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.     

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。     

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.     

全球定位系统PRAIM算法研究与仿真

对于卫星导航系统而言,系统所能提供的完好性是指当导航系统处于不健康状态,不能准确导航时向用户提供及时报警的能力,目前民航运输机上主要采用接收机自主完好性监控算法实现上述功能,对于满足AC-91FS-01运行要求的民航客机还需具备预测完好性的能力。本文提出了一种基于神经网络的全球定位系统预测性接收机自主完好性监控算法,该算法相对与传统基于星座的预测算法,具有较好的可行性和有效性。     

导航信号有害波形星上自主监测技术

基于多相关器的导航卫星发射信号有害波形监测是全球卫星导航系统完好性监测的重要内容。本文在有害波形地基监测基础上提出星上监测方案,并从提升信噪比、抑制多径和定量监测的角度仿真、分析了其相对地基监测的优势。结果表明,本文技术可有效提高导航卫星系统的完好性。     

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。     

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。     

The Study of RAIM Performance by Simulation

1 Introduction Global Positioning System (GPS) is a satellite based navigation system. One concern of GPS users is system integrity, which is the ability of the system to provide timely warnings to users when the system should not be used for navigation. GPS integrity is very important in civil aviation in order to guarantee the flight safety. RAIM is a technique used to provide a measure of the trust which can be placed in the correctness of the information supplied by the total system[…     

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。     

基于卫星导航系统的对流层模型分析

对流层误差是卫星导航系统中十分重要的误差源之一,也是卫星导航系统仿真和应用的重要研究课题。介绍了对流层对卫星导航定位的影响,阐述了对对流层模型分析验证的重要意义,分析了UNB3模型、Hopfield模型和双指数模型的原理,并与实测双指数模型进行了比较分析,验证了UNB3模型和Hopfield模型在中国区域使用的有效性,为卫星导航系统仿真及信号模拟提供了有力的依据。     

多传感器组合导航系统性能评估

在民航基于性能的导航(PBN)运行中,组合导航系统的导航性能决定飞机是否可以在相应导航规范要求下的航路上飞行,是实施PBN的关键。以DME/DME/IRS组合导航系统为例,提出机载组合导航系统导航性能的评估思路与方法,利用卡尔曼滤波及二元高斯分布概率计算的手段确定导航系统的定位性能,并对该方法进行仿真验证。结果证明,该方法实时性好,可以评估不同完好性要求条件下的导航定位精度,方法切实可行,便于计算。     

一种新的惯性导航系统半实物仿真方案

由于三轴转台只能模拟三个角运动而不能模拟三个线运动,因此惯性导航系统就很难作为一个整体进行半实物仿真。该文提出了一种新的惯性导航系统半实物仿真方案,该仿真方案使用陀螺和加速度计敏感的真实数据,通过外部的线运动补偿来实现惯性导航系统的完整计算,在半实物仿真中不仅保证了惯性导航系统的完整性,而且在此基础上可以完成传递对准的半实物仿真。最后通过仿真验证了方案的可行性和正确性。     

GNSS系统接收机自主完好性监测算法

提出一种适用于多星座情况的接收机自主完好性监测算法——基于完好性指标动态分配的完好性监测算法。该算法比传统算法更能适应多星座情况下不同星座观测量属性的差异,其可用性比传统算法提高2％～3％。在多星座和双频情况下,利用该算法分析完好性监测的性能,结果表明,该算法在LPV-200完好性要求下是适用的。     

基于多层次细节地形的潜艇航行模拟

在虚拟现实和视景仿真系统中,运动模拟是其重要的功能模块。该文设计了一个基于多层次细节地形的潜艇航行模拟系统,以潜艇作为参照物和观察点,并根据潜艇的运动实时的显示多细节层次的地形,保证了潜艇航行区域地形的精确显示。该系统实时效果好,可以真实的模拟实际的航行情况。     

基于单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统定位性能分析

自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV) 的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法, 其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标. 本文针对单领航者相对位置测量的多 AUV 协同导航系统, 利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程. 在此基础上, 通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程, 得到了其在稳态情形下的方差上界估计. 理论分析表明, 单领航 AUV 协同导航系统的整体定位误差有界收敛且与初始化滤波方差无关, 具有良好的综合性能. 最后, 仿真实例验证了文中理论分析结果的正确性.