一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法及优化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，包括利用获取的伪距观测数据，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性；利用获取的载波相位观测数据，并行采用CRAIM算法计算用户完好性；分析PPP定位误差的计算结果，当PPP定位结果满足收敛条件时，采信CRAIM算法的完好性计算结果；当PPP定位结果不满足收敛条件时，采信优化后ARAIM算法的完好性计算结果。本发明专利技术解决了传统RAIM算法无法满足民航更高层次的完好性要求和伪距观测值的噪声水平较大这两方面问题，综合采用两类RAIM算法可实现垂直保护水平对垂直定位误差更为紧致的包络。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法及优化装置
本专利技术属于GNSS系统完好性处理
，更具体的说是涉及一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法及优化装置。
技术介绍
在GNSS系统中，用户级完好性监测通常指的是各类接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，RAIM)算法。传统的RAIM算法在单卫星故障的情况下应用效果较为明显，典型的算法主要有Y.Lee提出的伪距比较法、B.W.Parkinson提出的最小二乘残差法和M.A.Sturza提出的奇偶矢量法等，其中奇偶矢量法运算量较小，因而被用户普遍采用。为了提升传统RAIM算法的性能，各国学者从理论上对其进行了修正，但传统的及在此基础上进行改进的RAIM算法均存在一定的局限性，主要表现在两个方面：一是传统的RAIM算法无法满足民航更高层次的完好性要求；二是传统RAIM算法的观测量多为伪距观测值，但由于伪距观测值的噪声水平较大，算法的应用范围受到很大限制。因此，如何提供一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法及优化装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法及优化装置，采用合理的ARAIM算法，可以将航空器以规定所需的导航性能引导至距地面200英尺(约60m)高度的LPV，即LPV-200，采用CRAIM算法可以在一定程度上解决伪距观测值噪声较大的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，包括：利用获取的伪距观测数据，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性；利用获取的载波相位观测数据，并行采用CRAIM算法计算用户完好性；分析PPP定位误差的计算结果，当PPP定位结果满足收敛条件时，采信CRAIM算法的完好性计算结果；当PPP定位结果不满足收敛条件时，采信优化后ARAIM算法的完好性计算结果。优选的，PPP定位结果收敛的条件为：东、北、天三个方向的定位误差均小于0.2m，且持续时长为100个历元。优选的，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性，包括：利用加权最小二乘法求解无故障条件下接收机位置误差和钟差x的估计值和扣除第i颗故障卫星后x的估计值计算第i颗卫星的检验统计量求解3组K系数Kfa,i，Kmd,0和Kmd,i，其中，Kfa,i表示由连续性风险概率计算而得的系数；Kmd,0和Kmd,i表示由完好性风险概率计算而得的系数；求解由符合连续性风险概率的垂直定位误差和由连续性偏差引起的垂直定位误差两部分组成的误差检测门限Di；判断第i颗卫星是否为故障卫星，如果di＞Di，则将该卫星剔除；求解当前历元的垂直保护水平VPL＝max(VPL0,max(VPLi))，其中，VPL0表示卫星无故障时的VPL值；VPLi表示扣除第i颗故障卫星后，其余可见卫星对应的VPL值。优选的，所述Kmd,0系数的公式为：式中PHMI表示危险性误导信息概率；Q表示单边标准正态累积分布函数；n表示当前历元可见卫星数；采取优化危险性误导信息概率分配的方式，所述Kmd,i系数的计算方式包括：将对VPLi取值产生影响的Kmd,i×σV,i设为相等，即Kmd,1×σV,1＝Kmd,2×σV,2＝...＝Kmd,n×σV,n(1-2)式中σV,i表示第i颗卫星故障时，垂直方向定位误差的标准差；同时，Kmd,i应满足如下条件：式中Psat(i)表示第i颗卫星的先验故障概率；使用数值搜索法获取优化后的Kmd,i值；选择几何分布最差，即σV,i最大的卫星开始调整，σV,i最大则Kmd,i最小，而较小的Kmd,i值对应较大的PHMI分配。优选的，采用数值搜索法对Kmd,i进行优化的过程中，应当选择合适的迭代步长，迭代结束的条件可以根据实际需要自行设定，例如：将判定条件设置为迭代结束后，可以获取一组优化后的Kmd值。优选的，所述误差检测门限的公式为：式中σdV,i表示垂直方向定位误差差值的标准差；ΔSi＝Si-S0，其中，S0和Si分别表示卫星无故障和第i颗卫星故障条件下的投影矩阵；bnorm,i表示第i颗卫星的连续性偏差。优选的，所述垂直保护水平的公式为：式中σV,0和σV,i分别表示卫星无故障和第i颗卫星故障时，垂直方向定位误差的标准差；bmax,i表示第i颗卫星的完好性偏差。优选的，利用获取的载波相位观测数据，并行采用CRAIM算法计算用户完好性，包括：使用载波相位观测量和平滑后的伪距观测量组合作为观测数据，利用PPP算法完成定位解算；将相应的误警概率Pfa和危险性误导信息概率PHMI合理地分配到每个故障风险中，为每个故障风险找到合理的PL值，最终计算得到垂直方向上的用户保护水平VPL＝max(VPL0,max(VPLi))＜VAL，其中，VPL0表示卫星无故障时的VPL值；VPLi表示扣除第i颗故障卫星后，其余可见卫星对应的VPL值；VAL表示垂直告警限值。一种北斗三号系统用户完好性处理的优化装置，包括：优化的ARAIM计算模块，用于输出采用单点定位算法时的定位结果和采用ARAIM优化算法时的VPL计算结果；CRAIM计算模块，用于输出采用PPP算法时的定位结果和采用CRAIM算法时的VPL计算结果；输出模块，用于确定PPP定位结果是否收敛，进而输出该历元的VPL计算结果。优选的，所述输出模块，当PPP定位结果未收敛时，输出优化后ARAIM算法的VPL计算结果，当PPP定位结果已收敛时，输出CRAIM算法的VPL计算结果。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用合理的ARAIM算法，可以实现航空器的垂直制导，采用CRAIM算法可以在一定程度上解决伪距观测值噪声较大的问题，综合两类算法可实现VPL值对VPE计算结果更为紧致的包络，该方法解决了传统RAIM算法无法支持垂直制导和伪距观测量噪声较大的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术北斗三号系统用户完好性处理的优化方法的流程图。图2为本专利技术ARAIM算法优化处理流程图。图3为本专利技术北斗三号系统用户完好性处理的优化装置的框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，其特征在于，包括：/n利用获取的伪距观测数据，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性；/n利用获取的载波相位观测数据，并行采用CRAIM算法计算用户完好性；/n分析PPP定位误差的计算结果，当PPP定位结果满足收敛条件时，采信CRAIM算法的完好性计算结果；当PPP定位结果不满足收敛条件时，采信优化后ARAIM算法的完好性计算结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，其特征在于，包括：
利用获取的伪距观测数据，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性；
利用获取的载波相位观测数据，并行采用CRAIM算法计算用户完好性；
分析PPP定位误差的计算结果，当PPP定位结果满足收敛条件时，采信CRAIM算法的完好性计算结果；当PPP定位结果不满足收敛条件时，采信优化后ARAIM算法的完好性计算结果。


2.根据权利要求1所述的一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，其特征在于，PPP定位结果收敛的条件为：东、北、天三个方向的定位误差均小于0.2m，且持续时长为100个历元。


3.根据权利要求1所述的一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，其特征在于，采用优化误警概率和危险性误导信息概率分配的方式，对基于MHSS的ARAIM算法进行优化，计算用户完好性，包括：
利用加权最小二乘法求解无故障条件下接收机位置误差和钟差x的估计值和扣除第i颗故障卫星后x的估计值计算第i颗卫星的检验统计量
求解3组K系数Kfa,i，Kmd,0和Kmd,i，其中，Kfa,i表示由连续性风险概率计算而得的系数；Kmd,0和Kmd,i表示由完好性风险概率计算而得的系数；
求解由符合连续性风险概率的垂直定位误差和由连续性偏差引起的垂直定位误差两部分组成的误差检测门限Di；
判断第i颗卫星是否为故障卫星，如果di＞Di，则将该卫星剔除；
求解当前历元的垂直保护水平VPL＝max(VPL0,max(VPLi))，其中，VPL0表示卫星无故障时的VPL值；VPLi表示扣除第i颗故障卫星后，其余可见卫星对应的VPL值。


4.根据权利要求3所述的一种北斗三号系统用户完好性处理的优化方法，其特征在于，所述Kmd,0系数的公式为：



式中PHMI表示危险性误导信息概率；Q表示单边标准正态累积分布函数；n表示当前历元可见卫星数；
采取优化危险性误导信息概率分配的方式，所述Kmd,i系数的计算方式包括：
将对VPLi取值产生影响的Kmd,i×σV,i设为相等，即
Kmd,1×σV,1＝Kmd,2×σV,2＝...＝Kmd,n×σV,n(1-2)
式中σV,i表示第i颗卫星故障时，垂直方向定位误差的标准差；
同时，Kmd,i应满足如下条件：



式中Psat(i)表示第i颗卫星的先验故障概率；
使用数值搜索法获取优化后的Kmd,i值；选择几何分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，周建华，陈志鹏，胡彩波，张且且，赵鹤，冯炜，闫芳君，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国人民解放军六一零八一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11