本发明专利技术公开了一种应用于组合卫星导航系统的多故障识别方法，属于卫星导航领域，该方法根据用户对卫星导航系统完好性的实际需求，判断故障识别算法需处理最多故障星数Ｎ；并对卫导系统进行故障检测，判断卫星导航系统的故障情况；对故障卫星导航系统进行故障识别，以确定故障卫星；最后对已排除故障星的系统进行故障检测，确定故障识别计算结果的正确性。应用本发明专利技术提供的多故障识别方法对故障星进行检测，通过不断缩小故障星可能范围或实现故障分离，以实现多故障的识别，可以减少故障识别计算量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星导航领域，具体地说，是指一种应用于组合卫星导航系统的多故障识别 技术。
技术介绍
全球卫星导航系统(GNSS,以下简称为卫导系统)可以在全世界范围内提供连续的三 维位置、速度与时间信息。相比于惯性导航器件、地基无线电导航系统等传统导航手段，卫 导系统长时间定位精度高，覆盖范围广，因此在现代导航、测绘、控制以及搜救等行业扮演 着愈加重要的角色。截至2008年，已有美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗以及欧盟Galileo四套卫 导系统正在提供导航服务或处于空间实验阶段。可以预料的是，未来二十年内，多模态卫星 导航系统将成为卫星导航的主流发展方向。然而由于卫导系统在完好性方面的问题，制约了卫导系统在民航等涉及人身安全的服务 业务中的推广。卫导系统本身不保证用户段信号的完好性，即无法准确播报各伪距测量量包 含的误差。更严重的是，即使当卫星出现故障，导致伪距测量信息出现明显偏差时，控制段 也不能实时向用户提供警告信息。另一方面，当更多的导航系统投入使用，将使得多颗卫星 同时出现故障的风险增加。这就要求用户段能够独立监测卫星故障，保障定位信息完好性。为解决这一问题，多种接收机自主完好性监测(RAIM)算法被设计出来。RAIM利用接 收机得到的冗余观测信息进行故障的检测与识别，即通过比对伪距观测量的一致性判断测量 信息偏差情况，并找出故障卫星。RAIM的前期发展主要集中于对单故障检测与识别方法的讨论，提出了极大似然估计法、 奇偶校验空间算法、子集比较法等一系列适用于单GPS单故障假设的方法。然而这些方法不 适用于组合卫导条件下的多故障情况。随着Galileo、北斗等卫星导航系统的设计，多故障RAIM技术在近几年内得到了迅速 发展， 一批能够提供多故障检测识别能力的RAIM算法，如n-2算法、OWMS等方法被公 开出来。但现有算法为实现多故障检测，通常采用的方法是对所有故障可能形式进行遍历， 以找出多故障源。这种方法没有考虑不同用户对卫星导航系统完好性的实际需求，计算流程 复杂，计算量大。以GPS、 GLONASS、北斗和Galileo四系统组合卫导系统而言，采用n-2 算法对30颗可见星中的2颗故障星进行识别，将进行220次等效定位运算，OWAS算法计 算量甚至高于n-2算法数倍。这种计算量对接收机而言是严重的负担。发 明 内 容本专利技术为解决原有多故障RAIM算法用于多卫星导航系统组合导航时，计算量较大的问 题，提出了。本方法通过逐渐縮小故障卫星 范围来减少故障星识别的流程和计算量，以实现多故障识别。本专利技术提供的方法包括步骤步骤一根据用户对卫星导航系统完好性的实际需求，判断故障识别算法需处理最多故 障星数N;如果当故障星数目附与最多故障星数N之间满足w《iV的时候，系统的完好性风 险C m大于用户要求的最低标准完好性风险C《，，则可以确定故障识别算法需处理的 最多故障星数N的值。步骤二对卫导系统进行故障检测，判断卫导系统的故障情况；若卫导系统的故障星统 计检测量 ;与门限值7^之间满足7;2 7^，认为存在故障星；否则认为无故障星；步骤三对存在故障的卫导系统进行故障识别，以确定故障星；步骤四对已排除故障星的系统进行故障检测，确定故P章识别结果的正确性；若检测到系统不存在故障，则故障识别正确；否则需要从步骤一开始重新进行故障识别。本专利技术提供的方法为组合导航系统提供准确的多故障识别能力，适应多种故障情况，满 足用户对完好性的不同需求，同时相对原有其他多故障识别方法，实现了减少计算量的目的， 加速了对卫导系统的故障识别进程。 附图说明图1是本专利技术提供的多故障识别方法的流程图； 图2是对故障星进行识别的方法流程图； 图3是对四系统组合导航仿真检测得到的故障正确识别率曲线。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是，通过确定故障识别算法需处 理的最多故障星数目，对所有可见星进行分组检测，逐步的将多故障分解为单故障，缩小故 障可能存在范围，提取完好导航信息，最终实现多故障识别。如图l所示，具体包括如下步 骤步骤一根据用户对卫导航系统完好性的实际需求，判断故障识别算法需处理最多故障 星数N;对涉及人身安全的服务行业，如民用航空、铁路运输等，通常对接收机的完好性指标有 着较为严格的要求，以防止因错误导航信息而引起的危险。以民航飞行为例，为降低风险， 卫导系统在每种飞行状态下的工作性能(包括最大允许告警率即虚警率/^、漏检率户^、完好性风险O均被规定了最低标准。本方法以这些最低标准为依据，以用户实际需求为准 则，进而确定故障识别算法需处理最多故障星数N。由于用户的完好性风险可以表示为经过故障识别后，卫导系统仍存在错误导航信息(即 存在故障星)的概率，当采用RAIM进行故障星识别后，用户的完好性风险户，用公式表示为其中，^vr为用户完好性风险，P^表示单颗卫星故障概率，尸^表示系统漏检率，n为 当前时刻系统内可见星数，w为故障星数，且OS附S"。从式(1)中可以得出，用户的完好性风险i^即为各种故障星数风险之和。在实际应用 过程中为了降低由于错误卫导信息造成的风险，使得卫导系统在每种飞行状态下的工作性能 均达到要求，用户完好性风险^^应小于最低标准完好性风险P皿J一re 。当不采用RAIM时，卫导系统不能发现故障星，即系统漏检率户，=1，根据公式(1)， 在指定附颗故障星的情况下系统完好性风险iW— 为其中单顆卫星故障概率f，可以由卫导系统公布的信息得到，根据单颗卫星故障概率Psra 即可根据公式(2)计算指定故障星数目m情况下的系统完好性风险i^ 。实际使用中，单颗卫星故障概率尸^是远小于1的，即户^ <<1 ，因此由公式(2)得到《C" (3) 从(3)式中可以看出，故障星数目附越大，系统的完好性风险g虹 越小。依据故障星数目附由小到大的顺序比较尸M ,和尸肌，,re的大小关系，从而确定本专利技术 中的故障识别算法中需处理的最多故障星数N。所述的/^一w为用户要求的最低标准完好 性风险，为一个固定值^由于故障星数目m越大，系统的完好性风险尸皿j越小。假设故障 识别算法中需处理的最多故障星数为N，当故障星数w增大到w〉iV时，有C和《w—叫， 的大小关系S <Swc，即系统完好性风险C满足用户的要求，理论上不需要进 行故障星的识别；实际处理过程中认为这种故障情况发生的几率极低，因此卫导系统不需要 采用RAIM，可以直接进入定位解算；对存在N颗或N颗以下故障星(即m^AO的情况， 若不采用RAIM进行故障星识别计算，系统完好性风险P, m〉/W ，re，即用户完好性将达不到为保证导航安全而设置的最低工作标准P, ，，,re，需要进行故障星的识别判断。利用上 述方法，根据用户对系统完好性风险Pwr m的具体要求，在m >尸，，,re和 ，—m 〈^W^,两种情况之间找到一个临界的故障星数N,即确定故障识别算法需处理的最 多故障星数N的值。步骤二对卫导系统进行故障检测，判断卫导系统的故障情况；由于本专利技术提供的多故障识别方法对故障检测算法并没有要求，任意一种故障检测算法 均可应用于本方法。但为简化算法整体难度，推荐使用伪距残差平方和<SS￡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于组合卫星导航系统的多故障识别方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据用户对卫星导航系统完好性的实际需求，判断故障识别算法需处理最多故障星数Ｎ；如果当故障星数目ｍ与最多故障星数Ｎ之间满足ｍ≤Ｎ的时候，系统的完好性风险Ｐ↓［ＩＮＴ＿ｍ］大于用户要求的最低标准完好性风险Ｐ↓［ＩＮＴ＿ｒｅｑｕｉｒｅ］，则可以确定故障识别算法需处理的最多故障星数Ｎ的值；步骤二：对卫导系统进行故障检测，判断卫导系统的故障情况；若卫导系统的统计检测量Ｔ↓［ｘ］与门限值Ｔ↓［Ｄ］之间满足Ｔ↓［ｘ］≥Ｔ↓［Ｄ］，认为存在故障星；否则认为无故障星；步骤三：对存在故障星的卫导系统进行故障识别，确定故障星；步骤四：对已排除故障星的系统进行故障检测，验证故障识别结果的正确性；若检测到系统不存在故障，则故障识别正确；否则需要从步骤一开始重新进行故障识别。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，张新源，黄智刚，朱衍波，张军，赵昀，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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