基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法技术

本发明专利技术公开了基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，涉及卫星导航定位技术领域，包括以下步骤：基于卫星定位函数模型，输入k历元处的可用观测量；基于多重假设解分离算法，根据可用观测量列出高级接收机自主完好性监测算法中的所有故障子集；对故障子集进行观测误差状态更新，利用定位域非高斯误差膨胀算法对观测误差进行膨胀处理，以形成多路径误差的膨胀边界；计算故障子集的保护水平，得到k历元的整体保护水平；计算故障子集的膨胀因子，得到k历元的膨胀因子；根据膨胀边界、k历元的整体保护水平和膨胀因子判断定位的完好性。本发明专利技术在边界条件约束下可满足完好性及连续性要求。连续性要求。连续性要求。

【技术实现步骤摘要】
基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航定位
，特别是涉及基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法。

技术介绍

[0002]卫星导航系统定位结果的可靠性是导航定位研究领域最重要的性能指标。MHSS ARAIM(Multiple Hypothesis Solution Separation Advanced RAIM)算法利用双频多星座伪距观测量，提供世界范围内精密进近的垂直引导服务，可支撑卫星导航定位应用于与生命安全相关的导航定位服务可靠性要求。这一算法基于观测误差服从高斯分布的假设展开，随着美国GPS选择可用性的关闭以及GNSS(Global Navigation Satellite System)现代化升级。由于电离层延迟、对流层延迟、多径等误差源显著的非高斯特性，观测误差不再服从高斯分布，可能引起保护水平(Protection Level,PL)无法完全包络定位误差而产生误导信息，进而增加系统的完好性风险，这对于与生命安全相关的位置服务而言是难以接受的。
[0003]误差膨胀算法作为补偿观测误差非高斯分布特性的标准方法被广泛应用于与生命安全的位置服务。针对误差膨胀算法，可依据不同膨胀手段大致分为两类：第一类为基于概率密度函数膨胀方法，然而该方法无法保证大标准差的高斯PDF完全包络小标准差的高斯PDF分布，也就不能完全补偿非高斯分布特性影响，因此该膨胀方法难以应用。第二类为基于累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)膨胀方法，但该算法一方面作用于测距域，且假设测距域各误差源之间是相互独立的，忽略了测距误差相关性的影响，另一方面忽略了膨胀算法保守性对连续性的影响，另一方面CDF膨胀算法国内外尚无能有效解决此问题的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，可以解决现有技术中存在的问题。
[0005]本专利技术提供基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，包括以下步骤：
[0006]基于卫星定位函数模型，输入k历元处的可用观测量；
[0007]基于多重假设解分离算法，根据可用观测量列出高级接收机自主完好性监测算法中的所有故障子集；
[0008]对所述故障子集进行观测误差状态更新，利用定位域非高斯误差膨胀算法对观测误差进行膨胀处理，以形成多路径误差的膨胀边界；
[0009]计算所述故障子集的保护水平，得到k历元的整体保护水平；
[0010]计算所述故障子集的膨胀因子，得到k历元的膨胀因子；
[0011]根据膨胀边界、k历元的整体保护水平和膨胀因子判断定位的完好性。
[0012]优选的，若膨胀因子小于等于膨胀边界且保护水平大于保护水平的最大值，则需在k历元处设置告警标志。
[0013]优选的，利用定位域非高斯误差膨胀算法对观测误差进行膨胀处理，具体包括以下步骤：
[0014]构建观测误差组成公式；
[0015]构建观测误差方差在定位域的表示方程；
[0016]通过相关型非高斯不等转换将相关型非高斯误差膨胀为高斯型误差；
[0017]通过非高斯不等转换将观测误差的标准差在定位域中进行转换，并确立膨胀因子；
[0018]构建经过定位域非高斯误差膨胀处理的故障子集的保护水平表示方程；
[0019]反推出各故障子集的膨胀边界条件。
[0020]优选的，所述观测误差组成公式为：
[0021]M(x)＝M
g,n
(x)+M
ng,n
(x)+M
ng,mn
(x)
[0022]式中，M(x)表示观测误差，M
g,n
(x)表示第n颗卫星高斯型观测误差，M
ng,n
(x)表示第n颗卫星非高斯型误差，M
ng,mn
(x)为第m颗卫星与第n颗卫星之间相关型非高斯误差。
[0023]优选的，所述观测误差方差在定位域的表示方程为：
[0024][0025]式中，σ
a
表示观测误差定位域内的标准差，S
Z
为加权最小二乘投影矩阵，σ
g,n
为第n颗卫星高斯型观测误差标准差，σ
ng,n
表示第n颗卫星非高斯型误差标准差，σ
ng,mn
为第m颗卫星与第n颗卫星之间相关型非高斯误差标准差，N为卫星总数量。
[0026]优选的，相关型非高斯误差膨胀为高斯型误差的表示方程为：
[0027][0028]优选的，通过非高斯不等转换将观测误差的标准差在定位域中进行转换的表示方程为：
[0029][0030]σ
o
为高斯型误差的标准差。
[0031]优选的，所述膨胀因子为高斯型误差的标准差与观测误差定位域内的标准差的比值。
[0032]优选的，构建经过定位域非高斯误差膨胀处理的故障子集的保护水平表示方程为:
[0033][0034]式中PL
oi
为故障子集i下的保护水平，σ
o,i
，B
v,i
及SS(i)表示在相应故障子集i下经非高斯误差膨胀处理得到的标准差、偏差及预测部分，K
HMI,i
表示与完好性风险相关单位高斯累积分布分位数。
[0035]优选的，膨胀边界条件的表示方程为：
[0036][0037]式中，AL为故障子集保护水平的最大值，B
ss,i
表示在故障子集下与连续性相关的观测误差的偏差，K
CONT,i
表示与连续性风险相关单位高斯累积分布分位数。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0039](1)将非高斯观测误差通过非高斯不等转换进行补偿，其中包含相关型非高斯误差以及非相关型非高斯误差影响，进而避免观测误差非理想分布引起的完好性风险。
[0040](2)挖掘膨胀因子的边界条件，使得ARAIM在边界条件约束下可同时满足完好性风险及连续性风险要求。
[0041](3)本专利技术不受误差分布形式的约束，且适应于相关型非高斯误差，在边界条件约束下可使ARAIM同时满足完好性风险与连续性风险的要求，对于满足与生命安全相关的导航定位服务可靠性意义重大。
附图说明
[0042]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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术的基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法的流程图。
具体实施方式
[0044]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：基于卫星定位函数模型，输入k历元处的可用观测量；基于多重假设解分离算法，根据可用观测量列出高级接收机自主完好性监测算法中的所有故障子集；对所述故障子集进行观测误差状态更新，利用定位域非高斯误差膨胀算法对观测误差进行膨胀处理，以形成多路径误差的膨胀边界；计算所述故障子集的保护水平，得到k历元的整体保护水平；计算所述故障子集的膨胀因子，得到k历元的膨胀因子；根据膨胀边界、k历元的整体保护水平和膨胀因子判断定位的完好性。2.如权利要求1所述的基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，其特征在于，若膨胀因子小于等于膨胀边界且保护水平大于保护水平的最大值，则需在k历元处设置告警标志。3.如权利要求1所述的基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，其特征在于，利用定位域非高斯误差膨胀算法对观测误差进行膨胀处理，具体包括以下步骤：构建观测误差组成公式；构建观测误差方差在定位域的表示方程；通过相关型非高斯不等转换将相关型非高斯误差膨胀为高斯型误差；通过非高斯不等转换将观测误差的标准差在定位域中进行转换，并确立膨胀因子；构建经过定位域非高斯误差膨胀处理的故障子集的保护水平表示方程；反推出各故障子集的膨胀边界条件。4.如权利要求3所述的基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，其特征在于，所述观测误差组成公式为：M(x)＝M
g,n
(x)+M
ng,n
(x)+M
ng,mn
(x)式中，M(x)表示观测误差，M
g,n
(x)表示第n颗卫星高斯型观测误差，M
ng,n
(x)表示第n颗卫星非高斯型误差，M
ng,mn
(x)为第m颗卫星与第n颗卫星之间相关型非高斯误差。5.如权利要求3所述的基于定位域非高斯误差膨胀算法的定位完好性监测方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，朱力新，杨福鑫，孙治国，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：