基于气压高度辅助的机载自主完好性监测算法

卫星接收机自主完好性监测是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性,其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星,并保障导航定位精度。针对卫星接收机自主完好性监测算法可用性不足的问题,结合机载实际导航系统配置,提出了一种基于气压高度表辅助的机载自主完好性监测算法。综合利用卫星导航系统及气压高度表观测信息,建立联合系统的观测模型,推导了基于多解分离的完好性监测及保护级别计算方法。仿真结果表明,相比于传统的接收机自主完好性监测算法,该算法在可见星为5颗时仍能识别故障卫星。该算法具有更好的故障检测能力及可用性,能有效提高卫星导航系统的完好性监测性能,从而保证卫星导航系统的精度和可靠性。     

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型,利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响,解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明：该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势,对定位误差形成包络,从而保障组合导航系统的完好性。     

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。     

基于北斗的ARAIM算法在LPV-200 下的可用性研究

随着全球卫星导航系统的发展和完善, 用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS 保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已 不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出 现。在北斗区域导航系统下, 针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM 算法理论分 析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检测的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平, 在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM 算法可用性。仿真 结果表明,在LPV-200 性能要求下,ARAIM 优化算法的可用性明显提高,所提方法是有 效的。     

Galileo系统完好性处理的方法研究

对于卫星导航系统而言,系统所能提供的完好性指标和导航定位精度是同样重要的。欧洲的Galileo系统将在2008年建成,届时它将与美国的GPS系统相互补充。本文在对GMileo系统导航定位指标分析的基础上,结合系统完好性监测的设计特点,推导了系统地面完好性信道(GIC)监测算法和用户自主完好性(RAIM)监测算法,建立了数据完好性播发体制。     

全球导航完好性通道（GNIC）方案讨论

国际民航组织(ICAO)将采纳 GPS GLONASS INMARSAT 联合组成的 GNSS 系统供全球导航使用。对系统的增强和完好性监控是至关重要的问题。本文介绍近年来提出的各种地面完好性监控通道(GIC)的方案,包括地面监测台网、地面数据传输的通信链路和卫星转发。重点阐述 INMARSAT 提出的静止卫星加发导航信号的重叠(IGO)概念和全球性完好性监测台网(IMN)。然后进行比较和讨论,并提出需进一步跟踪研究。     

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。     

GBAS对流层异常完好性监测参数研究

地基增强系统(GBAS)服务于与生命安全相关应用时,有必要开展对流层异常监测以保证导航精度和完好性。观测域最大可容忍对流层延迟和对流层异常概率是设计GBAS对流层异常完好性监测体系的关键参数。本文以满足适航需求为基础,实现定位域所需导航性能与观测域所需监测性能之间的转换,基于最差保护原则实现了观测域最大可容忍对流层延迟的量化。欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)2010—2019年的气象数据被用于对流层反演分析,验证了对流层波导异常和非标称对流层延迟2类故障发生概率。使用北斗真实数据和气象数据开展仿真验证,结果表明：为保障GBAS支持的精密进近和着陆服务完好性和可用性,观测域最大可容忍对流层延迟取值范围为0.57～0.92 m(对应下滑角θ=2.5°～3.5°);沿海地区,对流层波导异常概率处于10%～50%之间,但其对GBAS完好性影响较低;非标称对流层延迟概率保守设置为5.3×10^-3,以保证GBAS完好性。上述仿真结果为对流层异常完好性监测器设计和GBAS完好性监测体系完善提供了重要参考。     

卫星导航增强技术

精度、连续性、可用性、完好性,是评价全球卫星导航系统(GNSS)及用户接收机设备性能的四项基本指标。其中,精度是指GNSS的定位和授时精确度,完好性是指GNSS定位和授时输出结果的可信度。没有完好性保证的GNSS定位和授时技术无法成为众多应用领域的主导航手段,尤其是那些与经济、财产、生命相关的应用领域(如航空导航、航海导航、武器制导、交通执法、不停车收费、气象探空、电力授时等),对GNSS的精度和完好性提出了较高要求,这些要求超出了GNSS基本系统的服务能力,因此需要在GNSS基本系统的基础上,建设专门的增强系统,以提高用户设备的精度和完好性,从而满足特定用户的使用需求。欧美等国针对GPS在航空、航海领域的应用,建设了多套GPS增强系统,中国针对BDS基本系统,建设了北斗地基增强系统。在分析GNSS精度和完好性指标的基础上,介绍GNSS增强系统和技术。     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

基于ISM参数偏差阶梯式变化的ARAIM可用性

针对双频多星座全球卫星导航系统提供垂直引导服务的先进接收机端完好性监测技术(ARAIM)是当前完好性研究的重要热点之一,完好性支持信息(ISM)是实现ARAIM可用性的核心内容。为了探讨ARAIM可用性对ISM参数偏差的敏感度,在梳理ISM各参数和ARAIM性能关系的基础上,研究了基于阶梯式变化的ISM参数偏差对ARAIM可用性的影响情况。研究结果表明,ARAIM算法的四种可用性判据对ISM参数偏差表现出不同的耐受性,ISM各参数偏差对ARAIM可用性影响差异较大,且ISM参数中的用户测距精度(URA)对ARAIM可用性的影响最为明显,可造成大于10%的严重影响。     

INMARSAT integrity channels for global navigation satellite systems

The transmission of integrity information using a signal format compatible with the Global Positioning System (GPS) and relayed through a geostationary satellite repeater, which will be critical in achieving high integrity and availability of global navigation by satellite is discussed. The inclusion of navigation repeaters designed to fulfil this function, the next generation of INMARSAT spacecraft, INMARSAT-3 is examined. The global navigation satellite system (GNSS) integrity channel (GIC) will employ pseudorandom codes in the same family as, but distinct from, the codes reserved by GPS. The data format of the basic integrity channel is designed to convey user range error information for 24 to 40 satellites. A closed-loop timing compensation technique will be used at the uplinking Earth station, to make the signal's clock and carrier Doppler variations identical to those that would result from an onboard signal source. Therefore, the INMARSAT-3 satellites will increase the number of useful navigation satellites available to any user, and can also function as sources of precise timing. There is also a possibility that wide area differential corrections can be carried on the same signal     

双频双星座地基增强系统精度和完好性算法

针对单频单星座地基增强系统（GBAS）无法满足飞机III类精密进近与着陆导航性能需求的问题，提出了将北斗导航卫星系统（BDS）与全球定位系统（GPS）进行融合，构建一种新型的基于GPS/BDS的双频双星座GBAS。首先，分析了GBAS的工作原理，并对Hatch滤波器的误差进行了分析，给出了一种适用于双频GBAS的无码载偏离载波相位平滑伪距算法；然后，对机载完好性算法进行了研究，给出了H0和H1假设下的机载保护级计算方法；最后，进行了系统验证实验，实验结果表明，单星座GBAS不能满足飞机III类精密进近与着陆导航的性能需求，GPS和BDS融合后可见卫星个数得到提升，优化了卫星几何分布，进而使得系统的可用性由80.6081%提升到大于99.9999%。     

合理运用SI技术快速收敛高速数字电路设计

随着数字电路集成度和工作频率的不断提高,信号完整性(Signal Integrity, SI)问题在产品研制过程中越来越突出。以惯导系统中的某导航计算机为例,针对故障信号回路,使用仿真软件对其SDRAM时钟信号进行信号完整性仿真,并进行优化设计。通过对比优化前和优化后的仿真与测量结果,验证了由于端接参数不匹配造成SDRAM时钟信号的非单调性畸变问题。仿真与测量结果表明,在产品研制流程中加入信号完整性仿真环节有利于设计快速收敛,提前规避风险,缩短研发周期,降低设计成本,提高电路产品的可靠性和电磁兼容性。     

Sigma-mean monitoring for the local area augmentation of GPS

The local area augmentation system (LAAS) is a ground-based differential GPS system being developed to support aircraft precision approach and landing navigation with guaranteed integrity. To quantitatively appraise navigation integrity, an aircraft computes vertical and lateral protection levels using the standard deviation of pseudo-range correction errors, /spl sigma//sub pr/spl I.bar/gnd/, broadcast by the LAAS ground facility (LGF). Thus, one significant integrity risk is that the true standard deviation (sigma) of the pseudo-range correction error distribution may grow to exceed the broadcast correction error sigma or that the true mean of the correction error distribution becomes excessive during LAAS operation. This event may occur due to unexpected anomalies of GPS measurements. To insure that the true error distribution is bounded by a zero-mean Gaussian distribution with the broadcast sigma value, real-time sigma and mean monitoring is necessary. Both direct estimation and cumulative sum (CUSUM) methods are useful to detect violations with acceptable residual integrity risk. For sigma monitoring, the estimation method more rapidly detects small violations of /spl sigma//sub pr/spl I.bar/gnd/ but the fast initial response (FIR) CUSUM variant more promptly detects significant violations that would pose a larger threat to user integrity. For the purposes of mean monitoring, the FIR CUSUM variant is superior to the estimation method in detecting any mean violations. The results demonstrate that real-time protection is achievable against all sizes of sigma/mean failures that can threaten navigation integrity.     

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。