新型RAIM算法的研究及其應(yīng)用.pdf

1、接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)(RAIM)是保證航空導(dǎo)航用戶完好性的一種重要方法。本文主要致力于新型RAIM算法的研究及其應(yīng)用。針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多星故障問(wèn)題，設(shè)計(jì)和提出衛(wèi)星多故障探測(cè)和識(shí)別的Bayes方法和基于獨(dú)立分量分析的衛(wèi)星多故障處理方法；設(shè)計(jì)多星座下的增強(qiáng)型RAIM(ARAIM)算法，并對(duì)其在全球LPV-200中的可用性進(jìn)行分析；針對(duì)特殊用戶的需求，研究基于鐘差輔助的單星座ARAIM算法，并對(duì)其在LPV-250中的可用性進(jìn)行分析；設(shè)計(jì)和提

2、出基于向量自回歸(VAR)模型的載波RAIM(CRAIM)算法，并對(duì)其在艦載相對(duì)定位(SRGPS)中的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出兩種衛(wèi)星多故障探測(cè)和識(shí)別算法。一是結(jié)合時(shí)間序列獨(dú)立分量分析異常值探測(cè)理論，提出一種新的衛(wèi)星多故障探測(cè)和識(shí)別算法；利用5個(gè)iGMAS北斗監(jiān)測(cè)站的民用觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)新算法進(jìn)行驗(yàn)證。二是運(yùn)用Bayes統(tǒng)計(jì)理論和方法，提出一種探測(cè)和識(shí)別衛(wèi)星多故障的RAIM算法；該算法從Bayes假設(shè)檢驗(yàn)的角度

3、給出基于識(shí)別變量后驗(yàn)概率的故障判別規(guī)則；利用STK空間仿真軟件模擬GPS和BDS雙星座下的觀測(cè)值，設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)方案檢驗(yàn)該算法在組合星座下對(duì)多故障的探測(cè)效果，對(duì)IGS觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)CHAN站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與以往的RAIM算法進(jìn)行比較。⑵提出多星座ARAIM算法并分析其在全球 LPV-200中的可用性。提出一種基于時(shí)間序列在線預(yù)報(bào)的故障探測(cè)和識(shí)別算法，其原理是對(duì)每顆衛(wèi)星的觀測(cè)值從時(shí)間方向上進(jìn)行建模，根據(jù)建立的時(shí)間序列模型對(duì)相應(yīng)的觀測(cè)值進(jìn)行一

4、步預(yù)報(bào)，分析預(yù)報(bào)殘差的分布并根據(jù)虛警率的大小確定故障探測(cè)的閾值，進(jìn)而用于故障探測(cè)；通過(guò)精確計(jì)算誤判率的大小，設(shè)計(jì)一種故障探測(cè)和識(shí)別算法的可靠性定量分析方法；針對(duì)基于時(shí)間序列在線預(yù)報(bào)的故障探測(cè)和識(shí)別算法，給出新的完好性風(fēng)險(xiǎn)分配方式，進(jìn)而提出垂直和水平用戶保護(hù)水平的計(jì)算方法；借助于Standford大學(xué)的MAAST軟件，設(shè)計(jì)多種試驗(yàn)方案以驗(yàn)證新算法處理故障的效果以及在全球LPV-200中的可用性。⑶提出基于鐘差輔助的單星座ARAIM算法，并

5、考察其在LPV-250飛行中的可用性。利用時(shí)間序列模型對(duì)鐘差進(jìn)行預(yù)報(bào)，將鐘差預(yù)報(bào)值作為虛擬觀測(cè)值納入到導(dǎo)航定位方程中進(jìn)行單星座下的導(dǎo)航定位解算；引入衛(wèi)星多故障探測(cè)和識(shí)別的Bayes方法對(duì)導(dǎo)航定位中可能出現(xiàn)的衛(wèi)星故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)故障則向用戶告警；對(duì)新設(shè)計(jì)ARAIM算法的完好性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分配，并給出相應(yīng)用戶保護(hù)水平的計(jì)算方法?；谀M的BDS驗(yàn)證新算法在全球LPV-250中的可用性，并且隨機(jī)選取全球14個(gè)IGS監(jiān)測(cè)站，查看新算法對(duì)于LPV-

6、250可用性情況，并與ERAIM算法進(jìn)行比較。⑷提出基于向量自回歸模型的CRAIM算法，并將其應(yīng)用于RTK差分定位中。針對(duì)基于載波的定位算法中觀測(cè)值之間的相關(guān)性，構(gòu)建考慮觀測(cè)值時(shí)間和空間相關(guān)性的VAR模型，用于衛(wèi)星多故障的探測(cè)和識(shí)別；通過(guò)精確計(jì)算誤判率的大小，設(shè)計(jì)一種故障探測(cè)和識(shí)別算法的可靠性定量分析方法；從完好性風(fēng)險(xiǎn)入手，考慮無(wú)故障、單故障和多故障三種故障類型，給出完好性風(fēng)險(xiǎn)的分配方式，進(jìn)而推導(dǎo)相應(yīng)用戶保護(hù)水平的計(jì)算公式，如果判斷出當(dāng)

7、前的導(dǎo)航信息不可用，則及時(shí)向用戶告警。⑸將新CRAIM算法應(yīng)用于SRGPS的完好性監(jiān)測(cè)中。引入和分析SRGPS載波差分相對(duì)定位算法，利用基于VAR模型的故障處理算法對(duì)雙差載波相位觀測(cè)值進(jìn)行故障探測(cè)和識(shí)別，以確保導(dǎo)航結(jié)果的完好性；采用基于LAMBDA降相關(guān)的整數(shù)逐步搜索法進(jìn)行模糊度解算并通過(guò)計(jì)算模糊度解算的成功率對(duì)其進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì) SRGPS的完好性監(jiān)測(cè)實(shí)施方法并利用試驗(yàn)驗(yàn)證新算法的效果，即通過(guò)STK模擬基于BDS的算法實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，并