一种卫星导航接收机自主完好性检测新算法

随着我国北斗系统的不断建设完善,在北斗卫星导航设备中,接收机的自主完好性(RAIM)越来越受到重视,它利用导航卫星的冗余信息对导航解进行一致性检验,从而达到完好性的监测,保持系统的稳定,保证定位的完好性。RAIM的关键技术有故障检测和故障识别两方面,在系统不低于5颗星时能够完成故障的检测,如果需要检测出故障卫星,则至少需要6颗卫星信息,同时文中也对时钟辅助方式下的故障处理进行了说明。仿真结果表明通过该完好性算法,能够有效地检测故障和识别故障星,保持定位精度,且算法复杂度较小,易于工程实现。

基于接收机钟差的GPS完好性自主检测算法

传统的基于最小二乘法和奇偶矢量的接收机自主完好性检测(Receiver Autonomous Integrity Monito-ring,RAIM)算法均是利用冗余观测量进行一致性检验实现的,其检测统计量均由伪距残差构造得到。本文采用接收机钟差作为RAIM算法的判据,基本思想是根据钟差历史解算值建立接收机钟差二次多项式模型,从而得到当前时刻的钟差预测值。同时解算当前时刻的钟差值,将这两者之差与钟差门限值进行比较来判断系统当前时刻是否存在故障。本文首先分析了伪距偏移量对接收机钟差的影响,然后给出确定钟差门限值的方法。结合用户解算位置和接收机钟差利用子集比较法实现了故障识别的功能。因本文给出的故障检测算法不是基于冗余观测量的,故该方法在四颗可见星下就可进行故障检测,与传统的RAIM算法相比降低了RAIM算法对可见星个数的要求,该点在实验部分进行了仿真验证。另外还对可用星多于四颗的基于接收机钟差的RAIM算法进行了故障检测和故障识别部分的仿真,验证了本文方法的可行性。

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。

基于ERAIM的惯性辅助卫星导航系统完好性检测

针对卫星导航/捷联惯导组合导航系统的完好性检测问题,给出了一种扩展接收机自主完好性检测方法,将单独用于卫星导航系统的接收机自主完好性检测方法扩展到组合导航系统中。通过综合卡尔曼滤波器的状态预测模型与量测模型,采用最小二乘估计原理来解算最优估值,建立新的量测模型进行卫星导航/捷联惯导组合系统的完好性检测,包括故障探测、识别、可靠性以及可分离性的测量。仿真结果表明,扩展接收机自主完好性检测法可以明显提高组合导航系统的完好性检测性能。

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。

基于极大似然比的多故障卫星完好性检测

针对多星座情况下多卫星同时故障时的接收机自主完好性检测的问题,分析了多卫星同时故障的原因及特点,提出基于极大似然比的分层完好性检测方法。通过奇偶向量矩阵的计算,根据极大似然估计,进行故障检测与隔离,利用全量检验统计值与部分检验统计值之间的关系进行故障卫星的确定,并利用接收机的数据进行仿真验证。仿真结果表明,本方法可以快速有效地实现多星座情况下的接收机自主完好性检测,检测出并隔离故障卫星。

矢量正交算法在卫星完好性检测中的应用

基于最小二乘的接收机自主完好性检测(RAIM)在卫星数增多时对于单颗卫星不变的故障性能出现下降。文章首先对该问题进行了分析,然后应用矢量正交算法提出了一种新的故障敏感矢量算法,该算法避免RAIM在卫星数增多时故障检测量中故障信息恒定时故障检测性能出现下降的问题,而是性能有所增强,而且该算法同时完成故障的定位。

导航信号有害波形检测技术研究

基于多相关器的导航卫星发射信号有害波形检测是全球导航卫星系统完好性检测的重要内容。该文定义并分析了有害波形二阶模型对接收机码环的影响,研究了基于LAAS/WAAS的多相关器检测系统,从简化完好性通道,缩短检测时间的角度出发,提出了星上自主导航有害波形检测方案,仿真分析了检测能力与检测效率,在星上接收信号的信噪比比地基高20 dB时,相关峰检测标准差减小了0.3个码片以上。结果表明,该文技术可有效提高导航卫星系统的完好性。

接收机钟差估计的伪距异常值检测方法

针对接收机钟差辅助的RAIM检测方法无法适应接收机钟差周期性跳变的问题,根据伪距单点定位原理,提出了基于接收机钟差估计的伪距异常值检测方法。首先根据接收机钟差最大值、接收机速度以及两次定位时间差实时计算伪距异常值的核检门限,然后依次判断每颗卫星到接收机的伪距数据是否正常;为保证检测效果,提出了接收机采样周期门限和定位时间差门限的计算方法,理论计算表明,当接收机钟差最大值为12?s、速度达到第二宇宙速度时,接收机采样周期应小于0.32 s,定位时间差应小于3.2 s。采用GPS空间服务空域高动态目标实测数据分析,结果表明:该方法不受接收机钟差本地周期性修正的影响,在卫星数量减少至4颗或5颗时,依然可以识别出伪距异常的卫星,超出核检门限的伪距异常值识别率达100%,异常数据剔除后的伪距单点定位精度最大值达36 m。

GNSS接收机自主完好性监测算法研究

为了满足保障生命安全以及航空航天高精度、高可靠导航的要求,GNSS接收机不但要提供精确的导航服务而且也要提供完好性服务。为此,用于故障卫星检测和隔离的不同RAIM算法已被国内外学者广泛研究。文中首先介绍了RAIM算法的原理,然后对国内外用于单颗和多颗卫星故障检测与隔离的RAIM算法研究进展进行系统的综述和深入的分析,并对多星座GNSS接收机完好性监测算法进行了深入细致的论述。另外对GPS最新的用户接口文件在定位精度以及可靠性方面的改善进行了介绍,最后总结给出了RAIM算法的主要研究方向。

BDS/GPS双星座卫星轨道RAIM检测算法优化

接收机自主完好性检测中,传统的故障检测方法通常只对单一故障卫星进行识别。但当接收机能接收多个导航星座信息时,多颗卫星同时发生故障概率增加,传统故障检测的方法计算子集快速增加,影响检测效率。针对上述问题,提出将卫星按轨道分组,构造故障检测子集的方法,降低检测子集数量,简化故障检测策略,并通过对双故障卫星进行边缘检测,验证算法的性能。仿真结果表明,卫星轨道方法能有效的检测与隔离双星故障情况,降低了计算复杂度,在伪距误差不小于70m时,对于双卫星故障的检测效率较高。

适用于多模接收机的RAIM算法

为保证接收机工作在多系统环境时仍具有完好性检测性能,针对传统算法在不同测距标准差时,较小测距标准差对应卫星的虚警率上升,且出现故障时对其正确检测能力下降的问题,在传统最优奇偶矢量法的基础上提出一种改进算法—加权最优奇偶矢量法。经蒙特卡罗仿真证明:该算法在有效抑制低测距标准差对应卫星虚警率的同时,也有效地提高了对此类卫星发生故障时的正确检测能力。

一种改进RAIM算法在列车定位中的应用

针对传统接收机自主完好性监测(RAIM)算法在列车定位中容易出现漏检及精度不高的问题,提出一种改进的RAIM算法:通过分析卫星特征斜率、误警率、漏检率的关系,用卫星特征斜率的算数平均值确定加权矩阵;对北斗卫星导航系统(BDS)伪距方程进行加权处理修正,改进算法性能,提高定位精度。仿真结果表明:该算法可降低故障卫星的漏检率,具有更高的定位精度;改进后的水平位置精度因子(HDOP)在1.20~1.30 m之间,3维空间精度因子(PDOP)在1.50~1.60 m之间,列车定位东向误差的均方根值为4.275 2 m,北向误差的均方根值为3.214 2 m,可以满足铁路列车定位高可靠性及定位精度的需求,有助于提高列车运行的安全性。

GPS接收机RAIM方法比较

当前的用于GPS接收机自主完好性检测的方法是有限的假设。主要有两种方法,二乘残差和法SSE和奇偶空间法Parity,通过模拟仿真证明两种检测方法相同。

多模卫星导航系统的RAIM算法研究

研究了多模卫星导航系统的RAIM(接收机完好性自主检测)算法,根据多模卫星导航系统的定位模型,基于最小二乘法的原理计算伪距残差,构造奇偶矢量进行故障检测和故障排除。在只有一个观测量出现粗差的前提下,仿真了GPS与多模GPS/GLONASS/Galileo系统下的卫星可见数和DOP(精度因子),对比了衡量RAIM算法可用性的水平保护门限值(HPL)及这2种系统下的故障检测率与故障排除率。仿真结果表明:与GPS相比,多模导航系统具有更多的可见星,RAIM算法的可用性更高,并且其故障检测和故障排除的性能更好。因此,多模卫星导航系统不仅能为用户提供更高的定位精度,还能为用户提供更好的完好性保障。

NEW ALGORITHM FOR RECEIVER AUTONOMOUS INTEGRITY MONITORING

A new integrity metric for navigation systems is proposed based on the measurement domain. Proba-hilistic optimization design offers tools for fault detection by considering the required navigation performance （RNP） parameter and the uncertainty noise. The choice of the proper performance parameter provided the single-valued mapping with the missed detection probability estimates the probability of failure. The desirable characteristics of the residual sensitivity matrix are exploited to increase the efficiency for identifying erroneous observations. The algorithm can be used to support the performance specification and the efficient calculation of the integrity monitoring process. The simulation for non-precision approach （NPA） validates both the viability and the effectiveness of the proposed algorithm.