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。     

基于概率极限状态的RAIM风险评估

为了提供准确可靠的完好性服务,提出了基于概率极限状态的RAIM完好性风险评估。考虑所需导航性能参数和噪声的因素,建立了安全系数与可靠系数相结合的完好性风险评估指标体系,确立风险评价准则。非精密进近的算例分析表明,系统评估方法是可行的且有效的。     

卫星导航陆基增强系统设备许可体系研究

陆基增强系统(GBAS)是支持飞机精密进近的下一代无线电导航设备。目前,在世界上安装GBAS和提供GBAS服务的机场越来越多。中国已经研制了首套卫星导航GBAS着陆系统,然而并没有通过相关设备的认证许可,未投入实际的运行使用。因此,本文在分析FAA和Eurocontrol对GBAS设备许可的基础上,提出了一套完整的卫星导航路基增强系统设备许可体系的方案,为进行设备的认证许可提供引导,使得整个地面子系统满足安装选址要求、地面和飞行测试对功能和性能的验证要求,保证地面设备子系统经过安装调试后能够达到理想的工作状态。设备许可体系在未来卫星导航技术的发展中发挥着广泛的指导作用,有利于设备的运行、发展和管理。     

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.     

钟滑动辅助GNSS定位算法研究

针对GNSS卫星星座几何形状不好或者观测卫星数量不足,无法为导航解算和自主完好性监测提供足够观测量的问题,提出采用GNSS接收机时钟观测值进行辅助定位,提高定位精度,实现自主完好性监测。通过对接收机时钟建模,引入本地钟的钟差方程、辅助接收机观测方程,从而建立了一套完整的钟滑动辅助定位算法。通过对采集的真实数据作计算机仿真,证明了该算法的可行性和有效性。结果表明,在卫星星座几何形状较差或者某颗卫星出现故障时,利用钟差辅助算法能够有效地排除故障星,得到较好的定位结果。     

卫星自主完好性相关峰监视

卫星自主完好性监测（SAIM）技术是地面完好性监测手段的重要技术补充,可以有效缩短告警时间,有助于从根本上提高完好性性能。从SAIM技术出发提出多通道相关峰监测算法,实现多点异步采样,恢复相关峰。通过MATLAB软件仿真验证算法并给出典型异常模型及监测结果,并用普通接收机验证工程可实现性。通过软件仿真和实测结果对比论证了方法的可行性,采用成熟的商业星载接收机进行软件修改有效地降低了卫星完好性接收装置的研发难度。     

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。     

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。     

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.     

联合地基GNSS及空基GNSS掩星探测水汽三维分布

研究了联合地基GNSS和空基GNSS掩星观测的大气水汽探测方法。首先,利用COSMIC(气象、电离层、气候星座观测系统)和GRACE(重力恢复与气候实验)无线电掩星产品对对流层层析成像的几个关键技术进行了优化,标定了对流层干延迟模型,建立了新的大气加权平均温度模型,提出了一种新方法用于确定水汽层层顶(即对流层层析模型的顶部边界)。选择香港地区12个连续GNSS气象监测站2017年6月份的数据反演计算了水汽的三维分布,以探空测站的水汽密度为真值,统计层析反演结果与真值之间的偏差为:偏差平均值优于1.36g/m~3,RMS值优于1.70g/m~3。     

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...     

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。     

靶场GNSS增强、监测与评估系统建设构想

针对靶场GNSS（全球导航卫星系统）增强、监测与评估的测量精度和可靠性保障、异常分析和电磁环境监测等复杂技术需求,明确了靶场GNSS增强、监测与评估的概念,分析了各类方法的特点,确定了以大范围基准站网为主干,采用广域差分增强和地面完好性通道监测满足提高测量精度和可靠性主要需求,采用车载信号监测和干扰监测一体化系统满足不同区域间发的异常分析和电磁环境监测需求的技术路线.设计了系统体系架构,重点分析了系统实时工作模式和数据处理流程,为系统建设提供了有益的参考.     

超小型无人机GPS／MIMU组合导航定位系统研究

在考虑超小型无人机特点及其对导航定位需求的基础上,研究了利用微型惯性测量单元(MIMU)和GPS-OEM板,设计出一种低成本、轻小型的GPS/MIMU组合导航定位系统。为了验证该系统的性能,利用MIMU和GPS观测数据对该组合系统进行了仿真。仿真结果表明,组合导航系统在精度和可靠性方面,较单一的导航系统都有明显的改善。     

基于扩展的FMC实物试验用于飞行仿真和飞行试验

利用CITATION-Ⅱ飞机和先进的FMS完成了FMS合格审定试飞方法的飞行验证。结合半实物仿真试验研究了FMS导航／制导的符合性条款;提供了相应的FMS飞行环境模型、FMS制导数学仿真模型和软件;提供可用于民用飞机合格审定试飞的FMS试飞方案;通过FMS性能管理与垂直制导仿真试验研究,表明飞行管理计算机系统（FMCS）所计算出的性能数据都是针对三个飞行阶段,即爬升、巡航和下降。目的是在飞行计划所施加的限制条件内使垂直飞行剖面最佳化。基于FMS半实物仿真试验系统能够准确地复现和实施制导和导航计算,保证了FMS仿真试验的可靠性和置信度。     

基于DOA-BP神经网络的电离层TEC短期预测

影响全球导航卫星系统（GNSS）所需导航性能（RNP）的最大误差源之一是电离层延迟,该延迟与电离层总电子含量（TEC）成正比,因此TEC的准确预测直接影响到GNSS的RNP。探索性地使用2021年提出的澳洲野犬优化算法（DOA）优化反向传播（BP）神经网络,构建DOA-BP神经网络TEC短期预测模型,以欧洲定轨中心（CODE）提供的电离层TEC值作为数据集,训练、测试DOA-BP TEC短期预测模型,实现全球范围和中国区域不同电离层格网点处TEC值的高精度短期预测,并将预测结果分别与传统BP神经网络模型、麻雀搜索算法（SSA）优化的BP神经网络模型（SSA-BP）预测的TEC值进行对比分析,结果表明,相较传统BP模型,DOA-BP模型的TEC预测精度明显提高,且相比其他优化模型（如SSA-BP模型）,预测的TEC精度也占一定优势,能准确反映全球不同时空下电离层TEC的变化特征,可作为电离层TEC短期预测的一种新方法。     

基于改进注意力机制CNN-ATT的区域性ZTD预测模型

基于天顶对流层延迟（ZTD）的强时空特征,提出了一种融合卷积神经网络的改进注意力机制（CNN-ATT）的多站点ZTD组合预测模型。该模型首次将多源数据（包括日解算精度、年积日(DOY) 和三维坐标）综合运用于ZTD预测任务。通过对南宁市的5个参考站（CORS）和14个国际GNSS服务（IGS）站点共1 501个年积日的观测数据进行研究,选取传统BP模型、GPT2w模型和ATT模型作为基线模型进行实验对比分析。研究结果显示,在预测精度方面,改进的CNN-ATT模型与BP模型相比其均方误差（MSE）和平均绝对误差（MAE）分别减少了5.5 mm和 4.4 mm,预测精度分别提高了41.4%和67.8%;与ATT模型相比,CNN-ATT模型的预测MSE和MAE也分别减少了4.6 mm和2.1 mm,预测精度分别提升了36.2%和50.0%。在定位精度方面,改进的CNN-ATT模型的精度表现优于SAAS,GPT2w,BP以及ATT模型。并且与传统SAAS对流层模型相比,CNN-ATT模型在N,E,U 3个方向的精度提升高达18.2%,12.6%和31.0%。此外,研究还发现CNN-ATT模型在长预测时间步长中的精度表现更为稳定,更适合多测站预测任务,并且其精密单点定位（PPP）收敛速度更快。     

机载探测设备目标识别算法的研究

针对机载探测设备多传感器系统具有多目标,大量观测数据的特点,提出了一种基于Demp-ster-Shafer（D-S）证据理论和主观Bayesian方法组合的数据融合算法。在数据融合过程中,为保证融合的实时性,融合系统采用时域融合和空域融合相结合的方法,首先对相同传感器的各次抽样值进行时域融合,然后传感器之间的融合采用D-S方法进行融合;最后,其融合结果经概率转化后,与来自于ELINT（Electronic Intelligence）的信息通过主观Bayesian方法进行识别级融合。最后给出一个实例,经过仿真计算证明了该算法的可行性和实用性。     

遥测系统中喷泉码的低延时改进算法

针对喷泉码应用于遥测系统时存在较大系统延时的问题,在对其延时特性进行分析的基础上,提出了一种改进的编译码算法.当编码器接收到部分数据符号时,按照预先制定的度选取策略和符号选取策略,选择当前编码符号的度和生成该编码符号的数据符号进行编码.该算法以减小编码延时为目标,通过分析编码符号发送速率的稳定性和可容忍的最长信号闪断时间可确定合理的编码延时.仿真得到了不同丢符号率下的编码延时、系统延时和所需的编码冗余,结果表明,与传统方案相比,改进方案的编码延时减小了一半以上.通过理论分析和仿真验证,得出了改进算法可明显减小基于喷泉码的遥测系统延时的结论.     

基于概率网格Hough变换的多雷达航迹起始算法

 针对常规Hough变换(THT)航迹起始算法采用二元积累的弊端,提出了一种按测量点迹分布概率进行积累的多雷达航迹起始算法。首先把观测空间划分为统一大小的网格,然后根据雷达测量精度计算出观测数据落在每个网格内的概率,进而得到每个网格存在目标的概率,最后的Hough积累采用网格概率进行加权。与常规Hough变换法相比,新算法起始的航迹具有更高的精度和更好的鲁棒性,适合于不同精度雷达的联合航迹起始。仿真结果验证了算法的有效性。