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。
     

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.     

基于超快精密星历的空间信号完好性监测算法

针对北斗卫星导航系统空间信号完好性监测问题,提出一种新的基于超快精密星历的空间信号完好性监测(UPSIM)算法。通过将超快精密星历与广播星历之差映射到用户方向求取空间信号监测阈值,建立了数学模型,并采用北斗卫星导航系统超快精密星历进行了算法验证。实验结果表明,采用UPSIM算法可以实现接收机端空间信号完好性的实时监测和预测,并有效识别卫星空间信号故障。     

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%。     

导航卫星钟完好性监测发展研究

随着全球卫星导航系统研究的深化,完好性已经成为其重要的性能指标。卫星钟作为导航卫星的核心部件,其完好性与用户的安全息息相关。针对导航卫星钟的完好性监测,通常有两种方法,分别是以星基增强系统(SBAS)和地基增强系统(GBAS)为代表的地基监测和卫星自主完好性监测(SAIM)。地基监测发展较早,但其固有缺陷是信号经多次星地传输造成的时延较长,这使卫星钟故障无法及时告警,只有通过与卫星自主完好性监测相结合才能满足目前越来越高的完好性需求。在分析研究目前卫星钟完好性监测的发展现状的基础上得出,卫星自主完好性监测是未来导航完好性发展的一个重要方向。在这之中,将星间链路观测与卫星主备钟差观测结合处理,可以实现卫星钟故障的快速监测并降低告警风险,是未来卫星自主完好性监测的发展趋势之一。     

一种新的鲁棒PM滤波及其在组合导航中的应用

针对传统M估计滤波在处理系统尖锐野值时会出现不稳定或发散的特点,提出了一种新的基于映射统计野值检测的M估计(PM)滤波算法。该算法借鉴电力系统中GM估计野值检测与抑制方法,通过增加系统结构空间信息来提高鲁棒性,该算法不仅对受污染的高斯噪声具有鲁棒性,还能够抑制尖锐状态野值、结构野值等对系统的不利影响。将这种新的滤波算法应用于CNS/SAR/SINS组合导航系统中,仿真结果表明,与常规Kalman、M估计滤波相比,鲁棒PM滤波具有更强的结构抗差能力。     

最差用户位置算法研究与仿真分析

在计算Galileo卫星导航系统空间信号误差(SISE)、空间信号精度(SI-SA)和空间信号监测精度(SISMA)时需要用到的一个关键参数——最差用户位置(WUL)。WUL表示空间信号的轨道误差在卫星覆盖域内所导致的伪距误差最大的位置,WUL的确定可以帮助系统向用户提供正确可靠的SISA、SISMA和完好性标志(IF)等完好性信息,对提高系统的可靠性和可用性具有非常重要的意义。WUL的算法主要有两种:临界圆法和网格搜索法。详细介绍两种算法的基本原理与计算流程,比较两种算法的结果,并基于全球和区域完好性监测的概念对二者进行分析评价。     

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。
     

基于数据深度加权的卫星轨道确定技术

将统计数据深度理论应用到抗差估计中,用数据深度作为衡量残差在整个样本集中地位的统计量.提出了基于数据深度加权的抗差估计算法.考虑到天基观测结构的复杂性,设计了天基测控的误差传播因子,并构造了模型结构权对定轨模型结构进行加权.在此基础上构造了基于数据深度加权和模型结构加权的M估计算法,证明了该算法的高崩溃点特性.设计了天基测控模式下的轨道确定仿真试验,试验结果表明该估计方法能有效抑制观测粗差和模型结构误差的影响,并且能显著提高定轨算法的鲁棒性.