GNSS完好性仿真與監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、完好性作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵性能指標(biāo)，其仿真及監(jiān)測(cè)技術(shù)是保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)順利建成并安全可靠運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)。特別是對(duì)于我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在起步晚、指標(biāo)要求高的條件下，采用完好性仿真系統(tǒng)先期確定系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)，可以大幅度降低系統(tǒng)研制風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，進(jìn)一步提高完好性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)故障檢測(cè)及處理方面的性能可以有效推廣北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在更多領(lǐng)域下的應(yīng)用。因此，研究完好性仿真及監(jiān)測(cè)技術(shù)具有重要的工程價(jià)值和實(shí)際意義。在此背景下，論文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面

2、的研究工作：
　?。?）針對(duì)GNSS完好性仿真系統(tǒng)中，使用分段高階多項(xiàng)式模型計(jì)算含有完好性故障的仿真?zhèn)尉鄷r(shí)，偽距計(jì)算精度與實(shí)時(shí)性的矛盾，以及常用偽距高階導(dǎo)數(shù)計(jì)算方法在高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下計(jì)算精度較差的不足，提出了基于加窗拉格朗日插值的衛(wèi)星軌道計(jì)算方法（WLI）和基于三階Hermite插值的偽距導(dǎo)數(shù)計(jì)算方法，并將兩者結(jié)合得到了新的高精度實(shí)時(shí)仿真?zhèn)尉嘤?jì)算方法。仿真結(jié)果表明，在求導(dǎo)步長(zhǎng)為0.001s，時(shí)間間隔為1s條件下，本文方法與三階樣條插值

3、計(jì)算方法比較，偽距誤差標(biāo)準(zhǔn)差由0.369mm減小為0.172mm，計(jì)算精度提高了約1倍。而計(jì)算量?jī)H為后者的10％。
　?。?）針對(duì)采用真實(shí)設(shè)備搭建的衛(wèi)星導(dǎo)航完好性仿真系統(tǒng)中，模擬生成導(dǎo)航信號(hào)所使用的傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)時(shí)延生成方法存在的時(shí)域和相關(guān)域延時(shí)測(cè)量一致性、延時(shí)控制復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)資源消耗難以兼顧的問(wèn)題，提出了群時(shí)延極大極小化準(zhǔn)則條件下的可變分?jǐn)?shù)延遲（VFD）濾波器設(shè)計(jì)方法和基于VFD濾波器的動(dòng)態(tài)時(shí)延生成方法。設(shè)計(jì)實(shí)例表明，相同設(shè)計(jì)條件下提

4、出的VFD濾波器設(shè)計(jì)方法與迭代加權(quán)最小二乘設(shè)計(jì)法比較，最大群時(shí)延絕對(duì)誤差由3.596×10-3減少為9.287×10-4，時(shí)延生成精度提高了約74.17%。同時(shí)在偽距、速度、加速度和加加速度的精度要求分別為1cm，1mm/s，1cm/s2和1cm/s3條件下，提出的動(dòng)態(tài)時(shí)延生成方法最大時(shí)延誤差為0.8mm，最大偽碼多普勒誤差為0.02mHz。
　?。?）針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶段可能出現(xiàn)多個(gè)衛(wèi)星故障的情況及當(dāng)前多故障RAIM算法計(jì)算量

5、較大的問(wèn)題，提出了一種基于信噪比異常檢測(cè)的多故障RAIM算法。該算法通過(guò)計(jì)算信噪比異常檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)故障衛(wèi)星，并結(jié)合最優(yōu)選星、定位解估計(jì)和接收機(jī)鐘差檢驗(yàn)等處理過(guò)程，在檢測(cè)和排除多個(gè)故障衛(wèi)星后提高定位精度的同時(shí)，有效減少了計(jì)算復(fù)雜度。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在模擬3顆衛(wèi)星故障的條件下，可以有效檢測(cè)出存在信噪比異常的故障衛(wèi)星，與傳統(tǒng) RAIM方法比較，定位誤差由14.6m減少為3.5m，定位精度提高了約76%。進(jìn)一步通過(guò)分析信噪比線性模型及

6、異常檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量的概率特性，得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果與理論推導(dǎo)相一致。
　?。?）針對(duì)現(xiàn)有RAIM算法無(wú)法有效檢測(cè)微小緩變偽距偏差的不足，建立了以非相干積累增大歸一化等效偽距偏差的故障檢測(cè)模型，分別提出了基于非相干積累的奇偶矢量RAIM法和基于預(yù)測(cè)殘差滑動(dòng)積累的抗差EKF法。仿真結(jié)果表明：對(duì)于改進(jìn)的奇偶矢量法，對(duì)偽距偏差符號(hào)不敏感，在要求檢測(cè)性能一致且積累歷元數(shù)目為10的條件下，提出方法的可檢測(cè)最小偽距偏差由傳統(tǒng)方法的2.4m減小為0.78m。