Page 134 - 航空电子传感器技术的研究与应用

第三章 航空电子传感器技术

包括传感器、执行机构和机载计算机三大部分，是最容易发生故障的系统。无人
机飞控系统的作用相当于人类的大脑，能够对无人机飞行姿态和运动参数进行实
时控制。因此，飞控系统的健康是无人机可靠安全的重要保证。无人机的故障诊

断技术是指在无人机系统出现故障时，利用各种测量手段，对故障造成的影响进
行量化分析，以确定故障的类型、位置和原因，并给出有效的维修方案，以解决
故障问题。近年来，海内外的学者对无人机飞控系统的故障诊断技术进行大量研
究，旨在通过深入分析无人机的故障原因，为无人机的安全和可靠性提供保障，

并且能够有效地降低故障维修和更换的成本。
从 2010 至 2022 年期间与无人机故障诊断相关的大量文献来看，学者针对无
人机故障诊断技术研究稳中有进，总体上呈现递增趋势。特别是 2016 年后一直
保持较大的递增趋势，表明世界范围内无人机故障诊断技术研究已经引起众多学

者的广泛关注，意味着无人机故障诊断技术具有重要研究价值。由于政府对无人
机研究的大力支持以及各研究机构对无人机故障诊断技术的研究投入，使得无人
机故障诊断技术得到大大提升。例如，在无人机传感器的故障研究中，神经网络
法被许多学者在无人机传感器故障诊断的研究方面广泛应用，将神经网络法应用

于无人机传感器的故障诊断，避免了复杂数学模型的建立。而在执行机构的故障
研究中，深度自编码器和优化的卡尔曼滤波器等应用最为广泛，这两种方法的使
用提高了故障诊断的精确度以及适应噪声的能力。
（一）无人机故障机理分析

自 20 世纪末起，无人机系统的故障检测与诊断技术开始步入了理论与实际
应用的发展，几十年来，学者提出了大量的方法并逐渐得到完善。由于繁琐的非
线性系统需求持续在增加，不断有学者相继提出了一些新的理论知识和方法，优
化这些能够满足系统可靠性、实时性和稳定性要求的方法一直以来都是学者们关

注的重点。由于无人机系统复杂多样导致无人机的故障种类繁多。无人机飞控系
统故障按部件分为传感器故障、执行机构故障以及其他部件故障。
1. 无人机传感器故障
无人机是典型的多传感器系统，包括全球定位系统（GPS）、陀螺仪、加速

度计、空速管、风传感器等。传感器故障对于在反馈控制下运行的系统具有灾难
性的后果，为了实现精确的控制，传感器必须是可靠的。在无人机应用中，迫切
需要开发一种具有可重构能力的飞行控制系统，来诊断传感器的故障，并应用于

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