陆基区域导航系统完好性和连续性分析

基于性能的导航(PBN)运行对航空器机载导航系统的性能提出了一系列的要求,例如精度、完好性、连续性和可用性等要求.从PBN技术的包容完好性和连续性要求出发,提出了基于陆基导航的区域导航系统的符合性分析方法与步骤,并结合故障图表,分别对单系统和双系统配置下系统的完好性和连续性进行了详细的计算,设计了能够满足所需导航性能RNP 1.0要求的区域导航系统配置结构.     

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。     

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。     

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。     

惯性卫星紧组合导航系统自主完好性算法研究

为保证组合导航系统运行的可靠性和输出导航参数的准确性,结合组合导航系统的自主完好性检测的基本算法,基于气压高度辅助下的卫星导航接收机最小二乘检测法和组合导航卡尔曼卡方检验法,提出了一种能够识别突变故障和缓变故障的组合导航系统自主完好性检测的算法,充分利用导航系统中高精度惯导系统的导航信息,实现了组合导航系统的自主完好性检测算法,提高了组合导航系统在复杂环境下的导航信息可靠性。     

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。     

基于预滤波器和两级AIME的GNSS/INS超紧组合慢变故障检测

针对包含预滤波器的GNSS/INS非相干超紧组合架构,提出了一种基于预滤波器的两级AIME慢变故障检测方法。该方法首先基于预滤波器构建第1级AIME检测,并设计了关于第1级AIME检测统计量的检测量Kalman滤波器。在发生慢变故障时,第1级AIME故障检测统计量存在递增趋势。对于检测量Kalman滤波器而言,这种递增趋势也可视作一种慢变故障。以检测量Kalman滤波器为基础,构建了第2级AIME检测算法,以达到减小故障检测时间的目的。在单星和两星伪距慢变故障场景下,进行了仿真与对比分析。仿真结果表明,所提方法能够正确识别故障卫星并且可以显著减小慢变故障的检测时间。对于小变化率的慢变故障,所提方法在检测时间上的优势更加明显。     

基于选星预处理的改进随机抽样一致性RAIM方法

多星座导航能够增加可视卫星数量,改善卫星几何构型,已成为卫星导航定位领域发展的重要方向之一。多星座导航接收机自主完好性监测（RAIM）技术对提高导航系统的完好性具有重要作用。面向多星座导航的完好性监测需求,分析了传统随机抽样一致性（RANSAC）故障检测方法的不足,提出了一种基于最小样本集选星预处理的改进RANSAC RAIM算法。该算法基于最大四面体积法和GDOP值贡献度的选星方法选取具有较好构型的卫星构成卫星子集,取代了传统RANSAC RAIM方法通过遍历构成卫星子集,可有效避免卫星子集中存在较差卫星几何构型的情况,减少子集数量,提升故障检测的准确率。静态和动态仿真实验表明,改进的RANSAC RAIM算法在检测效率和检测准确率等方面明显优于传统方法。     

时-集综合的接收机自主完好性监测方法研究

提出了将时域处理和集合统计综合实现接收机自主完好性监测的方法。对卡尔曼滤波的新息检测方法进行了数学建模,分析了其优点和缺陷,并将其与基于瞬时(Snapshot)集合冗余一致性检测的RAIM的方法进行综合,称之为时-集综合的接收机自主完好性监测(TimeandSetCombinedReceiverIntegrityAutonomousMonitoring,TSC-RAIM)。计算机仿真结果表明,该方法不仅可以减少对可见星数目的要求,弥补SnapshotRAIM对多故障不敏感的缺陷,同时提高了故障检测的概率。     

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。     

PBN技术在机场飞行程序中的应用与区别

<正>一、PBN的概念基于性能的导航(performance based navigation,PBN)是国际民航组织在结合各国区域导航(RNAV)和所需性能导航(RNP)的运行实践和技术标准的基础上,提出的一种新型的运行概念。它将航空器机载设备能力和卫星导航及其他技术相结合,涵盖了航路、终端区进离场、进近、离场等飞行的各个阶段,提供更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式。PBN是指在相应的导航基础设施条件下,航空器在指定的空域、航路航线、仪表飞行程序飞行时,对其系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求。精确性:是指在空域、航路或程序范     

FAA实施PBN中面临的问题分析

基于性能的导航(PBN)是国际民航组织(ICAO)在整合各国区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)运行实践和技术标准的基础上提出的一种新型运行概念。它体现了从基于设备的导航到基于性能的导航的转变。本文分析了美国FAA实施PBN的情况,对我国民航逐步实施PBN运行提出了建议。     

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。     

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...     

GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究

用户完好性监测指标通常被用于衡量导航信息的可信度,针对单个卫星导航系统用户完好性监测指标过高、可用性较差的问题,提出一种全球导航卫星系统(GNSS)多系统双频信号联合完好性监测机制,该监测机制使用一定完好性风险分配值下的保护门限作为联合观测下的监测指标;另外,为了确保各种监测假设下的用户完好性,分别讨论了无故障及一颗卫星故障假设下的伪距观测误差获取、保护门限计算以及完好性风险指标分配等问题。仿真结果表明该用户监测机制可有效降低保护门限、提高可用性,在用于I类精密进近时全球大部分区域用户的可用性水平大于95%。     

北斗、GPS、GLONASS和Galileo卫星导航星座PBN性能对比

随着卫星导航等先进技术的不断发展,同时随着航空器机载设备导航性能的提高,国际民航组织(ICAO)在整合各国区域导航(RNAV)和所需导航性能(RNP)运行实践和技术标准的基础上,提出"基于性能的导航(PBN)"概念。同时ICAO发布了《PBN手册》(ICAO DOC9613),作为各个成员国实施PBN运行的指导性材料,目前该手册已升级至第四版。PBN运行将航空器的机载导航设备、飞行管理设备和人机界面设备的能力     

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.     

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。