多系统卫星导航接收机自主完好性监测

针对多系统卫星导航接收机自主完好性监测的现实需要,在传统的奇偶矢量法的基础上提出一种新的基于加权奇偶矢量法的自主完好性监测算法。加权奇偶矢量法克服了不同系统间由于测距均方根误差不同造成的RAIM算法性能下降,算法综合考虑各系统间测距均方根误差不同的实际情况,对测距误差进行归一化处理,大大提高了多系统卫星导航接收机RAIM算法对测距均方根误差较小卫星的敏感度。经过Monte-Carlo仿真证明,算法能有效抑制系统虚警和漏检情况的发生。     

三频GNSS接收机的RAIM算法研究

新一代全球导航卫星系统（GNSS）将为民用用户提供多个可用频点。为了使接收机能够充分利用多频点的卫星信号,提高系统的完好性,提出了一种能够用于三频GNSS接收机的接收机自主完好性监测（RAIM）算法。该算法通过建立三频线性化测量方程,将各频点的伪距信息融合起来。对三频伪距测量误差进行预白化处理,从而可以沿用奇偶矢量法的基本原理进行故障检测和隔离。经过详细理论推导,得到了三频RAIM算法中奇偶矩阵与单频奇偶矩阵间的简单转换关系,极大程度地降低了故障检测和隔离的计算复杂度,更易于在GNSS接收机中实现。仿真结果表明,三频RAIM算法可以提高传统单频RAIM算法的故障检测率和隔离率,尤其在伪距偏差较小的时候,性能改善更为显著。     

一种可检测和改正微小慢变伪距偏差的新RAIM方法

在卫星导航系统各种应用场合中,漫反射多路径效应、通道一致性、大气 延迟改正模型不精确等多种因素将导致伪距观测量出现微小慢变偏差,使导航接收机的定位 精度下降。传统的接收机自主完好性监测（RAIM）方法基于单历元“快照”处理,检测性能 依赖于故障卫星伪距偏差,故在检测微小伪距偏差时存在局限性。提出了一种基于多历 元积累检测量的新RAIM方法,增大了积累后奇偶矢量的等效伪距偏差,提高了对微小慢变伪 距偏差的检测性能,同时还给出了估计与改正伪距偏差的方法。理论分析和仿真结果表明, 该方法积累10个历元即可显著改善对微小慢变伪距偏差的检测性能,经过伪距偏差改正后定 位精度提高。
     

星载GPS接收机RAIM算法性能及参数影响分析

为提高星载GPS接收机的故障鉴别与故障隔离能力,研究了星载接收机自主完好性监测(RAIM)算法的性能,以及参数选取对性能的影响;给出了RAIM算法的可用性及RAIM算法应用的可靠性衡量指标,并推导了内、外灵敏度的计算方法。设计了2种适合于高动态在轨应用环境的参数场景,并基于这2种场景,利用在轨数据分析了性能之间的相互制约关系及不同参数对性能的影响。仿真结果表明:若定位告警门限取300m,可以保证90%的RAIM算法可用性;对于20m的测量误差,能够保证80%的检测概率。将不同性能与先验参数的影响关系具体化,可为不同环境、背景下RAIM算法在工程应用中的参数选取及性能评估提供参考。     

基于接收机钟差的GPS完好性自主检测算法

传统的基于最小二乘法和奇偶矢量的接收机自主完好性检测（Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM）算法均是利用冗余观测量进行一致性检验实现的,其检测统计量均由伪距残差构造得到。本文采用接收机钟差作为RAIM算法的判据,基本思想是根据钟差历史解算值建立接收机钟差二次多项式模型,从而得到当前时刻的钟差预测值。同时解算当前时刻的钟差值,将这两者之差与钟差门限值进行比较来判断系统当前时刻是否存在故障。本文首先分析了伪距偏移量对接收机钟差的影响,然后给出确定钟差门限值的方法。结合用户解算位置和接收机钟差利用子集比较法实现了故障识别的功能。因本文给出的故障检测算法不是基于冗余观测量的,故该方法在四颗可见星下就可进行故障检测,与传统的RAIM算法相比降低了RAIM算法对可见星个数的要求,该点在实验部分进行了仿真验证。另外还对可用星多于四颗的基于接收机钟差的RAIM算法进行了故障检测和故障识别部分的仿真,验证了本文方法的可行性。
     

GNSS中基于双星故障的RAIM中的数学关系

从理论上推导全球导航卫星系统(GNSS)中基于双星故障的接收机自主完好性监测(RAIM)中的两个基本定理,为基于双星故障的RAIM技术提供了理论支撑。第一个定理给出了RAIM中奇偶矢量与导航误差的关系,指出了两者的统计独立性,它表明只能通过多次测量的累积以统计方法得到导航定位精度;第二个定理指出可通过偏差修正方式得到正确的导航解。这两个结论与单星故障假设条件下得到的结论是相同的,这就表明,基于单星故障假设的RAIM方法,其基本原理是可以通用于双星以至于多星故障情形的,只需在具体操作上进行适应性改进。另外,推导方法本身也提供了一种进行GNSS分析的有力工具。     

GPS/BDS下ARAIM的可用性验证和卫星的故障检测

基于实测数据,在GPS/BDS下对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)的可用性和卫星的故障检测进行了仿真分析。结果表明:GPS/BDS下亚太范围内仅有极小部分区域的垂直保护级(VPL)略大于垂直告警门限(VAL),绝大部分区域的VPL完全满足LPV-200的完好性性能要求,ARAIM的可用性覆盖率达到90%以上;随着卫星出现故障,用户的定位误差明显变大,利用ARAIM算法对卫星的故障进行检测与排除后,用户的定位误差回归正常。验证了ARAIM的可用性,说明了ARAIM算法故障检测的性能良好。     

一种基于加权最小二乘载频估计的单星定位算法

随着现代电子信息技术的发展,卫星无源侦查定位技术被广泛应用,由于成本低廉,实现简单,单星定位技术脱颖而出.在单星定位技术中,载频估计的精度决定定位性能的优劣.硬件法测量载频成本较高,设计复杂,已有的软件测频方法迭代运算量大,且载频估计精度低,因此文章改进传统最小二乘测频方法,提出一种基于加权最小二乘载频估计的单星定位算法,对测频模型加权处理,消除异方差性质,使得载频估计精度提高27.20％,定位误差有效减小.此外,针对卫星轨道环境,分析了信号载频、信号时长等因素对定位结果的影响,可以从这几个方面设计特定的卫星轨道和通信信号,为提高定位精度提供新的思路.     

基于非相干积累的微小伪距偏差RAIM方法研究

针对传统RAIM算法难以检测连续微小伪距偏差的问题,提出一种基于非相干积累的微小伪距偏差RAIM方法。该方法通过对多个历元时刻奇偶矢量的非相干积累,使得检测统计量的非中心参数增大,从而提高算法对于微小伪距偏差的故障检测概率。理论分析和仿真结果表明,该方法在历元累加数为10时,可以显著提高对微小伪距偏差的检测性能,其可检测最小伪距偏差值约为传统奇偶矢量法的1/3。同时,该方法无需判断伪距偏差符号,在伪距偏差快速变化条件下,也能有效检测出微小伪距偏差。     

预测滤波算法在微小卫星姿态确定中的应用

讨论了利用卫星姿态动力学与矢量观测信息融合确定卫星姿态的方法。引入基于模型误差最小准则的预测滤波算法,实现对未知扰动的实时辨识与估计,克服模型误差影响。针对预测滤波算法存在模型误差加权阵依赖经验选择的不足,提出了模型误差加权阵偏小设计准则,使预测滤波算法对模型误差的估计引入高频分量,根据卫星姿态机动速度远小于高频噪声的事实,采用ＦIＲ数字滤波器滤除由高频分量引入的噪声,放宽了模型误差加权阵的设计范围。仿真表明：应用该设计准则的预测滤波算法与优化模型误差加权阵的估计效果相当,且滤波精度对模型误差加权阵参数的选择不敏感;该法也克服了优化模型误差加权阵在滤波初始时刻的振荡。     

Fault detection,identification and reconstruction for gyroscope in satellite based on independent component analysis

Although satellites are designed with high reliability, faults do occur when satellites are in orbit. To avoid the important services being affected, redundancy is used in satellites. There are many sensors in satellites. In order to reduce the cost, space, weight and power consumption, redundant sensors should be added to satellite as few as possible. Analytical redundancy is an efficient way to optimize the application of redundant. The gyroscope is the attitude determination sensor of the satellite. The minimum redundant structure of the gyroscope system is as follows: three gyroscopes installed in three-axis orthogonally and one gyroscope installed with slantwise for redundancy(3o+1S).To achieve fault detection, identification and reconstruction, hypothesis of statistical independence between the three-axis angular rates and hypothesis of statistical independence between the angular rates and fault are proposed. The scenario that only one sensor is faulting and there are only additive fault and full fault is supposed. Under these assumptions, firstly a threshold method is used for fault detection. After a fault is detected, independent component analysis (ICA) based algorithm for fault identification is employed. To overcome the ambiguities of ICA, correlation coefficients and prior information of the mixed matrix are used. Finally, the reconstruction matrix is obtained. By using this matrix fault signal is extracted so that the yaw, roll and pitch axes (three-axis) angular rates of the satellite can be recovered. Numerical simulations show this method can fulfill fault detection, identification and reconstruction of the gyroscope system.     

斜装陀螺系统及其故障检测

分析了陀螺系统构型对卫星可靠性和姿态控制系统性能的影响，基于６个陀螺全部斜装的八面体构型，设计了等价空间故障检测算法。仿真结果表明，采用这种陀螺构型和故障检测算法，系统可检测较小幅度的软故障，从而获得优良的容错性能。     

基于神经网络与自适应控制的系统重构方法

针对可重构飞行控制系统提出一种基于神经网络的抗扰动方法,其核心是运用神经网络的函数逼近能力去抑制非线性形式且动态特征未知的扰动。同时提出一种基于输入误差的自适应模型跟踪控制算法,可以保证系统在发生故障或局部损坏时的安全性和稳定性。将神经网络与自适应控制结合,从而降低扰动对故障检测和系统重构的影响,进而有效的降低故障误报率,提高系统的安全性。通过一个具体航空系统的仿真结果证实了该方法的有效性。     

基于INS辅助的GPS接收机完善性监测算法研究

以惯性导航系统输出的数据作为辅助信息 ,对 GPS完善性监测算法进行了研究。该法以卡尔曼滤波新息序列为依据 ,对 GPS卫星的伪距测量值是否出现故障进行的检测 ,并给出了计算机仿真算例。仿真结果表明 :该方法能够及时准确地检测出 GPS故障星     

使用混合执行机构的快速机动卫星力矩分配算法

针对单框架控制力矩陀螺群（SGCMGs）存在奇异和单框架控制力矩陀螺（SGCMG）存在框架转速死区的问题,研究了SGCMG与飞轮联合作为执行机构的控制力矩分配算法,以SGCMG功耗、飞轮功耗和飞轮角动量的二次型加权矩阵求和为性能指标,提出了一种形式简洁的混合执行机构力矩分配算法,通过分析,证明该分配算法能够有效的避免SGCMGs的奇异;设计了一种SGCMG功耗加权矩阵的调节策略,解决了SGCMG陷入转速死区的问题,设计了一种飞轮角动量加权矩阵的调节策略,通过对加权矩阵的实时调节实现了对飞轮角动量的管理,解决了飞轮转速的饱和与过零问题。数学仿真结果验证了该力矩分配算法的有效性。     

基于星间链路的多星系统分散定轨算法

介绍了一种基于星间链路信息的多星系统自主导航方法。首先以星间相对位置矢量为观测量建立两星系统的观测方程,采用强跟踪滤波(STF)算法进行集中定轨,获得卫星的参考轨道信息。在此基础上,建立单星的观测方程,然后使用加权最小二乘估计器和卡尔曼滤波器进行单星轨道确定,从而实现了一种不需要长期轨道预报信息的分散定轨算法。数学仿真表明,该算法是可行的,且具有较好的定轨精度。