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.     

基于完好性与连续性风险的最优垂直保护门限计算

为降低飞行器精密垂直引导进近过程中的完好性风险和连续性风险,使接收机自主完好性监测(RAIM)算法能提供水平方向和垂直方向上的完好性保障,提出一种基于多假设解分离的RAIM算法来求解最优垂直保护门限(VPL)。在满足全球导航卫星系统(GNSS)完好性和连续性的前提下,优化GNSS系统对各假设故障模式的完好性风险和连续性风险分配,得到最优VPL。仿真结果表明,与传统基于斜率的RAIM算法相比,该算法能够提供更精确的VPL值,提高了系统可用性,并且随着卫星故障先验概率不断增大仍具有较好的鲁棒性。     

用于检测双星故障的RAIM算法分析与研究*

随着GPS等卫星导航技术的广泛应用,在实际导航中对接收机的导航定位精度,尤其对定位的有效性提出了越来越高的要求。目前对此较为有效的方法就是利用接收机自主完好性监视(RAIM, Receiver Autonomous Integrity Monitoring)进行保障,而且该方法日益凸显出其优越性,但目前对该方法的研究多基于单星故障的假设。随着新一代导航系统的完善以及组合导航技术的发展,双星甚至多星同时出现故障成为不可避免的话题。本文分析和比较了用于检测两颗卫星故障的偏差完好性风险(BIT, Bias Integrity Threat)法和保护限值(PL, Protection Level)法两种RAIM算法。通过数据仿真,对用不同方法检测卫星故障的可用性及故障检测率进行比较,并分析了两种方法存在差异的理论依据。通过分析比较,说明在未来接收机处理多颗卫星同时出现故障的情况时,如何更精确地描述统计检测量与定位偏差的关系以及如何处理不同测量噪声的影响是RAIM算法可用性及有效性的关键。     

三种卫星故障检测策略的对比研究与仿真

故障检测是保证导航系统完好性的重要途径.针对接收机自主完好性监测算法RAIM需要至少5颗可见星时才能进行故障检测的问题,在惯性/卫星组合导航系统的框架下,通过构建能反映卫星故障特征的检验统计量,并根据检验统计量的分布确定相应的检测门限,提出了解分离和残差外推两种卫星故障检测方案.仿真结果表明:解分离算法能在存在RAIM漏洞时检测故障且易于进行系统重构,但其故障检测效率不高;残差外推法适用于检测慢变故障.仿真结果表明,改进方法故障检测效率有较大提高,甚至在只有三颗可见星时仍能较快地检测出慢变故障.     

双星故障识别方法研究

当接收机可以观测到的卫星数目增加时,多颗卫星同时出错的概率大大增加。传统的接收机自主完善性监测算法（Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM）通常用来检测并识别一颗故障卫星,在多颗卫星同时出错时的识别结果并不理想。提出了一种改进的RAIM算法,在奇偶矢量法的基础上,从找出无故障卫星出发,进一步用这些无故障卫星信息进行粗略定位,由接收机的粗略位置来计算各颗卫星的伪距偏差,从而识别出并剔除故障卫星。经仿真验证,该方法可以解决两颗故障卫星时奇偶矢量法中的故障偏差抵消问题。     

单基线姿态测量的RAIM算法研究

当载体安装有GPS接收机和多个天线时,可以得到其姿态信息(航向角、俯仰角、横滚角);论述了利用载波相位姿态测量的解析法,利用了基线长固定的条件,在整周模糊度初始化时进行粗搜索,利用模糊度函数法进行判断筛选整周模糊度组合,减少了搜索空间;接收机自主完好性监测(RAIM)的概念被引入到姿态测量算法中,有效地剔除问题卫星,改善AFM算法;系统姿态测量结果达0.1标准差,故障卫星可由RAIM检测并剔除;结果表明RAIM算法能有效提高姿态测量结果可靠性。     

GNSS-R定位数据处理软件的设计与实现

随着GNSS-R技术的迅速发展和应用领域的增多,对GNSS-R的多卫星系统的研究显得尤为重要,目前GPS单系统得到了很好的应用,但是GPS单系统不能满足GNSS-R的应用领域,在此发展的趋势下本设计对GPS/BD双系统进行了探索.GNSS-R反演的应用需要导航定位信息提供探测区域接收平台和卫星的详细信息.主要设计完成了GPS/BD双系统定位数据处理软件,包括GPS/BD双系统定位信息的快速接收和数据的正确提取及显示;利用串口通信实现信息的接收及控制命令的发送;可见星星座图显示、状态监控窗口显示和卫星跟踪信息显示等功能;并根据定位数据进行镜面反射点的计算.经过实际工程项目的测试,本软件具有较好的实时性和实用性.     

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。     

多模卫星组合导航滤波融合算法

为融合多种模式的卫星导航系统的信息,解决单一卫星系统存在的缺点,研究了多模卫星导航定位技术,提出了一种基于单元级融合方式的导航定位算法.首先,建立了北斗/GPS/GLONASS多模卫星组合导航系统的数学模型,然后为每颗卫星分别设计子滤波器,给出了联邦多重渐消记忆滤波融合算法.试验结果表明,该算法能灵活有效的利用多个卫星系统的卫星进行导航定位,提高了卫星导航系统的精度和可靠性.     

基于多假设解分离算法的BDS/SINS紧组合完好性监视

完好性是民航基于性能的导航（PBN）运行的关键性能要求,是导航安全性的重要支撑。北斗导航系统（BDS）/惯性导航系统（SINS）紧组合导航系统将SINS信息加入到完好性监视中,增加了冗余信息,通过多假设解分离算法进行故障卫星的检测与隔离,满足民航特定飞行阶段高完好性要求。论文利用BDS接收机接收到的BDS卫星数据,通过设置飞行轨迹,模拟卫星故障,对BDS/SINS组合导航系统的完好性算法进行测试验证。实验结果表明,基于多假设解分离方法的BDS/SINS紧组合导航系统可以较好地实现故障卫星的检测与隔离,保护限计算符合预期。     

基于星载GPS卫星编队可视化仿真系统

针对研究星载GPS编队卫星自主导航算法及模型对编队的影响,为实际编队提高导航定位精度,结合数据库系统编制出了关于星载GPS编队卫星仿真系统。在分析卫星编队相对导航运动规律基础上,利用OPENGL及数据库技术对星载GPS空间圆编队,车轮式编队和水平圆编队进行了三维可视化仿真,给出了设计过程。考虑到编队卫星需要接收GPS信号进行自主导航,利用GPS星座可见性分析方法,实现星载GPS编队卫星的GPS星座选择。三维可视化仿真结合STK进行了验证。仿真系统已作为编队方案设计、编队飞行相对导航仿真算法设计的基础工具,还为将来各种航天器编队飞行应用技术及航天器对接技术提供可靠的试验基础数据和技术依据。     

导航系统全球完好性仿真分析的设计与实现

完好性分析是导航系统分析的重要组成部分,完好性的仿真验证和测试可以降低系统研制的技术风险,是导航领域仿真的一个重要问题.提出了基于用户接收机格网的完好性仿真分析涉及的PAlM算法和RAIM可用性算法等相关算法模型,基于此,设计和实现了导航系统完好性仿真分析系统,最后针对格网分辨率为10°×10°的中国区域格网(24个网格点)进行了完好性的仿真试验分析,验证了相关RAIM算法,讨论了失效卫星对导航系统完好性的影响和基于保护级别概念的完好性计算的不足.     

基于统计质量控制的测距故障检测方法

卫星导航接收机在城区环境使用时,多径信号的存在使得码自相关函数发生畸变,从而导致测距结果与真实距离间出现较大偏差。现有的接收机基带多径消除算法复杂度高,实现较为困难。而接收机自主正直性监测(RAIM)算法的故障检测能力有限,难以同时检测多个测距故障。提出使用统计质量控制方法来实现对测距故障的检测,根据质量控制图的输出结果调整测距信息在定位解算中的权重,从而提高定位精度。该方法能够对每颗卫星的码跟踪性能进行单独监测,算法实现的复杂度低。仿真结果表明:使用该方法能够有效指示多径信号导致的测距误差,从而为改善城区环境下的定位精度提供了新思路。     

基于优选几何分组增强的假设检验RAIM方法

针对传统接收机自主完好性监测(RAIM)算法对15~50m级较小故障检测和排除率低,不易满足多测距故障场景应用问题,建立4种典型卫星分布几何结构模型,通过研究各模型对含偏差测距带来的定位误差与检测统计值间耦合性的影响,提出了一种基于几何优选分组增强的RAIM方法。该方法在假设检验方法基础上,利用分组间残差矢量建立新型检测统计量与门限值,通过检验子集一致性来检测和排除含有偏差的测距。仿真表明:该方法能够提升较小故障检测和排除率,增强接收机自主完好性性能水平,且支持联合导航系统单、多测距故障场景假设,有效降低定位估计误差,保证了定位解的精度。     

基于自适应策略的权值修正累积历元RAIM算法

传统的接收机自主完好性监测(RAIM)算法对微小慢变故障的检测延迟较长,漏检率较高,不利于故障检测。针对这一问题,在奇偶矢量RAIM算法基础上,提出了一种基于自适应策略的权值修正累积历元的RAIM新方法。该算法根据单历元故障程度确定权值因子,进而调整选定“窗口”内各历元所占比例,以构造更有效的检测统计量,其中“窗口”的大小依据多次仿真实验确定。仿真结果表明,该算法相对于累积历元和传统RAIM方法检测延迟时间分别缩短了16.67%和56.52%,能更好地检测微小慢变故障。     

GPS多星故障识别改进算法的仿真研究

为了能够识别多颗卫星故障,提高卫星导航定位系统的可靠性,提出了一种专门针对多故障情况的MHSS(多假设分组)算法。首先介绍了MHSS算法的基本原理,并对其仿真,表明其较传统算法更能满足更高导航完好性的需求;然后提出了MHSS-FDE改进算法,该算法与传统算法比较类似,需要计算检测门限进行有/无故障判决,将MHss方法中不受伪距测量影响的项排除,构造假设验证法的识别判别函数进行故障卫星识别;最后以多颗故障卫星条件为例对改进的MHSS-FDE算法故障识别率进行计算机仿真,并与现有的可用于多星故障识别的FDE算法进行仿真比较,结果显示:改进的MHSS-FDE算法具有较高的故障识别率。     

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。     

运钞车辆监控管理系统的构建

引言 全球定位系统（GPS），可在全球范围内为海上、路上、空中的各类用户连续提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息，是现在一种高精度的导航系统。该系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。其中，空间段由24颗卫星组成，保证地球上任意点、任意时刻至少可同时观测4颗GPS卫星。地面段由主控站、地面监控站、行数据监控站等组成，监控GPS卫星状况，保持精确的GPS时间系统，并向卫星注入导航电文和控制指令。用户段主要是GPS接收机，接收卫星信号，经用户处理，提取导航电文中的参数，用以完成导航工作。 短信息服务（SMS）…     

BD2无源授时原理分析与测试

从卫星系统的授时原理、授时精度评估、接收机1PPS授时脉冲产生出发,分析了基于卫星的无源授时,并基于自主研制的GPS/BD2多模接收机和支持GPS单系统的LEA-5T授时模块进行了对比测试。测试结果显示,接收机在单BD2模式下,1PPS授时脉冲的精度优于10 ns(1σ)。     

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%。