擬慣導無故障，所以圖中未標出慣導/虛擬慣導故障判斷結果。

由邏輯關系判斷，在120s-150s的時間段，四個子系統均有故障，于是得出光流、激光雷達傳感器均發生故障。在900s—940s的時間段，慣導/光流子系統以及虛擬慣導/光流子系統出現故障，得出光流傳感器出現故障。以此類推，在1500s—1540s的時間段，可以判斷激光雷達傳感器出現故障。

四、結語

針對多傳感器類型，分析了故障檢測方法，該方法主要用于以某類傳感器為參考，檢測其他類型傳感器的故障情況。這種方法的弊端是參考系統也會出現故障情況。本文提出了交互式故障檢測方法，有助于對傳感器類型做全面的故障分析，也更加有助于幫助學生理解故障判斷的方法。通過本文設計的故障檢測軟件及仿真結果，可以直觀地反映傳感器的故障檢測情況。

參考文獻：

[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，張洪鉞，汪叔華.卡爾曼濾波與組合導航原理[M].西北工業大學出版社，1998.