一種基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的完好性處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的完好性處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航完好性最初起源于民用航空用戶對系統(tǒng)的高可靠性的需求。衛(wèi)星的某些錯誤將會引起測距錯誤，從而降低用戶的安全性與完好性。尤其對于某些系統(tǒng)故障，地面監(jiān)測站要經(jīng)過半小時甚至幾個小時才能發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果是導(dǎo)致許多航空用戶會接收和使用一顆或數(shù)顆失效衛(wèi)星的錯誤信息，從而使這些用戶的定位偏離當(dāng)前其所在的位置達(dá)數(shù)十公里，對航行安全性危害極大，對于民用航空應(yīng)用是不允許的，必須予以重視。而隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，對航空安全提出了挑戰(zhàn)，完好性監(jiān)測問題愈發(fā)凸顯。
[0003]目前導(dǎo)航衛(wèi)星完好性監(jiān)測方法通常有3種，即廣域增強(qiáng)系統(tǒng)、地面增強(qiáng)完好性監(jiān)測和接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(RA頂)。接收機(jī)自主完好性監(jiān)視是利用接收機(jī)自身的冗余觀測值進(jìn)行衛(wèi)星故障的檢測識別。它無需外部設(shè)備的輔助，花費(fèi)較低，容易實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種完好性監(jiān)視算法，該方法較其它2種監(jiān)測方法日益凸顯其優(yōu)越性。
[0004]通?；谧钚《藲埐詈头ǖ耐旰眯运惴ㄊ紫仍O(shè)定故障星檢驗(yàn)判別的虛警率及漏警率，然后以觀測衛(wèi)星數(shù)量及幾何結(jié)構(gòu)判斷是否滿足完好性的完善性保證條件，再以最小二乘殘差均方根是否大于計(jì)算的門限來判斷是否存在故障衛(wèi)星，最后判斷最小二乘殘差最大值所對應(yīng)的衛(wèi)星是否為故障星。
[0005]但在工程應(yīng)用中，特別是衛(wèi)星接收機(jī)工作環(huán)境惡劣的情況下，可用衛(wèi)星數(shù)量少且因?yàn)槎嗦窂降雀鞣N原因很容易導(dǎo)致故障衛(wèi)星的出現(xiàn)，而在此情況下常規(guī)的基于最小二乘殘差和法的完好性算法往往不滿足完好性的完善性保證條件且誤判的可能性較大，從而無法進(jìn)行故障衛(wèi)星剔除而導(dǎo)致接收機(jī)PNT(定位、導(dǎo)航及授時)解算失敗或性能劣變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的完好性處理方法，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的RA頂最小二乘殘差和法對地理環(huán)境和觀測衛(wèi)星結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，不能應(yīng)用于地理環(huán)境不好和衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)差的情況，且故障衛(wèi)星識別只依據(jù)衛(wèi)星偽距殘差，很容易出現(xiàn)誤剔的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的完好性處理方法，包括如下步驟:
步驟1、接收機(jī)天線捕獲并跟蹤來自衛(wèi)星的信號，根據(jù)導(dǎo)航電文剔除異常衛(wèi)星；
步驟2、根據(jù)接收衛(wèi)星數(shù)量，進(jìn)行載噪比和仰角融合剔星，剔除異常衛(wèi)星；
步驟3、根據(jù)不同的觀測衛(wèi)星數(shù)量，設(shè)置最多可剔除的衛(wèi)星數(shù)NT，殘差最大門限值Td，定位精度要求下的誤差門限值6T;
步驟4、檢測當(dāng)前故障星總數(shù)是否小于等于NT，若是，轉(zhuǎn)到步驟5，若否，轉(zhuǎn)到步驟10; 步驟5、選取當(dāng)前全部可用衛(wèi)星計(jì)算基于偽距殘差向量的驗(yàn)后單位權(quán)中誤差6及殘差絕對值最大值Vmax，檢測驗(yàn)后單位權(quán)中誤差6是否滿足小于等于誤差門限值6T及殘差絕對值最大值Vmax是否滿足小于等于殘差最大門限值Td，如果都滿足要求則轉(zhuǎn)到步驟9;否則轉(zhuǎn)到步驟6;
步驟6、對各個衛(wèi)星對應(yīng)的最小二乘殘差按大小帶正負(fù)符號排序，選取前NI個和后N2個的殘差邊緣值作為預(yù)選故障星檢驗(yàn)對象，即“擬故障衛(wèi)星”；
步驟7、依次剔除一顆“擬故障衛(wèi)星”，進(jìn)行最小二乘定位解算并根據(jù)殘差計(jì)算定位誤差;
步驟8、對經(jīng)過步驟7計(jì)算的N1+N2個定位誤差進(jìn)行排序，認(rèn)為最小驗(yàn)后單位權(quán)中誤差對應(yīng)的那顆“擬故障衛(wèi)星”為故障星，轉(zhuǎn)到步驟4;
步驟9、故障衛(wèi)星已剔除，輸出結(jié)果；
步驟10、無法判斷是否存在故障衛(wèi)星，輸出結(jié)果。
[0008]步驟I具體包括如下步驟:
步驟101、接收機(jī)天線捕獲并跟蹤來自衛(wèi)星的信號，解調(diào)出衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，得到衛(wèi)星位置、鐘差、大氣改正、載噪比和仰角修正參數(shù)；
步驟102、根據(jù)導(dǎo)航電文的內(nèi)容和格式來判斷校驗(yàn)是否存在誤碼，剔除掉含有誤碼的導(dǎo)航電文對應(yīng)的故障衛(wèi)星；
步驟103、對跟蹤到的可用的衛(wèi)星的位置和運(yùn)動軌跡的連續(xù)性進(jìn)行判斷衛(wèi)星導(dǎo)航電文的正確性，剔除掉存在跳變異常的故障衛(wèi)星。
[0009]步驟2具體包括如下步驟:
步驟201、根據(jù)接收衛(wèi)星數(shù)量，設(shè)置最大前端載噪比門限和仰角門限；
步驟202、對于衛(wèi)星數(shù)小于等于7顆的，優(yōu)先剔除載噪比和仰角都不滿足門限值要求的衛(wèi)星；
步驟203、對于衛(wèi)星數(shù)大于7顆的，剔除載噪比或者仰角不滿足門限值要求的衛(wèi)星。
[0010]本發(fā)明適用于接收單模/雙模/多模的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
[0011]步驟201中，接收衛(wèi)星數(shù)量25(4+NUM，NUM為接收衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的數(shù)量，單模時為I，雙模時為2，三模時為3，依次類推)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于從整體和系統(tǒng)出發(fā)剔除掉故障衛(wèi)星，在理論上，對傳統(tǒng)的RAIM最小二乘殘差和法進(jìn)行改善，優(yōu)化算法，考慮到殘差不僅受到粗差影響，而且還受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如觀測方程系數(shù)陣，觀測權(quán)陣等)的制約，特別是存在“杠桿觀測”時，常有“保差”及“粗差轉(zhuǎn)移”的現(xiàn)象，造成粗差難于定位，針對上述缺陷本專利除了考慮單個殘差因素外還考慮到剔除某衛(wèi)星后重新定位時的中誤差，二者結(jié)合起來剔除故障衛(wèi)星，循環(huán)剔星?；谳d噪比和仰角融合的故障衛(wèi)星剔除，提高衛(wèi)星可用率，減小誤剔率。去除計(jì)算復(fù)雜要求嚴(yán)格的RA頂完善性保證條件，用簡便的定位精度和剔星數(shù)量門限共同的約束進(jìn)而提高低可見衛(wèi)星下和觀測衛(wèi)星結(jié)構(gòu)差時的RA頂算法可用性。
[0013]本發(fā)明無需進(jìn)行要求嚴(yán)格的RA頂完善性保證，通過試驗(yàn)表明本發(fā)明基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的RAIM算法可以正確地識別出故障衛(wèi)星，對利用BD+GPS雙模進(jìn)行定位、導(dǎo)航和授時提供了衛(wèi)星的可靠性保障，是一種用戶端的簡便、快速、有效的故障衛(wèi)星識別方法。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明重點(diǎn)針對以BD+GPS雙模為例子介紹基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的故障星剔除方法，各衛(wèi)星偽距觀測視為等權(quán)觀測。
[0016]如圖1所示，一種基于最小二乘殘差邊緣檢驗(yàn)的完好性處理方法，包括如下步驟:步驟1、接收機(jī)天線捕獲并跟蹤來自衛(wèi)星的信號，根據(jù)導(dǎo)航電文剔除異常衛(wèi)星；
步驟2、根據(jù)接收衛(wèi)星數(shù)量，進(jìn)行載噪比和仰角融合剔星，剔除異常衛(wèi)星