本学位论文结合国防863课题(2002AA721063)“可重复使用跨大气层飞行器故障诊断与故障隔离方法研究”。以液体火箭发动机故障检测和隔离为主要研究目的，对基于半定性模型的故障检测和隔离方法在液体火箭发动机中的应用进行了深入系统的研究。 研究了利用模态区间分析(MIA)方法对具有不确定性参数的复杂动态系统进行建模仿真和故障检测技术。通过模态区间分析的优化理论以及误差界包络线算法仿真得到系统正常工作的精确区间包络线，克服了因系统参数不确定导致仿真行为与系统真实行为存在差异的问题。利用区间包络线进行系统故障检测，可以提高在系统参数不确定、存在测量噪声等干扰因素时故障检测的抗干扰能力，减少误报警。利用模态区间分析方法对五箱系统进行了建模仿真和故障检测，验证了MIA方法对具有不确定性参数的复杂动态系统进行建模仿真和故障检测的有效性。 研究了利用诊断键合图模型(DBG)建立解析冗余关系(ARR)的故障检测和隔离方法。通过在系统键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法，建立系统诊断键合图模型，然后利用诊断键合图模型构建复杂动态系统的解析冗余关系。通过系统实际观测特征与故障特征的比较进行系统的故障隔离。提出了根据诊断键合图的因果路径并利用解析冗余关系残差的趋势分析建立系统故障特征矩阵的方法，改进的故障特征含有表示残差变化方向的特征值，使故障特征值能更好地反映故障特征，提高故障隔离的准确性。通过对五箱系统的实例分析，验证了利用诊断键合图模型建立系统解析冗余关系的方法的有效性和实用性；验证了利用具有残差趋势的故障特征矩阵进行系统故障隔离的有效性。 提出了将模态区间分析和解析冗余关系相结合的半定性故障检测和隔离方法，即利用模态区间包络线进行故障检测，利用解析冗余关系进行故障隔离。此方法克服了利用模态区间包络线进行故障检测时时滞较长以及故障难以隔离的缺点，减少了漏警的可能性；发挥了利用解析冗余关系进行故障检测和隔离时灵敏度高的优势，同时由于模态区间包络线的限制也减少了误警的可能性，从而提高了故障诊断的可靠性。通过对五箱系统的故障检测和故障隔离，验证了该方法的有效性、实用性。 研究了模态区间分析和解析冗余关系相结合的半定性方法在液体火箭发动机故障检测和隔离中的应用。利用模态区间分析模型仿真得到某液体火箭发动机正常稳态工作的区间包络线，对比已有试车数据结果，MIA仿真结果可以很好地反映系统的工作状态。利用该包络线进行故障检测，可以提高故障检测的抗干扰能力，减少误报警。通过建立液体火箭发动机的诊断键合图模型得到了在一定测量参数下的液体火箭发动机解析冗余关系和具有残差趋势变化的故障特征矩阵。利用观测特征与故障特征矩阵的对比进行液体火箭发动机的故障隔离，提高了故障隔离的准确性。