一种惯性信息辅助RAIM检测方法技术

本发明专利技术属于卫星导航接收机信息处理领域，具体涉及一种惯性辅助的自主完好性检测(RAIM)方法，以解决卫星接收机定位稳定性和可靠性问题。本发明专利技术主要包括卫星捕获跟踪与同步；取帧同步后的卫星的参数；卫星位置速度计算；最小二乘解算；计算最小二乘伪距残差矢量及其均方根；计算接收机与卫星之间的伪距残差；对得到的每颗卫星的伪距残差进行由大到小排序，然后从前到后每4个点作为一个组合计算一个伪距残差的均方根；找出伪距残差的均方根最小的组合；将每颗卫星的伪距残差与平均值做比较，判断大于故障识别的门限值的卫星为有故障的卫星。该方法可以在单系统5颗卫星的情况下有效检测出通道跟踪或卫星故障，并识别出故障卫星。

An inertial information aided RAIM detection method

The invention belongs to the field of satellite navigation receiver information processing, in particular to an inertial assisted Autonomous Integrity Inspection (RAIM) method to solve the positioning stability and reliability problem of a satellite receiver. The invention mainly includes satellite tracking and synchronization; frame synchronization parameters after satellite; satellite position and velocity; least squares solution; least squares calculation of pseudorange and residual vector RMS; calculating pseudorange residuals between the satellite and the receiver; for each satellite pseudorange residuals from big to small order then, from the front to the back of each of the 4 points as a combination of computing a pseudo residual RMS; find out the residual pseudorange RMS minimum combination; will each satellite pseudorange error and the average value of comparison, judgment is greater than the threshold value of fault identification for faulty satellite satellite. The method can effectively detect channel tracking or satellite faults in the case of 5 satellites in a single system, and identify the fault satellites.

【技术实现步骤摘要】
一种惯性信息辅助RAIM检测方法
本专利技术属于卫星导航接收机信息处理领域，具体涉及一种惯性辅助的自主完好性检测(RAIM)方法。
技术介绍
随着卫星导航技术应用领域的多样化，标准定位服务(StandardPositioningService，SPS)已无法满足用户对高精度、高可靠性的需求，这就需要对系统的定位精度、连续性、可用性和完好性有更加严格的要求。完好性是其中具有非常重要意义的指标之一，它是指卫星定位误差超过允许极限的时候，在一定时间内向用户发出告警的能力。从数学本质上来说，完好性就是对系统所提供信息正确性的置信度测量。当前完好性监测的主要方法分为两种：一种是完好性通道(IntegrityChannel，GIC)；另一种就是接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，RAIM)。RAIM由于其可以不依赖外部增强系统而独立工作，逐渐成为了完好性监测的主要工作方法和研究热点之一。接收机自主完好性监测技术涉及两方面的含义，一是故障监测，即卫星是否存在故障；二是故障排除，即将存在故障的卫星剔除，而且其信号也不用于导航解算。前监测算法中效果较好的RAIM算法是利用当前伪距观测的快照方法，包括伪距比较法、最小二乘残差法和奇偶矢量法，这三种方法对于存在一个故障的情况有较好的效果，并且三者的本质是一样的。其中的奇偶矢量法计算是相对比较简单的，故被普遍采用，也被RTCA推荐为基本算法。目前单系统进行完好性监测的RAIM算法都要求可见星数在5颗以上才可以检测出故障星，6颗以上才可以剔除存在故障的卫星。但是由于信号遮掩，易受干扰等各种因素的影响，量测时常常不能提供足够的卫星余度信息，不能满足一般RAIM算法要求，并且单独的RAIM方法并不能很好地为卫星导航提供满足需求的完好性监测。因此，为了定位的满足高精度、高可靠性的要求，需要利用其它辅助系统来增加余度信息，满足冗余条件。目前国内外研究较多的增加冗余信息的卫星导航完好性监测方法是采用多星座组合，比如GPS、GLONASS以及BD2星座的相互组合，虽然在一定程度上增加了完好性监测的手段，但仍然是导航卫星的自主完好性监测，避免不了导航卫星自身的不足。在航空、航天以及武器装备等科技领域，INS通常是必备的导航系统，因此采用惯性辅助进行卫星导航的完好性监测将是具有潜力的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种惯性信息辅助RAIM检测方法，以为卫星导航提供满足需求的完好性监测。为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是：一种惯性信息辅助RAIM检测方法，包括如下步骤：(1)卫星捕获跟踪与同步；捕获以下卫星中的至少一种：GPS、BD2、GLONASS，跟踪卫星进行位同步和帧同步；(2)提取帧同步后的卫星的如下参数：码NCO、码片计数、1ms计数、位计数、字计数和帧计数，得到发射时刻和卫星伪距；(3)卫星位置速度计算；按照卫星导航接口控制文件提供的卫星位置计算方法，输入卫星发射时刻计算得到卫星位置和卫星速度；(4)最小二乘解算；通过对步骤(2)和步骤(3)中得到的卫星伪距、卫星位置和卫星速度进行最小二乘计算，得到载体位置和载体速度；(5)利用r＝z-H(HTH)-1HTz＝[In-H(HTH)-1HT]z计算最小二乘伪距残差矢量，其中z是n×1矢量，其元素是卫星伪距与载体位置之间的差值；数值n是参与定位的卫星数，n≥5；H是x与z之间的n×4方向余弦矩阵，In是n×n的单位矩阵；(6)计算最小二乘伪距残差矢量的均方根当最小二乘伪距残差矢量的均方根超过正常工作时的残差门限时，给出存在故障的告警标志，并进行后续步骤，否则判断不存在有故障的卫星，结束本方法；正常工作时的残差门限根据系统设定；(7)计算接收机与卫星之间的伪距，接收机与卫星之间的伪距＝惯性辅助得到的本地点坐标和步骤(3)中得到的卫星位置之间的距离，将接收机与卫星之间的伪距与步骤(2)中得到的卫星伪距做差，得到伪距残差；(8)对得到的每颗卫星的伪距残差进行由大到小排序，然后从前到后每4个点作为一个组合计算一个伪距残差的均方根；(9)找出步骤(8)中伪距残差的均方根最小的组合，求得该组合的伪距残差平均值，将该平均值作为故障识别的门限值；(10)将每颗卫星的伪距残差与步骤(9)中求得的平均值做比较，判断大于故障识别的门限值的卫星为有故障的卫星。进一步的，如上所述的一种惯性辅助RAIM检测方法，FPGA卫星信号处理软件完成步骤(1)和步骤(2)中的运算；DSP定位解算软件完成步骤(3)～(10)中的运算。进一步的，如上所述的一种惯性辅助RAIM检测方法，正常工作时的残差门限值为18。本专利技术的有益效果在于：基于自主完好性检测算法原理，采用本专利技术方法，能够实现在单系统有惯性信息辅助的情况下，大于等于5颗参与定位卫星时能够检测是否存在故障卫星，并将故障卫星剔除。相比于传统算法只有在单系统6颗卫星才能剔除故障星的情况，有效提高了卫星接收机定位的稳定性和可靠性。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术技术方案进行具体说明。本专利技术一种惯性信息辅助RAIM检测方法，包括如下步骤：(1)卫星捕获跟踪与同步；捕获以下卫星中的至少一种：GPS、BD2、GLONASS，跟踪卫星进行位同步和帧同步；(2)提取帧同步后的卫星的如下参数：码NCO、码片计数、1ms计数、位计数、字计数和帧计数，得到发射时刻和卫星伪距；(3)卫星位置速度计算；按照卫星导航接口控制文件提供的卫星位置计算方法，输入卫星发射时刻计算得到卫星位置和卫星速度；(4)最小二乘解算；通过对步骤(2)和步骤(3)中得到的卫星伪距、卫星位置和卫星速度进行最小二乘计算，得到载体位置和载体速度；(5)利用r＝z-H(HTH)-1HTz＝[In-H(HTH)-1HT]z计算最小二乘伪距残差矢量，其中z是n×1矢量，其元素是卫星伪距与载体位置之间的差值；数值n是参与定位的卫星数，n≥5；H是x与z之间的n×4方向余弦矩阵，In是n×n的单位矩阵；(6)计算最小二乘伪距残差矢量的均方根当最小二乘伪距残差矢量的均方根超过正常工作时的残差门限时，给出存在故障的告警标志，并进行后续步骤，否则判断不存在有故障的卫星，结束本方法；正常工作时的残差门限根据系统设定；本实施例中，正常工作时的残差门限值为18。(7)计算接收机与卫星之间的伪距，接收机与卫星之间的伪距＝惯性辅助得到的本地点坐标和步骤(3)中得到的卫星位置之间的距离，将接收机与卫星之间的伪距与步骤(2)中得到的卫星伪距做差，得到伪距残差；(8)对得到的每颗卫星的伪距残差进行由大到小排序，然后从前到后每4个点作为一个组合计算一个伪距残差的均方根；(9)找出步骤(8)中伪距残差的均方根最小的组合，求得该组合的伪距残差平均值，将该平均值作为故障识别的门限值；(10)将每颗卫星的伪距残差与步骤(9)中求得的平均值做比较，判断大于故障识别的门限值的卫星为有故障的卫星。本实施例中，FPGA卫星信号处理软件完成步骤(1)和步骤(2)中的运算；DSP定位解算软件完成步骤(3)～(10)中的运算。利用此套方法可以实现在单系统定位、有惯导信息辅助的情况下，实现5颗可用卫星时将其中的故障卫星稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性信息辅助RAIM检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)卫星捕获跟踪与同步；捕获以下卫星中的至少一种：GPS、BD2、GLONASS，跟踪卫星进行位同步和帧同步；(2)提取帧同步后的卫星的如下参数：码NCO、码片计数、1ms计数、位计数、字计数和帧计数，得到发射时刻和卫星伪距；(3)卫星位置速度计算；按照卫星导航接口控制文件提供的卫星位置计算方法，输入卫星发射时刻计算得到卫星位置和卫星速度；(4)最小二乘解算；通过对步骤(2)和步骤(3)中得到的卫星伪距、卫星位置和卫星速度进行最小二乘计算，得到载体位置和载体速度；(5)利用r＝z‑H(H

【技术特征摘要】
1.一种惯性信息辅助RAIM检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)卫星捕获跟踪与同步；捕获以下卫星中的至少一种：GPS、BD2、GLONASS，跟踪卫星进行位同步和帧同步；(2)提取帧同步后的卫星的如下参数：码NCO、码片计数、1ms计数、位计数、字计数和帧计数，得到发射时刻和卫星伪距；(3)卫星位置速度计算；按照卫星导航接口控制文件提供的卫星位置计算方法，输入卫星发射时刻计算得到卫星位置和卫星速度；(4)最小二乘解算；通过对步骤(2)和步骤(3)中得到的卫星伪距、卫星位置和卫星速度进行最小二乘计算，得到载体位置和载体速度；(5)利用r＝z-H(HTH)-1HTz＝[In-H(HTH)-1HT]z计算最小二乘伪距残差矢量，其中z是n×1矢量，其元素是卫星伪距与载体位置之间的差值；数值n是参与定位的卫星数，n≥5；H是x与z之间的n×4方向余弦矩阵，In是n×n的单位矩阵；(6)计算最小二乘伪距残差矢量的均方根当最小二乘伪距残差矢量的均方根超过正常工作时的残差门限时，给出存在故障的...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪诗聘，娄上月，李峰，左启耀，卿立，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11