全国民航VDB试验系统工程落户太原

《民航GNSS（全球卫星导航定位系统）导航卫星完好性监测系统工程》是中国民航GPS卫星增强系统，以便于GPS导航系统能够满足其作为辅助或者主用航空导航系统时的完好性要求。工程主要分为三部分：建立并完善GPS卫星航路导航地基区域完好性监视系统；建立航路GPS完好性的试验工程，实现GNSS的航路应用；建立机场LAAS着陆试验工程，探索GNSS在我国机场着陆的应用。第一部分现已经建成投入使用。     

星载原子钟自主完好性监测方法研究

针对地基辅助系统监测星载原子钟的完好性时呈现出的对地面依赖程度高、故障告警及时性差的缺点,分析了星载原子钟常见异常现象及其对系统性能的影响,提出了一种基于差拍数字化测频和最小二乘法钟差预测比较的星载原子钟自主完好性监测解决方案.实验验证了该方案的可行性,针对星载原子钟故障能够在1秒内做出准确判断并发出告警信息.     

一种惯性辅助卫星导航系统及其完好性检测方法

针对传统的卫星导航/捷联惯导(GNSS/SINS)紧耦合组合系统中SINS测量影响所有的观测量,以及SINS故障不能被隔离的缺点,给出了一种新的惯性辅助卫星导航紧耦合组合结构及其完好性检测方法.设计了紧耦合系统结构和卡尔曼滤波器,将SINS测量转换为虚拟伪距,作为GNSS伪距测量的扩展,并设计了基于滤波新息的残差检验法(RCTM)和自主完好性检测外推法(AIME)来进行完好性检测.该紧耦合方法可以通过虚拟卫星的选择降低几何精度因子,在提高导航精度的同时便于完好性检测.仿真结果表明惯性辅助卫星导航新方法可以有效地提高导航精度,RCTM法对于阶跃故障和快变的斜坡故障检测是非常有效的,而AIME法对于慢变的斜坡故障检测具有更好的性能.     

接收机时钟辅助RAIM算法研究

电子科技大学电子科学技术研究院,成都 610054) 摘 要:首先根据时间序列分析理论证明了接收机钟差残差的一阶差分序列是平稳过程,提出了基于“滑动窗”结合U-C算法的参数实时更新的接收机钟差预测模型,同时把基于该模型的钟差预测值引入到卫星导航中进行辅助自主完好性监测。仿真结果表明,本方法不仅改善了钟差预测的精度,而且提高了故障检测和识别的效率,检测的最小故障偏差下降到16m。这一算法在某型号接收机上取得了很好的效果。
     

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。     

导航星座自主导航的时间同步技术

导航星座自主导航能够有效地减少地面测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低系统维持费用,实时监测导航信息的完好性,增强系统的生存能力。卫星时间同步是实现导航星座自主导航的关键技术之一,而星载原子时钟的频率稳定性能直接影响着卫星时间同步精度。本文基于星载原子时钟频率稳定性的Allan方差表达,建立系统状态方程,并以星间双向测量伪距差作为基本观测量,组成系统测量方程。从而,可以设计适用于导航星座卫星时间同步的Kalman滤波算法。系统仿真结果表明:通过滤波处理星间双向测距数据,不断地更新卫星时钟参数,能够实现星座卫星自主高精度时间同步。     

多星座组合导航系统自主完好性监测方法研究

提出一种“VGC BIT”的方法分析多故障情况下多星座组合导航系统的自主完好性监测性能。该方法基于现有GPS观测数据构建“准现实”的GPS/Galileo组合导航环境,可有效实现对多故障情况下GPS/Galileo组合系统完好性监测性能的分析。应用该方法计算GPS/Galileo组合导航系统中同时存在1~4个故障时的故障检测(FD)和排除(FDE)可用率。计算结果表明,在北京和上海两地,即使出现分布情况最坏的4个故障星,航路阶段FD和FDE的可用性仍大于99%。     

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。     

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。     

卫星导航系统的导航性能及信号完好性监测方法

文章对应用日益广泛的卫星导航系统的导航性能做了介绍,主要针对目前提出的有关空间信号完好性监测方法做了一一比较。最后从未来GNSS卫星的发展趋势以及用户对之需求的不断升级的形式得出,SAIM将会被用在未来的导航卫星设计中,以便使信号在产生时就能够被监测,缩短报警时间,更好地改善信号完好性。     

GPS伪随机码畸变的建模与分析

建立了全球卫星定位系统(GPS)卫星C/A码畸变数学模型,推导了畸变后的C/A码的相关函数,在Matlab软件中进行仿真。结果表明:该模型能合理解释SVN19卫星的测距码畸变故障,并可作为未来伪随机信号畸变的一个合理模型,为导航信号的完好性监测提供理论支持。     

导航卫星有效载荷技术现状及发展趋势

介绍了国内外导航卫星系统有效载荷技术发展状况，重点介绍美国全球导航定位(GPS)卫星系统和欧洲Galileo导航卫星的星上有效载荷技术，分析讨论了未来导航卫星有效载荷自主生存、星间链路、抗干扰等新技术以及有效载荷技术的发展趋势。     

北斗导航在精准位置服务中的应用

正精准位置服务在应急救援、车辆导航、反恐维稳、特殊人群关爱等领域越来越重要,新型位置服务技术已成为国家产业战略发展的重大需求,也是国际科技和经济竞争焦点。国外卫星导航系统都在发展星基增强系统(SBAS)和地基增强系统(GBAS)来提高位置定位精度,增强卫星导航服务性能。提供更高精度的位置服务、提升系统服务性能将是北斗卫星导航系统制胜的关键。     

基于卡尔曼滤波器残差的矢量跟踪完好性研究

针对接收机跟踪卫星导航信号时可能发生的各类故障,利用卡尔曼滤波器的残差观测量进行滤波,通常可以在不借助冗余观测量的情况下快速检测和隔离故障。建立软件接收机平台,利用卡尔曼滤波器进行导航信号的矢量跟踪,在跟踪环中模拟故障的发生并依靠残差序列滤波的方法检测并排除错误观测量。实验表明,在算法模拟的短时较大幅度干扰下,完好性监测方法可以快速检测并排除错误观测量对环路跟踪的影响,且无需冗余观测量。     

基于精密时频预测的定位域和测速域RAIM可用性增强算法

能提供精确定位解的观测值集合提供的测速解并不一定是可信的,首先将传统的定位域RAIM算法应用到测速域的完好性监测中,提出将频差预测值用于辅助增强测速域RAIM可用性,使RAIM技术能更好的满足各类用户对导航服务完好性监测的需求.通过对多种预测模型的比较,提出将三阶多项式模型和递推阻尼最小二乘法应用到接收机钟差和频差的在线精密预测算法中,使钟差预测精度提高6倍.克服了传统的钟差辅助增强RAIM可用性算法中对晶振漂移率要求较高的限制,使钟差和频差辅助增强RAIM可用性的方法能更广泛地应用到各类接收机中.     

X射线脉冲星导航中钟差的可观测性问题

标准X射线脉冲星导航(XNAV)能够求解航天器的位置信息,但航天器钟差会导致XNAV的结果产生误差.鉴于脉冲星周期的稳定性,在利用XNAV进行轨道估计中,将钟差作为状态变量进行估计的授时方案已被相关学者提出.一种针对卫星轨道修正专门设计的可观测性分析工具在文中给出,利用其能够有效地判断各个状态的可观测性情况.利用该方法分析将钟差作为状态变量的导航方案,其结果表明仅需2颗脉冲星就可以对全部轨道六根数,以及卫星钟差进行观测;仿真结果验证了可观测性分析结论,双脉冲星导航时系统可以达到60m的定位精度和60ns的授时精度.对比仿真同时揭示了该方案能够有效地抑制钟差对导航精度的影响,将由于钟差引起的定位误差减小20倍以上.理论分析与仿真表明,将钟差作为状态变量的导航方案是一种能够有效地估计钟差,并抑制钟差影响、提升系统估计精度的导航方案.     

Galileo系统完好性参数SISMA的影响因素分析

根据Galileo系统的完好性概念,空间信号误差(SISE)是由卫星星历和卫星钟差引起的距离域上的最大误差.SISMA是空间信号监测精度,SISE真实值和SISE估计值之差服从一个分布,这个分布将由高斯分布的最小标准偏差限定,即为SISMA[2].从SISMA的计算公式看,决定其结果的因素有3个:1)最差用户位置单位矢量(a)jWUL;2)监测站观测卫星的几何条件;3)协方差阵对角元素的取值.因此本文将通过改变这3个条件完成3个试验,将试验结果进行比对分析,判断这3个因素对SISMA结果的影响.     

北斗地基增强系统国产民机试飞性能评估

由于GPS在国际上的技术和标准优势,目前在民用航空领域使用的星基导航大多为GPS。随着我国民航领域的蓬勃发展和北斗卫星导航系统宣告全球组网成功,亟需开展北斗地基增强系统在民航领域的应用性能评估,以验证其是否可满足民航飞机对卫星导航系统的要求。针对民航飞机的I类精密进近过程,梳理了该航段中国际民航组织对卫星导航系统的性能需求,推导了北斗地基增强系统垂直保护级计算数学模型,制定了搭载试飞试验的加改装方案和飞行科目,在国产某型号民机上开展了北斗地基增强系统搭载试飞试验,并对定位精度和垂直保护级进行了分析评估。结果表明：在搭载试飞试验中,北斗地基增强系统可满足I类精密进近对卫星导航系统垂直精度的需求,同时系统不存在告警和误警。     

XPNAV-1卫星实测数据处理与分析

为展示我国首颗脉冲星导航试验卫星XPNAV-1载荷实测数据的性能，采用与国外公布实测数据对比分析的方法，从观测数据计数统计、光子能量响应、计时性能三方面介绍了XPNAV-1卫星发布数据的性能。分析结果表明，我国自主研发的探测器观测结果与国外天文卫星载荷观测结果的一致性较好，未来进一步深入发展将有望应用于脉冲星导航。     

基于抗差估计改进的GNSS/INS组合导航完好性监测方法

在卫星/惯性(GNSS/INS)组合导航系统中,针对基于残差检测的完好性监测算法对于缓变误差检测效果不佳,以及自主完好性监测外推(AIME)法存在检测时延的缺陷,提出了一种基于抗差估计改进的完好性监测方法.该方法在AIME法的基础上,通过定义标准化残差,引入三段权函数抗差估计对AIME法进行改进,并设计了一种调节准则,实现在不同情况下采用不同的检测方式.最后通过搭建仿真平台对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法可有效降低组合导航系统完好性监测的误警率和告警时间,提高卡尔曼滤波估计精度和组合导航系统对缓变误差的检测性能.