一种基于相关系数的卫星系统故障排除的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相关系数卫星系统故障排除方法，通过计算ω向量和S矩阵，获取当前GDOP值，判断GDOP值是否在阈值内，采用不同的更新规则更新ω向量，进而计算ω向量与S矩阵的相关系数，根据相关系数排除相关系数最大的卫星，判断故障是否排除，如未排除，则对剩余卫星按上述步骤重新进行参数计算和判断。本发明专利技术的故障排除方法通过一次相关系数的计算，即可排除出存在故障卫星，相较于传统的最小二乘方法，存在多少颗卫星参与定位就进行多少次最小二乘计算。在同样执行效果的情况下大大节省了运算时间，对导航定位芯片资源的节约有一定积极的效果。积极的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相关系数的卫星系统故障排除的方法


[0001]本专利技术涉及北斗卫星导航领域，尤其是一种基于相关系数的卫星系统故障排除的方法。

技术介绍

[0002]北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。
[0003]北斗系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。基于北斗系统的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域，应用的新模式、新业态、新经济不断涌现，深刻改变着人们的生产生活方式。中国将持续推进北斗应用与产业化发展，服务国家现代化建设和百姓日常生活，为全球科技、经济和社会发展做出贡献。
[0004]正因为北斗系统在各种领域中起着巨大的作用,对它的完善性要求就更加严格。系统完善性检测就是指当北斗接收机在执行任务过程中,可能会由于存在故障星或长时间假锁等各种原因而导致系统可靠性出现问题,如系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围,此时,导航系统应当具备及时发现故障并通知用户的能力,以便北斗用户消除故障源的影响,保证北斗用户导航的正常进行。
[0005]现有技术中故障排除方法即最小二乘方法，是通过遍历的方法选择出故障卫星的，其步骤为：选择参与定位的一颗卫星。让不包含选择的那一颗卫星的其他卫星重新进行最小二乘计算。重新进行最小二乘计算的结果可通过上式进行故障检测，若检测出系统有故障，则遍历下一颗卫星当遍历到一颗卫星使系统无故障时，则判断出系统中存在故障的卫星为当前遍历的卫星。
[0006]现有技术的方法存在的缺点为计算较为复杂，当故障卫星较多时，故障排除耗时较长，容易使导航定位软件产生其他错误。

技术实现思路

[0007](一)解决的技术问题
[0008]为了解决上述存在的技术问题，实现专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：通过计算ω向量和S矩阵，获取当前GDOP值，判断GDOP值是否在阈值内，采用不同的更新规则更新ω向量，进而计算ω向量与S矩阵的相关系数，根据相关系数排除相关系数最大的卫星，判断故障是否排除，如未排除，则对剩余卫星按上述步骤重新进行参数计算和判断。
[0009](二)技术方案
[0010]S1：计算ω向量和S矩阵
[0011]假设某一时刻共有N颗卫星可见，考虑权阵，则线性化后的GNSS观测方程为：
[0012]y＝Hx+εW
[0013]其中，y为观测伪距和计算伪距之差，H为观测矩阵，x为待求参数，W为观测伪距的权矩阵，一般权阵W的选取如下式所示：
[0014][0015]其中，(i＝1
…
N)为各观测伪距噪声矢量ε的方差。
[0016]由最小二乘原理，可以得到用户状态的最小二乘解为：
[0017]x＝(H
T
WH)
‑1H
T
Wy＝x+(H
T
WH)
‑1H
T
Wε
[0018]由y＝Hx得伪距残差向量ω为：
[0019]ω＝y
‑
y＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wy
[0020]＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
W(Hx+ε)
[0021]＝Hx
‑
H
T
WH
‑1H
T
WHx+I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wε
[0022]＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wε＝Sε
[0023]其中，S＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
W
[0024]S2：计算当前GDOP值，并判断是否大于阈值，具体为：
[0025]通过对非线性定位观测方程进行线性化处理，利用“用户
‑
可见星”的方向余弦矩阵G可定义几何效应矩阵：
[0026]Q＝(G
T
G)
‑1[0027]以四颗可见卫星为例，其中：
[0028][0029][0030]其中，(x0，y0，z0)(t)，(x
i
，y
i
，z
i
)(t)分别为t时刻的用户位置和第i颗可见卫星的位置，ρ
i0
(t)为第t时刻第i颗可见卫星与用户之间的距离，因此，矩阵Q与各可见卫星之间的几何结构有关。
[0031][0032]判断GDOP值是否大于阈值R，并根据判断结果对ω向量进行更新。
[0033]进一步地，R取3.5。
[0034]S3：更新ω向量
[0035]根据GDOP的值更新ω向量，具体为：
[0036]ω
′
＝ω
×
R GDOP＞R
[0037]ω
′
＝ω
×
GDOP GDOP≤R
[0038]其中，ω
′
为更新后的ω向量。
[0039]S4：计算ω向量与S矩阵的相关系数
[0040]将S矩阵分解为n个向量S1，，S2...S
n
，将每个分解向量S
i
分别与ω向量计算两个向量之间的相关系数，计算公式如下：
[0041][0042]其中i＝1，2...n。
[0043]相关系数r
i
对应第i个卫星对应的参数。
[0044]S5：寻找计算得出的相关系数向量中相关系数最大的值
[0045]基于步骤S4中计算得到的n个相关系数r1，r2...r
n
，通过选择排序算法获取相关系数最大值。
[0046]S6：排除相关系数最大的卫星，重新计算S矩阵和ω向量。
[0047]S7：重新判断当前系统是否存在故障，若是，则返回步骤S1，若否，则完成判定，输出结果。
[0048](三)有益效果
[0049]本专利技术的故障排除方法通过一次相关系数的计算，即可排除出存在故障卫星，相较于传统的最小二乘方法，存在多少颗卫星参与定位就进行多少次最小二乘计算。在同样执行效果的情况下大大节省了运算时间，对导航定位芯片资源的节约有一定积极的效果。
附图说明
[0050]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相关系数的卫星系统故障排除的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算ω向量和S矩阵；S2：计算当前GDOP值；S3：更新ω向量，具体为根据GDOP的值更新ω向量；S4：计算ω向量与S矩阵的相关系数；S5：寻找计算得出的相关系数向量中相关系数最大的值；S6：排除相关系数最大的卫星，重新计算S矩阵和ω向量；S7：重新判断当前系统是否存在故障，若是，则返回步骤S1，若否，则完成判定，输出结果。2.根据权利要求1所述的基于相关系数的卫星系统故障排除的方法，其特征在于，所述步骤S1中计算ω向量计算方法如下：计算线性化后的GNSS观测方程：y＝Hx+εW其中，y为观测伪距和计算伪距之差，H为观测矩阵，x为待求参数，W为观测伪距的权矩阵，一般权阵W的选取如下式所示：其中，为各观测伪距噪声矢量ε的方差，N为可见卫星的个数；用户状态的最小二乘解为：x＝(H
T
WH)
‑1H
T
Wy＝x+(H
T
WH)
‑1H
T
Wε由y＝Hx得伪距残差向量ω为：ω＝y
‑
y＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wy＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
W(Hx+ε)＝Hx
‑
H
T
WH
‑1H
T
WHx+I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wε＝I
‑
H
T
WH
‑1H
T
Wε。3.根据权利要求2所述的基于相关系数的卫星系统故障排除的方法，其特征在于，所述步骤S1中计算S矩阵计算方法如下：S＝I
‑
H
T
WH
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永刚，曾毅，巴晓辉，
申请(专利权)人：无锡奇芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：