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。

飞机进近阶段的接收机自主完好性监测研究综述

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的快速发展,对飞机进近阶段接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM)的研究也越来越多。本文首先介绍了飞机进近着陆不同阶段的GNSS完好性要求;其次综述了飞机进近阶段常用的RAIM算法,针对快照式的奇偶矢量法对微小故障和突变故障检测能力不足的问题提出滤波式卡尔曼滤波算法(Kalman Filter, KF),又因为KF不能解决非线性、非高斯的问题,提出了粒子滤波算法(Particle Filter, PF),随后又进一步提出了基于载波的RAIM算法(Carrier-Phase RAIM)和高级的RAIM算法(Advanced RAIM, ARAIM);然后介绍了RAIM可用性判定方法,并分析了单系统和多系统组合导航在飞机进近阶段的RAIM可用性研究现状,发现目前大多数研究主要是针对双系统和三系统组合导航,且大部分只分析了APV-Ⅰ、 APV-Ⅱ两个阶段,对于要求更高的CAT阶段几乎没有涉及;最后总结了RAIM在飞机进近阶段应用的不足之处,并且展望了未来的研究方向。

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。

ARAIM可用性预测系统的设计与实现

随着全球导航卫星系统空间星座的增多以及双频技术的发展,用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测算法不能满足LPV-200进近对完好性的要求,因此,出现应用于进近阶段的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)技术。针对LPV-200进近,基于对垂直保护限值的理论分析,研究ARAIM可用性预测算法,并设计ARAIM瞬时可用性预测系统。仿真结果表明,该系统能满足LPV-200进近对完好性的要求,在中国区域内,当可用性设置为99.9%时,ARAIM预测算法的覆盖率可达100%。

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.

精密进近阶段的多系统GNSS组合RAIM可用性算法及分析

给出了多系统全球卫星导航系统(GNSS)组合接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)可用性计算方法,在此基础上利用GPS、GLONASS实测数据与BDS、Galileo全星座仿真数据,分析了BDS、GPS、GLONASS和Galileo不同组合在精密进近阶段的RAIM可用性。通过试验分析发现,BDS的5颗地球同步轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星对亚洲、非洲和欧洲大部分地区的RAIM可用性有很大的贡献。这些地区站星间几何观测结构得到改善,使得RAIM可用性相对于其他地区有很大幅度的提升。在亚太地区APV-I阶段单系统导航情况下,北斗导航系统RAIM可用性达到99.5%,高于其他三个导航系统。在精密进近阶段(APV-I、APV-II和CAT-I),BDS与其他导航系统(GPS、GLONASS和Galileo)的组合导航可以满足全球大部分区域的RAIM可用性需求,大多可达到100%。

北斗列车定位RAIM可用性预测方法研究

基于北斗导航系统实现列车定位具有显著的性能及成本效益.为确保其符合特定应用需求,需要对定位完好性进行有效监测.立足于对常规接收机自主完好性监测方法进行有效辅助,本文提出一种应用于北斗列车定位的接收机自主完好性监测可用性预测方法.该方法利用北斗导航系统历书信息,结合列车运行计划实施完好性监测离线计算,预先对实际行车过程中可能的完好性状况进行估计,为列车在途定位完好性监测计算提供先验信息,确保定位结果满足应用需求.采用现场试验数据验证了本文所提出方法的预测能力,在基于卫星导航的列车控制等系统领域具有重要的应用价值.

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。

浅谈接收机自主性监测技术（RAIM）在空中交通管理系统中的应用

RAIM即卫星导航接收机自主完好性监测，是一种对卫星导航系统（如GPS）完好性的外部辅助监测手段，用于保障导航定位的安全性。本文概述了该项技术的工作原理及在空中交通管理系统中的应用，并对该项技术未来的发展进行了展望。

双卫星故障条件下的RAIM可用性研究

现有的关于接收机自主完好性监测(RAIM)算法大部分是基于单颗卫星故障的假设,但随着GPS技术的发展,多颗卫星发生故障的可能性已不能再被忽视,特别是两颗卫星同时发生故障的情况。本研究基于对水平定位误差保护级(HPL)的分析,从一颗卫星故障的可用性出发,推导出两颗卫星故障时的可用性。率先给出了在两颗卫星故障的情况下,天津区域内RAIM算法的可用性。仿真结果表明:两颗卫星故障的可用性低于单颗卫星故障的可用性。

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%。

ARAIM算法在多星座中的全球可用性分析

先进接收机自主完好性监测(ARAIM)技术作为一种低成本、实时性强的完好性监测方法,受到广泛的关注。针对目前全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)在ARAIM互操作频点可用卫星不足,而北斗卫星导航系统(BDS)已经全面建成的现状,整理了GPS、Galileo与BDS符合星座承诺和实际情况的完好性支持消息(ISM)参数,分析了目前实际星座和未来标称星座下,三种星座的不同组合能够达到的ARAIM全球可用性覆盖率,给出一系列BDS关于ARAIM的发展与应用的建议。仿真结果表明,BDS在ARAIM应用中具有显著优势,在目前实际星座情况以及未来标称星座两种情况下,BDS和Galileo组合分别能达到100%和73.72%的全球可用性覆盖率。本建议也对BDS参与ARAIM标准制定、接收机设备研制以及BDS的推广应用具有参考意义。

GPS/BDS ARAIM算法性能测试

针对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)算法的适航性,基于实测数据,对GPS/BDS ARAIM算法故障检测与排除的性能和可用性预测的性能进行了测试.结果表明:GPS/BDS组合系统下ARAIM算法故障检测与排除的性能良好,对大于100 m的阶跃型故障,正确检测与排除的效率达到99.9%;GPS/BDS组合系统下ARAIM的单点可用性良好,完全满足LPV-200的完好性性能要求,中国范围内的可用性覆盖率达到99%,世界范围内的可用性覆盖率达到90%以上.由此可知,GPS/BDS ARAIM算法性能良好.

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。