高级接收机自主完好性监视的可用性预测

高级接收机自主完好性监测(ARAIM)是单频RAIM的扩展。基于对垂直保护限值(VPL)和有效监视门限(EMT)的分析,给出了垂直方向ARAIM的VPL实时和预测算法;对LPV-200进近,从单星座ARAIM的可用性出发,研究了双星座、多故障情况下ARAIM的可用性;对世界范围内ARAIM的可用性进行仿真,给出仿真统计,并对中国西部航路区域ARAIM的可用性进行仿真,结果表明,在双星座双频情况下,可用性设置为99.9%时ARAIM的算法覆盖率可达100%,完全满足LPV-200进近对完好性的要求。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

双卫星故障条件下的RAIM可用性研究

现有的关于接收机自主完好性监测（RAIM）算法大部分是基于单颗卫星故障的假设,但随着GPS技术的发展,多颗卫星发生故障的可能性已不能再被忽视,特别是两颗卫星同时发生故障的情况。本研究基于对水平定位误差保护级（HPL）的分析,从一颗卫星故障的可用性出发,推导出两颗卫星故障时的可用性。率先给出了在两颗卫星故障的情况下,天津区域内RAIM算法的可用性。仿真结果表明：两颗卫星故障的可用性低于单颗卫星故障的可用性。     

无人机GNSS/IMU组合导航系统完好性监测方法

针对民用无人机组合导航系统中,全球导航卫星系统（GNSS）和惯性测量单元（IMU）均存在故障风险的情况,提出一种兼顾GNSS和IMU故障风险的组合导航系统完好性监测方法。该方法根据故障检测结果建立完好性风险模型,设计完好性风险需求分配方案并建立各故障模式的保护级反演模型,利用滤波新息表达过去历元故障偏差对定位误差的影响,解决故障起始历元和故障偏差取值未知的前提下保护级反演难题。典型无人机低空飞行作业场景下的仿真结果表明：该方法设计的保护级反演模型计算所得保护级可跟踪定位误差的变化趋势,对定位误差形成包络,从而保障组合导航系统的完好性。     

卫星自主完好性监视算法研究

民用航空对导航系统的完好性具有严格的要求。随着卫星导航系统在飞机上的广泛应用,GPS接收机自主完好性监视越来越受重视。针对GPS接收机自主完好性监视算法进行了研究。在对RAIM 判定原则及流程、基于最小二乘的故障检测算法和完好性要求下的可用性判断研究的基础上,通过仿真对所研究的算法进行相关的分析,结果表明,作为目前一种仅依靠接收机自身获取定位观测量进行监控的方法,RAIM算法在一定程度上增强了定位结果的可信性,满足了自主完好性监视的要求。     

卫星自主完好性监视算法研究

民用航空对导航系统的完好性具有严格的要求。随着卫星导航系统在飞机上的广泛应用,GPS接收机自主完好性监视越来越受重视。针对GPS接收机自主完好性监视算法进行了研究。在对RAIM判定原则及流程、基于最小二乘的故障检测算法和完好性要求下的可用性判断研究的基础上,通过仿真对所研究的算法进行相关的分析,结果表明,作为目前一种仅依靠接收机自身获取定位观测量进行监控的方法, RAIM算法在一定程度上增强了定位结果的可信性,满足了自主完好性监视的要求。     

北斗三号系统卫星自主完好性监测技术

完好性对于全球卫星导航系统(GNSS)来说至关重要,关乎到其能否被放心应用。卫星自主完好性监测(SAIM)技术,是完好性监测技术发展的前沿趋势,国内外卫星导航系统均竞相发展。介绍了北斗三号系统SAIM技术设计与实现的重要意义,从功能设计和实现原理两个方面,阐述了北斗三号SAIM技术体制。针对SAIM实际在轨监测数据的正态分布特性服从程度和长期稳定性等问题,随机选取某一颗中圆轨道(MEO)卫星自2020年7月31日北斗三号系统正式开通服务以来至2021年7月31日连续1年期间的监测数据,得到真实在轨监测数据的分布特性。最后,提出了告警门限优化、分级告警策略设计、星历完好性自主监测等方面的后续发展必要性建议,旨在为北斗系统更好地为全球用户提供更优质的完好性服务提供参考。     

全球导航完好性通道（GNIC）方案讨论

国际民航组织(ICAO)将采纳 GPS GLONASS INMARSAT 联合组成的 GNSS 系统供全球导航使用。对系统的增强和完好性监控是至关重要的问题。本文介绍近年来提出的各种地面完好性监控通道(GIC)的方案,包括地面监测台网、地面数据传输的通信链路和卫星转发。重点阐述 INMARSAT 提出的静止卫星加发导航信号的重叠(IGO)概念和全球性完好性监测台网(IMN)。然后进行比较和讨论,并提出需进一步跟踪研究。     

一种快速检测GPS卫星完好性风险的方法

提出了一种观测量组合算法对完好性风险进行了监测;并针对多接收机单统计量的线性组合进行了讨论;最后利用实际数据对该统计方法进行验证。研究结果表明:在发生失效的情况下,观测量组合算法能够更快地监测故障的发生,提高了对故障的检测速度,同时可检测出小偏差故障,降低系统的漏检率。     

Impact of one satellite outage on ARAIM depleted constellation configurations

Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring(ARAIM) is a new technology that will provide worldwide coverage of vertical guidance in aviation navigation. The ARAIM performance and improvement under depleted constellations is a practical problem that needs to be faced and researched further. It is a shortcut that improves the availability in position domain whose key idea is to replace the conventional least squares process with a non-least-squares estimator to lower the integrity risk in exchange for a slight increase in nominal position error. The contributions given in this paper include two parts: First, the impacts of one satellite outage on different constellations are analyzed and compared. The conclusion is that GPS is more sensitive and vulnerable to one satellite outage. Second, a constellation weighted ARAIM(CW-ARAIM)position estimator is proposed. The position solution is replaced by a constellation weighted average solution to eliminate the constellation difference. The new solution will move close to the constellation solutions with respect to the accuracy requirement. The simulation results under baseline GPS and Galileo dual-constellation show that the one GPS satellite outage will knock the availability from 91% to only 50%. The performance remains stable with one Galileo satellite outage. With the assistance of the CW-ARAIM method, the availability can increase from 50% to more than80% under depleted GPS configurations. Even without any satellite outage, the proposed method can effectively improve the availability from 91.29% to 98.75%. The test results under optimistic constellations further verify that a balanced constellation is more important than more satellites on orbit and the superiority of CW-ARAIM method is still effective.     

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。