Голосування більшістю для відмовостійкості масиву мікроелектромеханічних систем

Анотація

У роботі представлено практичний метод підвищення відмовостійкості масивів мікроелектромеханічних інерціальних вимірювальних блоків, що поєднує прості локальні тести правдоподібності з робастними груповими критеріями (медіана) та прийняттям рішень за правилом більшості. На відміну від підходів, які покладаються на розширений фільтр Калмана на нижньому рівні, запропонований алгоритм працює без розширеного фільтру Калмана, застосовуючи гістерезис і кінцевий автомат станів для детермінованого відключення/повернення сенсорних каналів. Підсумкова оцінка формується робастними агрегаторами (медіана або усічене середнє), що знижує чутливість як до поодиноких викидів, так і до тривалих відмов. Постановка оцінювалася виключно в програмних симуляторах методом Монте-Карло: розглядалися різні профілі руху, шумові моделі гіроскопів і акселерометрів, ін’єкції відмов (ступінчасті зсуви нуля, дрейфи, помилки масштабу, «залипання», імпульсні викиди, пропуски кадрів), а також сценарії міжканальної кореляції шумів. Метрики якості охоплюють ймовірність виявлення та хибної тривоги, затримку детекції, відновлюваність після повернення каналу, стабільність оцінок і обчислювальні витрати. Результати демонструють високу ймовірність виявлення одиничних відмов за низького рівня хибних спрацювань і контрольовану затримку детекції в невеликих масивах (N=3–7). Робастні агрегатори забезпечують кращу стійкість до змішаних режимів похибок і кореляції між каналами порівняно зі звичайним середнім, а вбудований гістерезис запобігає «миготінню» рішень поблизу порогів. Обчислювальна складність алгоритму є лінійною за кількістю сенсорів на такт дискретизації, що робить його придатним для реалізації на вбудованих платформах реального часу. Обмеження стосуються систематичних похибок і мультивідмов із високою кореляцією, які знижують інформативність правила більшості. Подальша робота передбачає адаптацію порогів за поточними оцінками шуму, підтримку одночасних відмов кількох каналів, інтеграцію з легкими комплементарними фільтрами та експериментальну валідацію на поворотному столі й за польотними даними БПЛА.