一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，该方法首先构造北斗/GPS双模接收机的观测方程，并利用典型奇偶矢量法求解奇偶矢量，然后通过累加滑动窗口内多时刻奇偶矢量的平方和，以此构造新的统计检测量，最后设置故障门限对新的统计检测量进行判断，从而检测出故障，进而识别出故障的卫星伪距。本发明专利技术基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，能有效剔除北斗/GPS双模接收机微小缓变故障，为后续的高精度定位提供保障。

An accumulation of multi epoch parity vector based on dual-mode receiver RAIM method

The invention discloses a dual-mode receiver RAIM method based on the accumulation of multi epoch parity vector, observation equation of this method first built Beidou /GPS dual-mode receiver, and use the typical method for solving parity parity vector vector, and then through the square and accumulated in the sliding window multi time parity vector, in order to construct a new test statistic, finally set the fault threshold to judge the new test statistic, to detect the fault, and then identify the fault satellite pseudorange. Dual mode receiver RAIM method based on multi epoch parity vector accumulation, can effectively eliminate the Beidou /GPS dual-mode receiver micro soft fault, to provide protection for the high precision positioning and follow-up.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法
本专利技术涉及一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，属于双模接收机故障检测

技术介绍
目前常用的基于双模接收机的单星故障检测算法有：奇偶矢量法、最小二乘法等“快照”式检测方法，此类方法对于较大伪距观测量偏差有良好的检测效果，但是对于微小缓变故障检测效果不明显。而单颗卫星伪距出现微小偏差，虽不会像卫星严重故障时出现极大伪距偏差导致用户定位结果完全不可用,但也会使定位误差精度下降,影响定位精度。因此在卫星导航技术中，双模接收机对微小伪距故障识别与剔除是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，利用典型奇偶矢量法产生的奇偶矢量，累加滑动窗口内多时刻奇偶矢量的平方和，以此构造新的统计检测量，能有效剔除北斗/GPS双模接收机微小缓变故障。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，包括如下步骤：步骤1，根据北斗/GPS双模接收机的特性，建立北斗/GPS双模接收机各时刻的观测方程；步骤2，通过步骤1各时刻的观测方程，计算北斗/GPS双模接收机各时刻的奇偶矢量；步骤3，设定滑动窗口的时间长度为t，第k时刻北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目为n，若第k-1,k-2,…,k-t时刻接收到的卫星数目均为n，则将第k-1,k-2,…,k-t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；若第k-1,k-2,…,k-i，1≤i≤t时刻接收到的卫星数目均为n，且第k-i-1时刻不为n，则将第k-1,k-2,…,k-i，1≤i≤t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；将当前时刻的检测统计量进行量测噪声方差归一化后，得到故障判断检测量；步骤4，设置故障门限，根据故障门限对故障判断检测量进行判断，当故障判断检测量大于等于故障门限时，表示检测出故障，同时对故障卫星进行识别；当故障判断检测量小于故障门限时，表示未检测出故障。作为本专利技术的一种优选方案，步骤1所述北斗/GPS双模接收机各时刻的观测方程公式为：yk＝Hkxk+ε其中，yk为第k时刻观测伪距与计算伪距之差，n维矢量；Hk为第k时刻观测系数矩阵，n*5维；xk为第k时刻北斗/GPS双模接收机状态量；ε为n维观测伪距噪声矢量；n为北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤2的具体过程为：对第k时刻观测系数矩阵Hk做QR分解：Hk＝QkRk其中，Qk为第k时刻正交矩阵，n*n维；Rk为第k时刻上三角矩阵，n*5维；将上式代入观测方程并左乘QkT，得到QkTyk＝Rkxk+ε，T表示转置；对QkT按行进行分块，其中，为QkT的前5行，为QkT的n-5行，为奇偶变换矩阵；通过将yk转换成奇偶空间上的奇偶矢量pk：其中，为矩阵伪距偏差的第s列向量，1≤s≤n，Bs为故障常量，H0、H1分别表示无故障、有故障。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述将当前时刻的检测统计量进行量测噪声方差归一化后，得到故障判断检测量的公式为：其中，fd表示故障判断检测量，sump为当前时刻的检测统计量，t为设定的滑动窗口的时间长度，σ2为量测噪声方差。作为本专利技术的一种优选方案，步骤4所述故障门限的公式为：其中，fd表示故障判断检测量，pr为故障门限，a为设定概率，x为北斗/GPS双模接收机状态量，n为北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目，PFA为虚警概率。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术提高了双模接收机对于微小伪距缓慢变化检测的灵敏性，采用多历元奇偶矢量累加能提高系统的稳定性，为后续高精度定位计算奠定了基础。2、本专利技术采用的北斗/GPS双模接收机，其某时刻可用卫星数量、定位精度均比单一接收机优秀，奇偶矢量法可用性较高。3、本专利技术适用性广泛，不受载体限制。附图说明图1是本专利技术基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法的原理流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术在原有双模接收机典型RAIM算法的基础上，针对北斗/GPS双模接收机的特性，提出了一种基于北斗/GPS双模接收机的多历元奇偶矢量累积的方法，其目的在于提高北斗/GPS双模接收机对于缓变伪距故障检测的灵敏性，具体步骤如图1所示。基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，主要器件为北斗/GPS双模接收机，具体包含如下步骤：步骤1，构造北斗/GPS双模接收机的观测方程。由于双模接收机接收到的北斗与GPS卫星导航系统钟差不同，故可将这两个钟差等效的相应距离设置为状态量x＝[Δx,Δy,Δz,δb,δg]，Δx,Δy,Δz表示北斗/GPS双模接收机坐标的微分，δb、δg分别表示北斗、GPS接收机的种差。假设某时刻接收到的卫星数为n，北斗/GPS双模接收机的观测方程如下所示：yk＝Hkxk+ε(1)其中，yk为第k时刻观测伪距与计算伪距之差，n维矢量，xk为第k时刻北斗/GPS双模接收机状态量，ε为n维观测伪距噪声矢量，Hk为n*5维观测系数矩阵具体表达式为：其中，前3列对应的是用户与卫星之间的方向余弦值，第4与第5列分别对应北斗、GPS导航系统的接收机钟差相关系数。假设观测到j颗北斗导航卫星，n-j颗GPS卫星。式子中分别为卫星j在接收机处观测矢量长度在[x,y,z]处偏导的值，且为用户估计位置到卫星j的几何距离。可根据步骤1建立的观测方程，求解后续步骤2中每时刻的奇偶矢量。步骤2，求解北斗/GPS双模接收机每时刻奇偶矢量。根据步骤1设置的接收机观测方程，按照以下公式构建在奇偶空间上的矢量信息，对之前构造的观测系数矩阵Hk进行QR分解，公式如下：Hk＝QkRk(3)其中，Qk为第k时刻正交矩阵，n*n维；Rk为第k时刻上三角矩阵，n*5维；根据Qk阵的正交性，将式(3)代入式(1)并左乘QkT，可将式(1)改变为式(4)：QkTyk＝Rkxk+ε(4)对转置矩阵QkT进行分块，通过矩阵分割n维将观测空间分割成5维状态空间和n-5维奇偶空间：其中，为QkT的前5行，为QkT的n-5行，为奇偶变换矩阵；通过将n维观测矢量转换成奇偶空间上的奇偶矢量pk：式中，为矩阵伪距偏差的第s列向量，1≤s≤n，Bs为故障常量，H0、H1分别表示无故障、有故障，由此可得出的奇偶矢量pk，其为观测误差ε在奇偶空间上的投影，可以反映故障偏差等信息，一般传统奇偶矢量法是通过构建每时刻奇偶矢量|pk|2构造检测统计量的。步骤3，累积相应时间内的奇偶矢量，构建检测统计量。本专利技术构建了一定时间长度的滑动窗口，以此来累加相应的奇偶矢量，根据窗口内的奇偶矢量和的统计特性来确定窗口末端量测故障信息。这里窗口长度根据实际需求设置。在实际情况里，很多时候累计时间未到设置的窗口长度，或者在累加的过程中，不同时刻观测到不同卫星数目，出现此类情况，即累加卫星数目变化之前的相应时间奇偶矢量，下一时刻进行下一流程的故障检测，具体公式如下：将新奇偶矢量根据量测噪声方差归一化后，构建故障统计函数：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据北斗/GPS双模接收机的特性，建立北斗/GPS双模接收机各时刻的观测方程；步骤2，通过步骤1各时刻的观测方程，计算北斗/GPS双模接收机各时刻的奇偶矢量；步骤3，设定滑动窗口的时间长度为t，第k时刻北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目为n，若第k‑1,k‑2,…,k‑t时刻接收到的卫星数目均为n，则将第k‑1,k‑2,…,k‑t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；若第k‑1,k‑2,…,k‑i，1≤i≤t时刻接收到的卫星数目均为n，且第k‑i‑1时刻不为n，则将第k‑1,k‑2,…,k‑i，1≤i≤t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；将当前时刻的检测统计量进行量测噪声方差归一化后，得到故障判断检测量；步骤4，设置故障门限，根据故障门限对故障判断检测量进行判断，当故障判断检测量大于等于故障门限时，表示检测出故障，同时对故障卫星进行识别；当故障判断检测量小于故障门限时，表示未检测出故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据北斗/GPS双模接收机的特性，建立北斗/GPS双模接收机各时刻的观测方程；步骤2，通过步骤1各时刻的观测方程，计算北斗/GPS双模接收机各时刻的奇偶矢量；步骤3，设定滑动窗口的时间长度为t，第k时刻北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目为n，若第k-1,k-2,…,k-t时刻接收到的卫星数目均为n，则将第k-1,k-2,…,k-t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；若第k-1,k-2,…,k-i，1≤i≤t时刻接收到的卫星数目均为n，且第k-i-1时刻不为n，则将第k-1,k-2,…,k-i，1≤i≤t时刻的奇偶矢量累加求和，得到当前时刻的检测统计量；将当前时刻的检测统计量进行量测噪声方差归一化后，得到故障判断检测量；步骤4，设置故障门限，根据故障门限对故障判断检测量进行判断，当故障判断检测量大于等于故障门限时，表示检测出故障，同时对故障卫星进行识别；当故障判断检测量小于故障门限时，表示未检测出故障。2.根据权利要求1所述基于多历元奇偶矢量积累的双模接收机RAIM方法，其特征在于，步骤1所述北斗/GPS双模接收机各时刻的观测方程公式为：yk＝Hkxk+ε其中，yk为第k时刻观测伪距与计算伪距之差，n维矢量；Hk为第k时刻观测系数矩阵，n*5维；xk为第k时刻北斗/GPS双模接收机状态量；ε为n维观测伪距噪声矢量；n为北斗/GPS双模接收机接收到的卫星数目。3.根据权利要求2所述基于多历元奇偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔雪博，许建新，熊智，赵宣懿，黄欣，殷德全，万众，闵艳玲，鲍雪，李一博，赖思维，罗玮，张苗，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32