GNSS用户端自主完好性监测研究综述

随着全球卫星导航系统的快速发展,对航空安全提出了挑战,完好性监测问题愈发凸显,用户端自主完好性监测(RAIM)是研究的重点之一。针对RAIM问题,首先介绍了所需导航性能的4个重要参数:精度、完好性、可用性和连续性。从单卫星故障下的RAIM、多卫星故障下的RAIM、高斯噪声下的RAIM 3个方面,综述了国内外相关的重要研究,主要涉及了3个层次内容:算法、计算保护限值和可用性,并指出了目前研究存在的不足。其次介绍了近期研究的新趋势与取得的成果。最后,展望了未来的研究方向。     

北斗导航系统接收机 自主完好性监测算法及性能分析

北斗导航定位系统是我国自主研制的全球导航定位系统,其接收机的自主完好性是决定可靠性的关键因 素之一。文章推导了RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)算法的观测模型,并在此基础上推导了基于 最小二乘法的RAIM算法、故障检测和故障识别算法。仿真表明,该算法可以检测出故障并识别故障卫星。     

卫星自主完好性监视算法研究

民用航空对导航系统的完好性具有严格的要求。随着卫星导航系统在飞机上的广泛应用,GPS接收机自主完好性监视越来越受重视。针对GPS接收机自主完好性监视算法进行了研究。在对RAIM 判定原则及流程、基于最小二乘的故障检测算法和完好性要求下的可用性判断研究的基础上,通过仿真对所研究的算法进行相关的分析,结果表明,作为目前一种仅依靠接收机自身获取定位观测量进行监控的方法,RAIM算法在一定程度上增强了定位结果的可信性,满足了自主完好性监视的要求。     

卫星自主完好性监视算法研究

民用航空对导航系统的完好性具有严格的要求。随着卫星导航系统在飞机上的广泛应用,GPS接收机自主完好性监视越来越受重视。针对GPS接收机自主完好性监视算法进行了研究。在对RAIM判定原则及流程、基于最小二乘的故障检测算法和完好性要求下的可用性判断研究的基础上,通过仿真对所研究的算法进行相关的分析,结果表明,作为目前一种仅依靠接收机自身获取定位观测量进行监控的方法, RAIM算法在一定程度上增强了定位结果的可信性,满足了自主完好性监视的要求。     

高级接收机自主完好性监视的可用性预测

高级接收机自主完好性监测(ARAIM)是单频RAIM的扩展。基于对垂直保护限值(VPL)和有效监视门限(EMT)的分析,给出了垂直方向ARAIM的VPL实时和预测算法;对LPV-200进近,从单星座ARAIM的可用性出发,研究了双星座、多故障情况下ARAIM的可用性;对世界范围内ARAIM的可用性进行仿真,给出仿真统计,并对中国西部航路区域ARAIM的可用性进行仿真,结果表明,在双星座双频情况下,可用性设置为99.9%时ARAIM的算法覆盖率可达100%,完全满足LPV-200进近对完好性的要求。     

基于奇异值分解的接收机自主完好性监测算法

基于最小二乘法残差的接收机自主完好性监测（receiver autonomous integrity monitoring，RAIM）算法本质是一种基于伪距残差矢量的一致性监测算法，但由于残差矢量中各分量具有一定的关联性，掩饰了某些重要的不一致性信息。为了消除这种关联性，提出了一种基于奇异值分解的接收机自主完好性监测方法。在方法中利用奇异值分解对伪距观测矩阵中的观测系数矩阵进行分解，获得奇异值空间矢量和奇异值空间矩阵。基于奇异值空间矢量构造能够直接反映故障卫星偏差信息的检验统计量，从而可以简便地进行粗差监测，更好地满足完好性监测需求。鉴于实际中完好性故障包含运控系统故障、导航系统故障、信号传播异常以及地面接收处理故障等多类因素，以脉冲型和阶跃型两种故障方式进行基于奇异值分解的RAIM故障检测与识别，并开展仿真分析研究。结果表明，提出的方法能够正确检测、识别故障卫星，在特定参数下能够达到很好的故障识别率，即当误警概率设置为1×10-5/h、引入阶跃故障误差为25 m时，算法能够实现98.8%的故障识别率。     

接收机自主完好性监测技术研究

对卫星接收机完好性监测技术进行了简单的介绍,以最小二乘法对接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)的基本公式进行了详细的推导和分析,以奇偶矢量法在实际工程应用中验证了RAIM算法的正确性和可行性。在此基础上,提出一种新的故障卫星排除算法－均方根（Root Mean Square,RMS）比较法,工程验证了算法的有效性,具有较强工程应用价值。     

卫星导航接收机自主完好性监测算法研究

针对航空导航定位高可靠性的要求和GPS接收机观测噪声分布的特点,研究将粒子滤波算法应用于接收机自主完好性监测（RUM）中.通过粒子滤波算法对状态进行精确估计,利用对数似然比建立一致性检验统计量进行故障检测与隔离.对算法进行了数学建模,描述了完整的RAIM算法详细流程.通过实测数据对提出的RAIM算法进行验证,结果表明：粒子滤波算法在非高斯测量噪声情况下可以对GPS接收机状态进行精确的估计,利用对数似然比建立的一致性检验统计量能有效地检测并隔离故障卫星,验证了该算法应用于GPS接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

残差检测法和状态多步外推法的GI-RAIM性能比较

针对GI-RAIM（GPS Inertial RAIM）惯导辅助GPS接收机自主完好性监测,本文引入了检测时间延迟和检测函数均值偏离度作为评估性能的概念;对比分析了当GPS发生慢变故障（SGE）时,残差检验法和状态多步外推法的故障检测性能。仿真结果表明,状态多步外推法对于慢变故障的检测性能更优越。     

基于Kalman滤波和奇偶矢量法的优化RAIM算法

针对传统RAIM算法很难检测微小伪距偏差的问题,可以通过对多个历元的统计检验量进行归一化处理,增大统计检验量的非中心化参数,提高对微小故障的检测率.Kalman新息检测法可以对卫星的故障进行独立检测,具有运算量小、在少星情况时仍能进行故障检测和识别的优点,但是对微小伪距偏差不敏感.针对两种方法的优点提出了基于Kalman滤波和奇偶矢量法的综合RAIM算法.仿真结果表明,该方法不仅可以提高对微小伪距偏差的检测率,同时减少了对可见卫星数的要求,验证了该算法应用于接收机自主完好性检测的可行性和正确性.     

基于惯性辅助的北斗接收机完好性监测方法研究

针对传统卫星导航接收机在卫星数小于5颗及卫星星座构型不佳的情况下无法实现卫星故障识别与隔离的问题,结合卫星导航接收机在弹上的实际应用情况,利用惯导的辅助数据设计了一种基于多级Kalman滤波的北斗接收机完好性监测方案,给出了卫星导航接收机的RAIM滤波器结构与故障检测和隔离方法,并对其可用性进行了推导。该方案经过仿真分析及实验测试,结果表明在4颗可见星的条件下,可有效检测并隔离单星阶跃、慢速漂移、慢速随机等北斗卫星伪距和伪距率故障,从而使北斗接收机能够提供连续、精确的导航定位功能。     

用于卫星导航多星故障识别的新方法

 通过分析广义似然比方法,指出该方法不能用于多星故障识别。为能够快速识别多颗故障卫星,提高卫星导航定位系统的可靠性,提出了一种可以用于多颗故障卫星识别的接收机自主完整性监测（RAIM）的新方法——假设验证法。该方法对所有可能的故障卫星组合进行假设验证,对每种假设的故障卫星组合计算出卫星伪距偏差,然后利用此偏差构造一个新的奇偶残差矢量,最后利用特定的故障识别准则进行判断。以识别2颗故障卫星和识别3颗故障卫星为例进行了计算机仿真,结果显示：假设验证法故障正确识别率高于85%,高于现有的可用于多星故障识别的最优奇偶矢量法,可以有效提高卫星导航系统的可靠性。同时,与最优奇偶矢量法相比,假设验证法不需要求取矩阵广义特征向量,计算量将减少90%以上。     

Receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) capability forsole-means GPS navigation in the oceanic phase of flight

Receiver autonomous integrity monitoring (RAIM), a GPS integrity monitoring scheme that uses redundant ranging signals to detect a satellite malfunction that results in a large range error, involves two functions: detection of the presence of a malfunctioning satellite and identification of which satellite (or satellites) is malfunctioning. An analysis is presented of GPS RAIM capability for sole-means navigation in the oceanic phase of flight, where the position protection limit requirement for the integrity function is not as stringent as for nonprecision approaches, and yet both detection and identification function may be required if GPS is to be used as a sole-means system. For this purpose, a detection and identification algorithm is developed which takes advantage of the fact that for the oceanic phase of flight, a much larger position error is acceptable than for the nonprecision approach phase of flight. The performance of this algorithm and an algorithm proposed previously by others is estimated via simulation and compared. On the basis of the results, recommendations are made on how RAIM may be used if GPS is to be coupled with an inertial system to provide a sole-means capability in the oceanic phase of flight     

低轨卫星可控式冗余分包遥测技术

随着卫星功能日趋复杂,遥测参数越来越多,处理要求越来越快,遥测设计面临越来越大的压力,必须拓展新的设计思路.本文讨论了一种低轨卫星可控式冗余分包遥测技术,更好地缓解遥测信道“瓶颈”,满足用户多样化的遥测需求,提高卫星遥测能力.该设计采用PCM（Pulse Code Modulation,脉冲编码调制）遥测和分包遥测相结合的方案,在信道资源有限,遥测参数庞大、用户需求多样的约束条件下,通过星载软件模式控制的方法实现了动态可编程遥测处理和遥测数传通道的冗余处理,提高了遥测信道的资源利用率、遥测设计的灵活性和系统的可靠性,该技术已成功应用于某在轨卫星,并被多颗在研卫星所采用.     

基于Markov过程的卫星星座备份策略研究

如何在满足星座可用性指标的同时降低卫星星座备份成本,是当前研究的热点问题。为了选出一种兼顾星座性能与经济效益的备份策略,研究不同备份策略对某低轨卫星星座性能的影响,建立考虑降级运行的星座可用度模型,利用 Markov 状态转移过程对星座可用度模型进行求解,并基于真实低轨卫星星座在轨运行数据对采用不同备份策略的星座在不同...