粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测(RAIM)是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统(GNSS)在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统(GPS)故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统(BDS)接收机自主完好性监测具有一定的意义。

GPS／GLONASS组合接收机自备完善性监测和导航性能研究

本文应用近似径向误差保护判别准则，研究不同数量的卫星发生硬故障条件下，飞机非精密进场或终端航行时，ＧＰＳ／气压高度表组合系统。

BDS/GPS组合导航接收机自主完好性监测算法

为使接收机自主完好性监测(RAIM)技术应用于民航垂直引导进近(APV)飞行阶段成为可能,研究了BDS/GPS组合导航RAIM算法。提出了一种基于BDS/GPS定位解最优加权平均解的算法,结合最优加权平均解与BDS/GPS定位解的关系建立检验统计量,根据最大允许的虚警率计算检验门限,实现对故障所在卫星导航系统的检测,并采用加权最小二乘残差法对故障进行检测与识别。研究结果对多星座组合卫星导航系统应用于民航APV飞行阶段的导航具有一定的参考意义。

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。

卫星自主完备性监测及其在提高GPS用户工作性能方面的应用

卫星自主完备性监测方法(SAIM)是将完备性监测功能直接设置于导航卫星之中,每个卫星的SAIM子系统只用于监测该卫星本身的测距信号(码、相位/信号、导航信息等),而不像广域增强系统(WAAS)、空基增强系统(SBAS)、地基增强系统(GBAS,LAAS)那样必须同步处理12颗或更多颗卫星的信息。因此SAIM可以在1s之内完成对该卫星信号的完备性监测,并向用户发出完备性监测信息。它可以满足几乎所有用户对完备性的要求,甚至不用任何增强也能满足民航部门CAT Ⅰ级精密进近的技术指标。对于完备性监测要求十分高的应用。

加权RAIM可用性预测方法研究

RAIM可用性预测系统是在飞机起飞前对飞机即将飞行的整个过程的机载GPS接收机的RAIM可用性进行预测,辅助空管和签派放行许可,是民航应用GPS导航的必要程序。SA(Selective Availability)取消前,SA是SPS(Standard Position Service)用户的最大误差源,各颗卫星的UERE(User Equivalent Range Error)基本接近,在进行RAIM可用性预测时可认为所有可见卫星的UERE相同;SA取消后,电离层成为SPS用户的最大误差源,与用户到卫星的仰角紧密相关,相同UERE的假设将降低RAIM的可用性。文中针对此特性,基于传统的RAIM可用性预测方法,提出了加权RAIM可用性预测方法,并对权值的选择进行分析。计算机仿真结果表明,加权方法提高了RAIM可用性,缩短了RAIM不可用时段。算法已经应用于民航的RAIM预测系统,运行良好。

GPS系统下RAIM算法可用性及结果分析

介绍了接收机自主完整性监测(RAIM)算法的故障检测及其可用性原理,结合航空用户对完好性需求,通过仿真计算,得到了GPS系统下不同截止高度角条件下、不同飞行阶段的RAIM算法的可用性结果,并且给出了中国区域内5°×5°格网点的RAIM最大和平均中断时间,分析了截止高度角、可视卫星个数和DOP值等因素对RAIM算法可用性的影响。

BDS系统下RAIM算法可用性及结果分析

本文介绍了接收机自主完好性监测(RAIM)算法的可用性、故障检测及故障排除的原理及方法流程,结合BDS系统下定位精度的需求,通过仿真计算,得到了BDS系统下RAIM算法的可用性结果,并分析了DOP值对RAIM算法可用性及实际导航性能(ANP)的影响。

民航RAIM可用性预测系统研究及设计

RAIM预测提供了一种在地面监测设施不完全时，机载RAIM可用性监测的手段。通过预测来发现飞行过程中可能出现的RAIM空洞，为航管部门提供制定飞行计划的依据。该方法通过提高GPS的可用性来保障航班在GPS作为单一导航系统的条件下的飞行安全。

GPS接收机自主完好性监测算法可用性分析

以全球定位系统(GPS)为研究对象,研究水平定位误差保护级(HPL),阐述自主完好性监测(RAIM)算法故障监测和可用性原理.结合导航性能在航空应用中的需求,对影响RAIM可用性的因素进行数据仿真分析.结果表明,漏检率一定时,RAIM可用性随着误警率降低而降低;误警率一定时,RAIM可用性随着漏检率降低而降低.RAIM算法的可用性随着截止高度角降低和可视卫星数增加而提高.研究结果为采用RAIM算法进行故障卫星的检测和隔离提供了一定依据.

RAIM算法研究

用户自主式完备性监测 RAIM算法是广域差分 GPS的关键和核心技术之一。在已有 RAIM算法的基础上 ,讨论了粗差探测和定位的方法 ,并给出了 Parity方法中剔除多个粗差的算法 ,最后用 ' 99南海实测数据进行了验证。

GPS RAIM水平定位误差保护限值算法分析

给出了一种新的水平定位误差保护限值(HPL)计算方法;通过模拟,分析了与已有方法的不同性能。

“北斗区域导航系统”非精密进近导航性能分析

根据"北斗区域导航系统"星座布局结构特点,结合民航非精密进近的应用,展开北斗导航系统服务于民航前瞻性研究。针对卫星可见性、精度衰减因子(DOP)值以及垂直保护水平(HPL)值三项性能指标,仿真分析了其在亚太地区的统计分布特性,并对中国地区内4个指定点进行了指标的对比分析。仿真结果表明:在亚太区域内,北斗区域导航系统能够向民航用户提供理想的卫星可见数、DOP值和HPL值,满足民航非精密进近对三项指标的需求。

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%。

两种基于RAIM的多模卫星故障诊断与重构方法

基于接收机自主完善性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAI M)算法,研究了两种针对全球定位系统/全球导航卫星系统(global position system/global navigation satellite system,GPS/GLONASS)多模卫星的故障检测与诊断方法,并提出了一种在无法进行最小二乘解算情况下的故障快速重构方法,即用前面时刻解算的正确结果来快速预测当前时刻的导航定位信息。应用多模卫星接收机真实数据的验证结果表明,两种方法均能正确诊断出故障卫星,且能对故障进行有效重构。同时,在对两种方法的优缺点进行对比分析的基础上,指出具体应用何种方法要根据实际应用环境而定。

GNSS中基于双星故障的RAIM中的数学关系

从理论上推导全球导航卫星系统(GNSS)中基于双星故障的接收机自主完好性监测(RAIM)中的两个基本定理,为基于双星故障的RAIM技术提供了理论支撑。第一个定理给出了RAIM中奇偶矢量与导航误差的关系,指出了两者的统计独立性,它表明只能通过多次测量的累积以统计方法得到导航定位精度;第二个定理指出可通过偏差修正方式得到正确的导航解。这两个结论与单星故障假设条件下得到的结论是相同的,这就表明,基于单星故障假设的RAIM方法,其基本原理是可以通用于双星以至于多星故障情形的,只需在具体操作上进行适应性改进。另外,推导方法本身也提供了一种进行GNSS分析的有力工具。

一种基于最小总风险代价函数的RAIM门限优化算法

传统接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)算法采用完好性风险最小准则确定判决门限,其过于保守的门限求解方式增加了航空用户的连续性风险。针对不同航空用户完好性需求的差异,提出了一种基于最小总风险代价函数的RAIM门限优化算法,以假设检验中漏检与误警概率之和作为总风险代价函数,在兼顾导航所需性能及RAIM可用性的前提下,最小化总风险代价函数,以此确定RAIM优化门限,实现完好性与连续性风险间的权衡。仿真结果表明,经过最小总风险代价函数权衡,可合理降低用户连续性风险,并使其具备在伪距域中判定RAIM可用性的能力。

多星座组合RAIM算法研究

随着GPS、GALILEO、GLONASS以及BDS的快速发展,需要加强对基于多星座组合的接收机自主完好性监测(RAIM)算法的研究。首先介绍了RAIM算法的原理及流程,然后研究分析了多星座组合下的伪距残差的最小二乘算法以及多星座RAIM算法的可用性判断,最后对单GPS星座和GPS、GLONASS和BDS三星座组合的RAIM算法进行了仿真分析。仿真结果表明:多星座组合RAIM算法得到的故障检测率和故障识别率比单星座有明显提高。