基于选星预处理的改进随机抽样一致性RAIM方法

多星座导航能够增加可视卫星数量,改善卫星几何构型,已成为卫星导航定位领域发展的重要方向之一。多星座导航接收机自主完好性监测(RAIM)技术对提高导航系统的完好性具有重要作用。面向多星座导航的完好性监测需求,分析了传统随机抽样一致性(RANSAC)故障检测方法的不足,提出了一种基于最小样本集选星预处理的改进RANSACRAIM算法。该算法基于最大四面体积法和GDOP值贡献度的选星方法选取具有较好构型的卫星构成卫星子集,取代了传统RANSACRAIM方法通过遍历构成卫星子集,可有效避免卫星子集中存在较差卫星几何构型的情况,减少子集数量,提升故障检测的准确率。静态和动态仿真实验表明,改进的RANSACRAIM算法在检测效率和检测准确率等方面明显优于传统方法。

基于抗差估计和改进AIME的缓变故障检测方法

为了解决经典缓变故障检测法——自主完好性监测外推法(autonomous integrity monitoring extrapolation,AIME)在组合导航中检测故障延迟时间较长和不能准确判定故障结束时刻的问题,提出了基于抗差估计和改进AIME的缓变故障检测方法。该方法采用标准t分布和IGG-Ⅲ(Institute of Geodesy&GeophysicsⅢ)方案设计自适应增益矩阵以缓解卡尔曼滤波故障跟踪的影响。同时,结合AIME故障检测状态,提出由外推法和残差卡方检验(residual chi-square test method,RCTM)故障检测统计量构成的r_(A/R)统计量概念,然后在AIME检测到缓变故障的状态下利用样本分位数原理对r_(A/R)序列进行异常值检测,从而判断缓变故障结束时刻。仿真结果表明,在检测缓变故障时,所提方法可明显缩短故障检测延迟时间,并能够准确判定故障结束时刻。

基于抗差扩展卡尔曼滤波和外推-积累的RAIM方法

为了提高接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)算法对微小缓变伪距偏差的检测能力,提出一种基于抗差扩展卡尔曼滤波和外推-积累的RAIM方法。该方法结合了新息外推法和累积历元法在检测微小缓变伪距偏差上的优势,即在新息外推法的基础上,累加多个历元的检验统计量,来更有效地检测微小缓变伪距偏差;同时,利用抗差扩展卡尔曼滤波对偏差进行抗差处理,提高了定位精度。仿真结果表明,相比较于传统RAIM方法、新息外推法以及累积历元法,新的RAIM方法均提高了对微小伪距偏差正确检测的概率,缩短了对缓变伪距偏差的检测延时,且经过伪距偏差修正后定位精度提高。

三频GNSS接收机的RAIM算法研究

新一代全球导航卫星系统(GNSS)将为民用用户提供多个可用频点。为了使接收机能够充分利用多频点的卫星信号,提高系统的完好性,提出了一种能够用于三频GNSS接收机的接收机自主完好性监测(RAIM)算法。该算法通过建立三频线性化测量方程,将各频点的伪距信息融合起来。对三频伪距测量误差进行预白化处理,从而可以沿用奇偶矢量法的基本原理进行故障检测和隔离。经过详细理论推导,得到了三频RAIM算法中奇偶矩阵与单频奇偶矩阵间的简单转换关系,极大程度地降低了故障检测和隔离的计算复杂度,更易于在GNSS接收机中实现。仿真结果表明,三频RAIM算法可以提高传统单频RAIM算法的故障检测率和隔离率,尤其在伪距偏差较小的时候,性能改善更为显著。

基于总体最小二乘法的RAIM算法模型改进

最小二乘残差RAIM算法中的伪距观测模型线性化过程会形成截断误差。考虑环境噪声对数据矩阵和观测值的扰动影响,给出了RAIM解算模型;采用总体最小二乘法估计准则,使残差更精确,数据可靠性更高,提高了RAIM算法的定位解算的精度与可靠性。分别采用总体最小二乘残差法和最小二乘残差法对实测数据进行了处理,分析结果验证了总体最小二乘法优于最小二乘残差法,说明了该算法具有可用性。

基于完好性风险估计减少RAIM误警率方法

为了提供更精确的完好性服务,提出一种新型降低用户端自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)误警率的方法。给出了定位误差与残差向量关系的新解释,基于最大定位误差完好性风险算法,提出了扩展正常检测区方法并进行故障检测,通过最大定位偏差保护限值提供故障检测的完好性保证,满足航段漏警率要求。最后,设计一种新的故障检测与故障识别准则,达到在不降低漏检率的条件下,减少误警率。算例表明该方法简单易行、有效。

QUAD方法用于RAIM故障检测

将QUAD方法用于接收机自主完好性监测的故障检测与排除,结果表明该方法进行卫星导航系统多故障的定位与定值是基本可行的,但该方法实际应用于涉及生命安全的民用航空领域还需要进一步验证。

GNSS接收机虚拟多频RAIM方法

通过对单频接收机的"虚拟多频点"电离层延时关联模型的研究,建立了一种新型单频接收机虚拟多频接收机自主完好性监测方法,给出了虚拟多频故障监测和识别的判据.仿真结果表明,"虚拟多频"接收机自主完好性监测方法不仅突破了传统接收机自主完好性监测算法对可见星数目的限制,而且还能在不改变单频接收机硬件结构的前提下,极大地提升接收机的完好性监测性能,具有很好的理论意义和实用价值.

基于斜率加权的最小二乘RAIM算法研究

为解决某些卫星在故障检测算法中不敏感的问题,提出了卫星斜率加权的最小二乘算法。该方法从理论上推导出卫星特征斜率的表达式,根据特征斜率大小构建斜率加权矩阵,对特征斜率较小的卫星加以更大的权重。构造出斜率加权的检验统计量,通过比较新的检验统计量与检测门限,实现对卫星的故障检测。结合真实数据对该方法进行验证,结果表明:基于斜率加权的最小二乘RAIM算法的故障检测率优于最小二乘RAIM算法。

基于加权最小二乘法的RAIM算法研究

针对最小二乘法在卫星故障检测和识别中存在的问题,研究将加权最小二乘算法用于卫星故障检测和识别,该算法将测量方程的协方差矩阵对角线元素作为加权因子,进而得到基于加权最小二乘法的卫星故障检测算法。通过各颗卫星伪距残差的平方和建立检验统计量,根据故障检测误警率和概率密度函数得到检测门限,将计算得到的伪距残差平方和与检测门限进行比较,进而实现故障的检测和隔离。结合实测数据,验证对比了两种算法的性能,结果表明:加权最小二乘RAIM算法在故障检测的灵敏度和故障识别性能方面优于最小二乘RAIM算法的性能。

多星座组合RAIM技术在列车定位中的应用

针对全球卫星导航系统(GNSS)在列车定位过程中,出现故障卫星会危及行车安全这一问题,提出了将接收机自主完好性监测(RAIM)技术应用到列车定位。在分析多星座系统列车定位及RAIM算法原理的基础上,构造了多星座系统的观测方程,利用奇偶矢量法构造检测统计量对故障卫星进行检测识别。采用青藏铁路数据对全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)、北斗卫星导航系统(BDS)多星座组合RAIM和GPS单星座RAIM进行仿真测试。结果表明,多星座系统的水平保护级(HPL)相对较小,且故障检测率和故障识别率较单星座系统有明显提高,位置精度因子明显降低,表明多星座RAIM技术可有效提高列车定位的精度。

基于LSSVM的惯性/卫星紧组合导航系统缓变故障检测方法

针对传统缓变故障检测方法——自主完好性检测外推法在惯性/卫星紧组合导航系统缓变故障检测中检测延时较大的缺点,设计了一种基于最小二乘支持向量机的缓变故障检测方法。该方法采用最小二乘支持向量机回归预测滤波器新息构成新的检验统计量,结合自主完好性检测外推法进行缓变故障检测。理论分析表明,该方法能够有效降低导航系统滤波器故障跟踪的影响,减小故障检测延迟时间。仿真结果表明,在检测缓变故障时,基于最小二乘支持向量机的故障检测算法比自主完好性外推法检测延时缩短了1.3倍以上。

一种惯性辅助卫星导航系统及其完好性检测方法

针对传统的卫星导航/捷联惯导(GNSS/SINS)紧耦合组合系统中SINS测量影响所有的观测量,以及SINS故障不能被隔离的缺点,给出了一种新的惯性辅助卫星导航紧耦合组合结构及其完好性检测方法。设计了紧耦合系统结构和卡尔曼滤波器,将SINS测量转换为虚拟伪距,作为GNSS伪距测量的扩展,并设计了基于滤波新息的残差检验法(RCTM)和自主完好性检测外推法(AIME)来进行完好性检测。该紧耦合方法可以通过虚拟卫星的选择降低几何精度因子,在提高导航精度的同时便于完好性检测。仿真结果表明惯性辅助卫星导航新方法可以有效地提高导航精度,RCTM法对于阶跃故障和快变的斜坡故障检测是非常有效的,而AIME法对于慢变的斜坡故障检测具有更好的性能。

接收机自主完好性监测算法研究

卫星导航接收机自主完好性监测RAIM是利用接收机自身的冗余观测值进行卫星故障的检测和识别,根据现有RAIM算法进行故障检测,有较大的漏警率。该文通过研究基于最小二乘残差的故障检测和识别方法,提出了一种改进的RAIM算法,有效地降低了漏警率。该算法在某型号接收机的相关实验中取得了较好的效果。

基于惯导辅助的GNSS完好性检测方法研究

为了提高GNSS完好性,提出一种顾及载波多普勒平滑伪距技术的INS辅助GNSS完好性检测方法。该算法通过运用载波多普勒平滑伪距技术,降低了随机误差的影响,利用INS估算的伪距、伪距率与平滑后的GNSS原始观测信息构造奇偶矢量进行故障检测和隔离。仿真结果表明,基于惯性导航辅助的GNSS完好性检测算法可以提高故障检测概率,当顾及载波多普勒平滑伪距技术时,故障检测性能更优。

基于MCMC粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测算法研究

提出将马尔可夫蒙特卡罗方法与标准的粒子滤波算法有机结合应用于接收机自主完好性监测(RAIM)中。通过状态观测概率密度似然比方法建立一致性检验统计量进行卫星故障的检测与隔离。对算法进行了数学建模,描述了算法的流程。通过实测数据验证,结果表明,该方法在非高斯测量噪声情况下可以对状态进行精确的估计,成功检测和隔离故障卫星,克服了卡尔曼滤波的RAIM算法在处理非高斯测量噪声时性能下降的问题,从而验证了MCMC粒子滤波在接收机自主完好性监测中的有效性。

基于最小二乘残差的导航接收机自主完好性监测方法

随着卫星导航系统在生命安全服务领域的广泛应用,用户对卫星导航接收机导航定位结果的可用性和可靠性要求越来越高。目前,基于用户端的较为有效的方法就是利用接收机自主完好性监测来实现。本文对利用最小二乘残差法实现卫星导航接收机自主完好性监测算法进行了研究,并分析了可视卫星数对完好性监测的影响。对北斗系统实测数据的处理也得到比较满意的结果,验证了该方法的正确性和可用性,可为北斗卫星导航实际应用提供参考。

基于性能导航的自主完好性监测分析

为满足基于性能的导航(PBN)中所需导航性能(RNP)规范对导航性能监测与告警的要求,设计了基于滤波新息的残差检验法(RCTM)和自主完好性监测外推法(AIME)来进行完好性检测。通过对阶跃故障检测和缓变故障检测的仿真分析,仿真结果表明,RCTM法对于阶跃故障和快变的斜坡故障检测是非常有效的,而AIME法对于慢变的斜坡故障检测具有更好的性能,采用两种方法进行组合的方式,能够提高PBN运行下自主完好性的监测能力。