SensorFault 模块文档¶
所属工具箱：RflySim PHM
简介¶
一句话描述：该模块为无人机PHM（预测与健康管理）仿真提供多类传感器故障注入功能，可根据输入的故障配置对原始传感器测量数据添加指定故障效应。
该模块隶属于RflySim PHM工具链，主要用于无人机故障诊断、传感器健康管理算法的半物理仿真验证场景。模块支持对气压计、GPS、陀螺仪、加速度计等常用无人机飞控传感器注入偏移、卡死、增益偏差等多类型故障，接收来自PX4飞控输出的原始理想传感器测量数据，同时接收外部输入的故障类型与故障参数配置，输出注入故障后的传感器数据，供给后续飞控算法或PHM算法处理。
在RflySim仿真链路中，该模块位于传感器仿真链路的后端，可与CopterSim的动力学仿真、RflySim3D的可视化环境交互，为PHM算法开发提供可控可复现的传感器故障仿真环境，无需真实硬件即可完成各类传感器故障场景的验证。
端口说明¶
输入端口（Inputs）¶
| 端口名 | 数据类型 | 维度 | 说明 |
|---|---|---|---|
pressure |
double |
1×1 |
原始大气压强输入 |
windB |
double |
1×3 |
机体坐标系下的风速输入 |
rho |
double |
1×1 |
空气密度输入 |
TempC |
double |
1×1 |
大气温度输入，单位为摄氏度 |
GPSPos |
double |
1×3 |
原始GPS位置输入 |
Ab |
double |
1×3 |
机体轴系实际加速度输入，单位与配置单位一致 |
wb |
double |
1×3 |
机体轴系角速率输入，单位为弧度/秒 |
dwt |
double |
1×3 |
机体轴系角加速度输入，单位为弧度/秒² |
DCMbe |
double |
3×3 |
方向余弦矩阵，用于将载荷移动引起的力转换到无人机坐标系 |
Gravity |
double |
1×1 |
重力加速度输入 |
FaultIn |
double |
任意 | 故障输入，包含故障类型与故障参数信息 |
输出端口（Outputs）¶
| 端口名 | 数据类型 | 维度 | 说明 |
|---|---|---|---|
Sensorout |
Bus |
- | 注入故障后的传感器输出总线，封装了无人机加速度、角速度、气压、GPS等传感器数据 |
参数配置（Parameters）¶
本模块无可配参数 [待确认]
参数设置说明¶
无
模块特性（Block Characteristics）¶
| 特性项 | 值 |
|---|---|
| 支持的数据类型 | double、single |
| 直接馈通（Direct Feedthrough） | 是 |
| 采样时间 | 继承 |
| 代码生成支持 | 否 |
数据通信协议¶
本模块不涉及网络通信。
相关模块¶
| 模块名 | 说明 |
|---|---|
ActuatorFault |
用于生成无人机执行器故障信号的PHM模块 |
PropellerFault |
用于生成无人机螺旋桨故障信号的PHM模块 |
VehicleFaultInjector |
用于统一管理无人机多故障注入的PHM模块 |
注意事项与常见问题¶
- 初始化顺序：本模块依赖于上游已完成坐标变换和物理量单位转换的传感器原始信号，必须在飞行器动力学模型、坐标变换模块完成初始化后再进行模块更新，否则会出现输出值异常。
- 故障参数格式匹配：故障输入
FaultIn需严格匹配模块要求的格式，不同传感器故障对应的参数位置需与定义一致，如气压计故障参数的故障值需放置在参数向量的第一个元素，否则故障注入结果不符合预期。 - 采样时间匹配：本模块需要与上游传感器输入模块的采样时间保持一致，若设置为固定步长仿真，需保证本模块采样时间为仿真步长的整数倍，避免出现故障注入时序错乱的问题。
- 总线输出匹配：输出
Sensorout为Bus总线格式，下游连接模块需要使用对应定义的Bus对象，若直接拆分信号需保证端口顺序与本模块输出总线的信号顺序一致，否则会读取到错误的传感器数据。 - 方向余弦矩阵有效性：输入
DCMbe需要为正交归一的有效方向余弦矩阵，若传入奇异矩阵会导致故障注入后的传感器输出计算错误。
更新日志¶
v4.10(2024-07-25): 初始发布SensorFault模块，支持常见传感器故障注入功能，包含内层baro NoiseFun和FaultParamsExtract子模块