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。

GPS和GLONASS系统下RAIM空洞预报

接收机自主完好性监测(RAIM)是卫星导航系统完好性监测的方法之一。一定时空条件下的RAIM可用性,可以通过RAIM空洞直观的反映出来,可以为飞行提供预警;利用不同期GPS、GLONASS实际星座,仿真分析了单星座以及GPS/GLONASS组合星座RAIM可用性,绘制了RAIM空洞图,具有一定的参考价值。

多检测统计量联合的T-RAIM故障检测方法

针对最小二乘接收机自主完好性监测算法中,故障检测概率随着可见卫星颗数的增加而降低的问题,在接收机授时自主完好性监测(T-RAIM)场景下提出一种多检测统计量联合检验的完好性算法:理论分析该方法的检测性能,并仿真验证在北斗卫星导航系统(BDS)和BDS加低轨系统场景下的故障检测能力。结果表明,在相同虚警概率的情况下,该算法能够有效提高故障检测概率,单BDS场景下故障检测率平均可提高34.4%,BDS加低轨场景下故障检测概率平均可提高12.1%。

GPS RAIM预测系统的设计和算法研究

GPS RAIM预测系统提前计算GPS卫星的RAIM可用性,可以为民航机场服务。在该系统的研制过程中,对几种RAIM可用性计算方法进行了研究,最终确定使用HPL方法,该方法原理清晰,计算量小,计算结果准确,易于工程应用。

概率神经网络多历元残差RAIM算法

民用航空领域中,为提高接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)算法对故障偏差的检测能力,降低最小可检测偏差,提出了一种概率神经网络多历元残差RAIM算法。该算法基于概率神经网络构建4层故障卫星检测模型,利用方差膨胀模型建立伪距残差故障类与无故障类训练样本,通过粒子群优化算法优化概率神经网络的平滑参数以满足误警率要求,从而计算输入多历元伪距残差与故障类和无故障类训练样本的相似程度,判断卫星是否出现故障。仿真实验结果表明,优化平滑参数可提高所提算法故障检测性能。相比加权最小二乘RAIM算法和高级RAIM(advanced RAIM,ARAIM)算法,所提算法在不同故障情况下可提高小伪距偏差的检测性能,降低不同故障情况下的最小可检测偏差。

考虑告警时间的多历元解集分离RAIM算法

针对传统快照算法故障检测效果依赖较大伪距偏差的问题,提出一种考虑告警时间的多历元解集分离接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)算法。该算法以解集分离RAIM为基础,在历元间伪距观测噪声相互独立假设下,通过累加多个历元的检验统计量,提高对微小缓变故障的检测能力。仿真试验中,以阶跃故障和缓变斜坡故障为例,将本算法与解集分离RAIM和多历元最小二乘残差RAIM算法进行对比验证。结果表明:在告警时间限值内,所提算法能够显著降低阶跃故障的最小可检测偏差和缓变斜坡故障的最小可检测斜率;超过告警时间限值时,也能够明显减小对缓变斜坡故障的检测延时。

奇偶矢量RAIM算法的故障检测研究

RAIM作为一种行之有效的卫星故障诊断方法,在GPS完好性监测中发挥着重要作用。文中基于奇偶矢量RAIM算法,根据检验统计量在正常和故障情况下概率密度函数的不同,从概率角度对GPS完好性进行研究分析,主要阐述了误警率、漏检率和检测门限的概念及其之间的关系;并得出了可见卫星数增多时,漏检率不降反升的结果,这是RAIM算法的一个致命缺陷;最后仿真分析了伪距误差对漏警率的影响。

时钟改进模型辅助RAIM算法研究

提出采用“滑动窗”方式建立参数实时更新的接收机钟差改进模型,把基于该模型的钟差预测值引入到卫星导航中辅助进行自主完好性监测(RAIM).文中给出了相关流程图,并提出新的预测误差计算方法.基于GPS实测数据的验证分析表明,这种方法不仅可以提高RAIM算法的可用性,而且可以提高故障检测和识别效率,可检测的最小故障偏差从50米降到40米,可完全检测和识别的最小故障偏差从70米降到60米,并且系统的其它性能指标也有明显改善.

基于IGGⅢ权函数的GNSS/INS组合导航RAIM模型

将IGGⅢ权函数引入GNSS/INS组合导航中,提出基于IGGⅢ权函数的GNSS/INS组合导航RAIM模型,根据Kalman残差平方和服从χ2分布,论证运用IGGⅢ权函数探测粗差星的可行性。开发模拟平台生成GPS、Galileo、GLONASS和BeiDou卫星星座,卫星观测值加入单粗差和多粗差,测试RAIM模型的粗差探测能力。算例表明,RAIM模型能够准确定位粗差星,剔除粗差星后,可提高GNSS/INS组合导航精度。

电离层与对流层模型对北斗RAIM可用性的影响分析

电离层和对流层是卫星导航系统测量的主要误差源，也是北斗卫星导航系统可用性变化的重要因素。采用星历数据仿真分析了电离层和对流层延迟误差模型对北斗导航系统RAIM可用性的影响，特别分析了不同对流层模型对民用航空的影响。实验表明电离层和对流层的延迟误差分别为0～14．5559m及0～23．7796m，且在民用航空的非精密进近阶段，用Saastamoinen模型、UNB3模型及Hopfield模型分别作为北斗的对流层误差模型的RAIM可用性分别为99．308％、92．0415％和100％，相比较Hopfield模型更适合作为北斗卫星导航系统的对流层模型，能满足民用航空的99．9％RAIM可用性要求。

基于漏检概率的RAIM可用性分析方法

描述了通常基于单故障假设相应的HPL 或VPL 的计算模型,针对WAAS用户在应用RAIM时需要顾及多故障的情况,提出了基于漏检概率的可用性分析方法,并通过模拟计算得到一些结论。

GEO卫星轨道机动对BDS NPA阶段的RAIM可用性影响分析

统计分析各GEO卫星轨道机动对亚太区域NPA(non-precision approach)阶段的RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)可用性影响。结果表明,GEO卫星在07∶00~08∶00和15∶00~16∶00对系统的可用性影响最大,但各卫星影响时段不同;GEO卫星C04卫星14∶00~23∶00和C05卫星00∶00~05∶00的调控时段使得系统可用性低于99.9%,分析原因可知,其主要受两颗卫星的定点位置和MEO卫星的回归周期影响。另外,为了揭示新启用的IGSO C13卫星对BDS系统在服务区域可用性的改善情况,对比分析了新IGSO C13卫星启用前后对BDS系统在亚太区域内可用性影响情况发现,C13卫星的运行使得BDS系统在服务区的可用性平均提高0.05%,达到99.99%。

基于相关分析的组合导航RAIM模型研究

探讨基于相关分析理论的组合导航RIAM方法,并给出单个和多个探测粗差的相关分析检验流程。通过模拟12颗GPS和Galileo组合导航卫星定位系统,分别给单颗和两颗正常卫星加入粗差。仿真结果表明:观测值的影响向量与残差的相关系数可以定位含粗差的卫星并将粗差卫星予以剔除。

基于总体最小二乘法的RAIM算法模型改进

最小二乘残差RAIM算法中的伪距观测模型线性化过程会形成截断误差。考虑环境噪声对数据矩阵和观测值的扰动影响,给出了RAIM解算模型;采用总体最小二乘法估计准则,使残差更精确,数据可靠性更高,提高了RAIM算法的定位解算的精度与可靠性。分别采用总体最小二乘残差法和最小二乘残差法对实测数据进行了处理,分析结果验证了总体最小二乘法优于最小二乘残差法,说明了该算法具有可用性。

ARAIM算法应用于LPV-200服务

传统的接收机自主完好性监测(RAIM)技术仅支持LNAV航路,而无法满足有更严格完好性需求的LPV-200进近。近些年来国际上开始兴起的高级RAIM(ARAIM)算法因其垂直导航能力而凸显优势,并且可以通过优化配置危险误导信息概率,进一步降低垂直保护级别(VPL),提高可用性。通过Spirent GSS 8000信号模拟器设置针对LPV-200的场景,利用生成的数据对优化前后的算法进行仿真比较,结果证明双频GPS下的ARAIM技术在局部地区可以达到LPV-200服务的要求。

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。

伪卫星增强条件下的RAIM算法可用性及性能分析

介绍了接收机自主完好性监测算法及其可用性的基本原理,介绍了伪卫星的导航原理和关键技术,推导了伪卫星增强条件下的RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)算法,并给出了观测权阵的计算公式。用STK(Satellite Tool Kit)进行仿真分析,结果表明:在GPS系统下,RAIM可用性按照远洋、本土、终端、NPA和APV-I的顺序依次减小,单一的GPS导航无法满足APV-I以上等级的航空飞行需求;伪卫星增强后的RAIM可用性大幅度提高,其中在APV-I阶段RAIM算法100%可用;误警率、漏警率和故障识别率都有所改善;错误识别率高于漏检率,错误识别是漏警的主要原因。

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。

基于小波分析的RAIM算法卫星故障检测研究

作为一种传统的卫星故障诊断方法,RAIM在卫星故障监测中发挥着重要作用;文中基于奇偶矢量RAIM算法,提出一种基于小波分析的RAIM算法的卫星故障检测方法;首先利用Haar小波分解,对卫星故障信号进行小波变换处理,提取故障信号特征,通过在不同尺度的奇异性变化找到信号突变点,然后将检测结果反馈给RAIM算法进行故障检测,对不同条件下的卫星故障进行故障检测性能进行分析;仿真实验表明,该算法提高了系统故障检测的准确性,降低了误警率。