[發(fā)明專利]一種多星座組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010617250.1
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102135621A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸偉寧;王千喜;翟羽佳;楊曉昆;胡強;李秋鳳;劉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天科工信息技術(shù)研究院
• 主分類號: G01S19/20
• 分類號: G01S19/20
• 代理公司: 北京中海智圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11282
• 代理人: 齊曉靜

1.一種多星座組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)進(jìn)行多星座系統(tǒng)時和空間坐標(biāo)的統(tǒng)一

1.1)進(jìn)行多星座系統(tǒng)時的統(tǒng)一：根據(jù)每一星座的系統(tǒng)時與UTC之間存在的固定轉(zhuǎn)換關(guān)系，將不同星座的系統(tǒng)時進(jìn)行粗略的解算，統(tǒng)一所有星座系統(tǒng)的系統(tǒng)時間；

各星座的系統(tǒng)時與UTC之間的鐘差由下述的偽距觀測方程得到：

ρig=[(x-Xig)2+(y-Yig)2+(z-Zig)2]1/2+cδTrg]]>

δTrg=[[(x-Xig)2+(y-Yig)2+(z-Zig)2]1/2-ρig]/c]]>

其中，上標(biāo)g表示系統(tǒng)序號，i為觀測值序號(i＝1，2，3，4，5)；(x，y，z)為接收機在選定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，(X^g，Y^g，Z^g)為利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式將各個星座中的觀測衛(wèi)星轉(zhuǎn)換到選定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；為接收機與各星座間的鐘差(r＝1，2...N)，是每顆可視衛(wèi)星的偽距觀測值，c是光速；

對于N個星座，接收機有N+3個需要測量的未知量，需要N+3個偽距觀測方程來求解，得到各星座的系統(tǒng)時與UTC之間的鐘差

1.2)進(jìn)行多星座空間坐標(biāo)的統(tǒng)一

空間坐標(biāo)的統(tǒng)一采用如下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式完成：

xyzsys1=ΔxΔyΔz+(1+m)1-θzθyθz1-θx-θyθx1xyzsys]]>

其中，(Δx，Δy，Δz)為地球中心偏移量，θ_x，θ_y，θ_z坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)角，m為比例因子，(x，y，z)_sys為待轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(x，y，z)_sys1為目標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)；

2)故障檢測可用性判定

2.1)判斷可視衛(wèi)星個數(shù)，如果可視衛(wèi)星個數(shù)＜N+3，說明故障檢測無法進(jìn)行，系統(tǒng)進(jìn)行完好性報警，否則繼續(xù)；

2.2)可用性判定：

首先求出故障檢測門限值σ_T，公式如下：

σT=σ0×T/n-4]]>

其中，σ₀為偽距測量誤差的方差值；n是可視衛(wèi)星的個數(shù)；門限值T由下式確定：

Pr(SSE/σ02<T2)=∫0T2fχ(n-4,λ)2(x)dx=1-PFA]]>

其中，P_FA為可容忍的虛警概率；為自由度為n-4的χ²分布的概率密度函數(shù)；為殘差統(tǒng)計平方和小于門限值T的統(tǒng)計概率；

式中：

SSE=vTWv/σ02]]>

v＝(I-G(G^TWG)^-1G^TW)ε

其中，G是由各衛(wèi)星至接收機的方向余弦向量構(gòu)成的線性化矩陣，ε是偽距誤差向量，W為n×n維觀測偽距權(quán)矩陣，I為單位陣；

假設(shè)第i顆衛(wèi)星存在故障，其偏差為b_i，SSE則服從自由度為n-4的非中心化χ²分布，非中心參數(shù)λ可以由下式得到：

λ=E(vTWv)/σ02=RPEi2/σ02δHDOPi2]]>

其中，

RPEi=(A1i2+A2i2)Wii2bi]]>

δHDOPi=HDOPi-HDOP=A1i2+A2i2Qvii]]>

A＝(G^TWG)^-1G^T

Q_v＝W^-1-G(G^TWG)^-1G^T

HDOP表示所有觀測衛(wèi)星的水平定位精度因子，HDOP_i表示去掉第i顆衛(wèi)星后的水平定位精度因子；

計算δHDOP_max；

故障檢驗前，實時就算出各衛(wèi)星對應(yīng)的HDOP_i，去并取其中的最大值為δHDOP_max；

計算水平定位誤差保護(hù)限值HPL，公式如下；

HPL=δHDOPmax×σ0×λ]]>

將HPL與水平誤差保護(hù)限值HAL比較，如果超限，則故障檢測不可用，系統(tǒng)進(jìn)行完好性報警，否則繼續(xù)；

3)故障判定

將實際觀測偽距的誤差的方差與步驟2)中求得的故障檢測門限值σ_T比較，如果則表示檢測到故障，工作繼續(xù)，否則工作結(jié)束；

4)識別并排除故障衛(wèi)星

4.1)判斷可視衛(wèi)星個數(shù)，如果可視衛(wèi)星個數(shù)＜N+4，故障識別無法進(jìn)行，系統(tǒng)進(jìn)行完好性報警，否則繼續(xù)；

4.2)識別故障衛(wèi)星：故障衛(wèi)星的識別采用特征線偏差線法，首先將觀測系數(shù)矩陣G進(jìn)行QR分解，得到矩陣Q^T：

QT=QXQP]]>

其中，Q_X為Q^T前4行，Q_P為Q^T剩下的n-4行；

奇偶?xì)埐钍噶縫為????p＝Q_Py＝Q_P(Gx+ε)＝Q_Pε

計算每顆衛(wèi)星的特征偏差線K_cha：

Kcha=Qp(1,i)Qp(2,i)]]>

計算奇偶空間矢量的特征偏差斜率K_p：

K_p＝p₁/p₂

其中，p₁與p₂是奇偶矢量p的元素，如果第i顆衛(wèi)星的K_cha與K_p非常接近，則第i顆衛(wèi)星被識別為故障衛(wèi)星；

4.3)排除故障衛(wèi)星：將分步驟4.2)中識別的故障衛(wèi)星排除；

5)重復(fù)步驟1)至步驟4)；

6)重復(fù)步驟2)和步驟3)，如果沒有故障，則證明已經(jīng)成功排除故障衛(wèi)星，工作結(jié)束，否則認(rèn)為此次測量數(shù)據(jù)無法完成自主完好性測試，系統(tǒng)進(jìn)行完好性報警。