卫星导航RAIM多星故障检测与识别方法研究

针对传统卫星导航接收机自主完好性监测RAIM方法在多颗故障卫星情况下故障识别的检测概率低、虚警概率高的问题,提出一种检测概率较高、虚警概率低、同时具有低运算量、可工程化实施的RAIM多星故障检测与识别方法,文中分别阐述方法的原理及及其仿真分析,结果表明本方法在无虚警情况下获得了较高的检测概率。本方法具有非常低的运算量,在具有m(m>0)颗故障卫星的情况下,通常仅需要2m次最小二乘残差故障检验和m次故障识别,具有较高的应用价值。

一种改进的全球卫星导航系统多星故障排除方法

分析全球卫星导航系统的多星故障排除方法,研究跳出传统模式的接收机自主完好性监测算法——随机搜索法,针对其不足之处,在奇偶矢量法的基础上研究了检测门限和排故率的关系,提出一种新的检测门限选取方法,平衡了漏检率和虚警率,明显提高了随机搜索法的整体排故率,尤其是在可见卫星数较少、故障偏差较小的情况下,排故率的提升更为显著。同时,改进算法的运算量相对于奇偶矢量法仅小幅上升。仿真实验表明,改进算法有效可行,适用于全球卫星导航系统中的多星故障排除。

基于RAIM的解决多星故障监测算法

在信号恶劣环境下,多星发生故障的概率增大。传统RAIM算法大多基于单星故障假设,这样会出现漏检或误检的情况。对传统w-test方法进行改进,并采用前向-后向的方式进行多星故障识别。改进w-test方法每次标记两颗故障星,并将其他卫星同这两颗星分别进行可分离度检验,将超过门限的相关性最大的那颗星也标记为故障星。前向过程结束后获得初步获取无故障星座和初步位置信息。通过后向过程可以恢复被错误剔除的观测量。伪距残差而不是最小二乘估计被用于观测量的恢复。改进方法设计简单,运算量小,便于工程应用。仿真分析表明,改进方法可以正确识别单星故障(8BDS satellites),双星故障(8 BDS satellites)和7颗星故障(16 BDS/GPS satellites)。

基于稀疏故障假设的鲁棒定位方法

为了使接收机在多个故障伪距存在时能够提供鲁棒的定位结果,提出基于稀疏假设的故障检测与排除算法.该方法利用定位解算残差与伪距误差之间的映射关系,通过对故障观测量的个数进行稀疏约束,使用稀疏算法直接求解所有观测量的伪距误差.利用伪距误差计算结果修正初始的定位结果,实现鲁棒定位.在不同的可见卫星数和不同的故障卫星数下进行仿真.仿真结果表明,当可见卫星数量较多时,使用该算法能够对多个故障观测量进行有效的检测,提升定位结果的准确性.

基于多星最差故障搜索的RAIM完好性风险估计方法

作为接收机自主完好性监测(RAIM)的核心功能,严格的完好性风险估计是保障导航定位可靠性的关键。全球导航卫星系统的互操作使得多星故障概率上升,导致传统基于单星最差故障偏差的完好性风险估计严格性降低。为此,提出顾及多星故障的完好性风险估计方法。多星故障完好性风险的严格估计受限于多星最差故障偏差的精确确定,针对此建立确定多星最差故障偏差的“两步法”,即通过最差故障单位向量的确定以及最差故障幅值的有界搜索,实现导航定位完好性风险的保守估计。采用星座仿真软件模拟卫星故障场景测试完好性风险估计方法的严格性。实验结果表明:与传统单星故障完好性风险估计方法相比,所提方法在多星座组合场景下可显著降低漏检比率。此外,与传统顾及多星座多星故障的高级RAIM相比,所提方法在全球范围内满足99.5%可用性指标的比例至多可提升9.42%。