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+BD双模接收机自主完好性监测算法研究

在高动态导航中,卫星接收机自主完好性监测(RAIM)越来越受到重视。假如在单一模式下监测,RAIM系统至少需要接收到5颗卫星的信息才能监测出异常卫星,而如果需要辨识出故障卫星,则至少需要接收到6颗卫星的信息,这就使得单一的接收模式很难保证在全球范围内进行全天候的完整性检测。而随着北斗(BD)系统的迅速发展,使得采用GPS+BD导航模式进行监测成为可能。文中讨论了GPS和BD组合接收机中,在某时刻假设只有一颗卫星出现故障的情况下,怎样使用加权方法进行自主完好性监测。并通过仿真GPS、BD单模式和GPS+BD模式下的故障识别率和RAIM完好性可用率,证明了GPS+BD模式RAIM算法要优于任何一种单系统模式的RAIM算法。

GPS自主完好性监测可用性预测系统的设计

GPS自主完好性监测可用性预测系统提前计算GPS卫星的RAIM可用性,可以为机场服务。该预测系统使用GPS卫星历书、NANU报、NOTAM报和机场信息对GPS卫星的RAIM可用性进行预测。该预测系统的预测结果准确,易于工程应用。

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。

GNSS用户端自主完好性监测研究综述

随着全球卫星导航系统的快速发展,对航空安全提出了挑战,完好性监测问题愈发凸显,用户端自主完好性监测(RAIM)是研究的重点之一。针对RAIM问题,首先介绍了所需导航性能的4个重要参数:精度、完好性、可用性和连续性。从单卫星故障下的RAIM、多卫星故障下的RAIM、高斯噪声下的RAIM 3个方面,综述了国内外相关的重要研究,主要涉及了3个层次内容:算法、计算保护限值和可用性,并指出了目前研究存在的不足。其次介绍了近期研究的新趋势与取得的成果。最后,展望了未来的研究方向。

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.

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%。

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。

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。

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。

单星座ARAIM算法可用性分析及其在垂直精密进近中的应用

讨论了如何提高单星座增强型接收机自主完好性监测ARAIM算法的可用性问题。借助于钟差辅助模型设计了一种能够用于垂直精密进近LPV-250服务的单星座ARAIM算法。将钟差预测值作为虚拟伪距观测值纳入到当前的定位解算中,以提高单星座ARAIM算法的可用性。设计了新的完好性风险配置方案,在计算用户保护水平时,通过直接计算故障偏差对定位误差的影响大小来解决未知故障偏差的估计问题,对于系统的可用性给出了更精确的评定。试验分析结果表明,钟差辅助对于提高单星座ARAIM算法的可用性具有显著的作用。

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。

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。

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。

北斗二号定时型用户机

产品简介 该北斗二号定时型用户机是一款北斗二号卫星导航定位系统的应用终端，适合安装于固定站使用，可实现精密定时，获得精确的时间信息和秒信号，并进行时间同步，具备接收机自主完好性监测、位置保持，以及设备延时补偿等功能。

三种典型低轨增强星座与北斗系统联合应用的RAIM性能分析

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障,低轨卫星的发展为完好性监测带来新的机遇,然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)3种典型的低轨星座,系统评估了低轨卫星增强下的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明:对于高纬区域,高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好,而在中、低纬区域,中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优;在全球范围内,高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知,由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷,其全球RAIM可用性增强效果最优,增强下的RAIM可检测到的最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。

卫星导航进近技术进展

全球卫星定位系统(GNSS)增强系统能提供全天候无间断的卫星导航信号,可以辅助飞机进行进近。本文介绍了全球卫星导航系统进近着陆系统的基本组成、工作原理和功能特点,并对国内外研究进展进行了阐述。针对GNSS进近研究中的热点问题,重点论述了地基增强系统(GBAS)、星基增强系统(SBAS)、用户自主完好性监测(RAIM)等技术的发展现状,指出了GNSS进近技术实际工程应用仍然存在的问题,探讨了GNSS进近技术未来的发展方向。