[發明專利]一種慢變斜坡故障完好性監測方法

在審

• 申請號: 201710644290.7
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107479069A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 丁子涵
• 申請（專利權）人: 天津博創金成技術開發有限公司
• 主分類號: G01S19/20
• 分類號: G01S19/20;G01S19/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及衛星導航完好性監測技術，屬于衛星導航技術領域，具體涉及一種慢變斜坡故障完好性監測方法。

背景技術

全球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System, GNSS）能夠為接收機提供全天候導航、定位與授時服務，在軍事和民用領域扮演著極其重要的地位。慣性導航系統（Inertial Navigation System, INS），是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量（如無線電導航那樣）的自主式導航系統。其工作環境不僅包括空中、地面，還可以在水下。慣性導航的基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標系中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。慣性導航系統屬于推算導航方式，即從一已知點的位置根據連續測得的運動體航向角和速度推算出其下一點的位置，因而可連續測出運動體的當前位置。慣性導航系統中的陀螺儀用來形成一個導航坐標系，使加速度計的測量軸穩定在該坐標系中，并給出航向和姿態角；加速度計用來測量運動體的加速度，經過對時間的一次積分得到速度，速度再經過對時間的一次積分即可得到位移。

GNSS/INS深組合導航系統是目前研究的熱點，是一種深層次的組合模型，涉及到GNSS接收機內部跟蹤環路，數據信息融合的程度更加深入。其本質表現為：利用INS導航解算信息和衛星星歷，計算得到載體至衛星視線方向的多普勒頻移，并實時反饋至GNSS接收機跟蹤環路，使GNSS接收機對動態應力不敏感；同時利用組合導航濾波器輸出信息修正INS，使GNSS接收機跟蹤環路僅跟蹤由INS解算誤差、GNSS接收機晶振、外部噪聲等導致的多普勒頻移誤差，有效提高GNSS信號跟蹤性能。當GNSS信號受干擾或遮擋時，INS導航解算信息可以實現無縫導航，同時可以預測載體的動態信息，對GNSS信號的多普勒頻移和相位偏移進行連續估計，提高GNSS信號重新捕獲能力。

然而GNSS/INS組合導航系統中，由于慣導器件中陀螺儀隨機游走誤差、加速度計隨機漂移誤差，造成慣導器件的慢變斜坡偏移，通常表現為0.5m/s的量測誤差波動，這也是傳統組合導航系統完好性監測技術中最難監測到的故障誤差源。

對比文件1（一種基于動力學模型輔助的衛星完好性監測方法，CN201610107491.9）公開了一種基于動力學模型輔助的衛星完好性監測方法，屬于組合導航、故障診斷技術領域。該方法利用運動載體的動力學模型，與搭載的其他導航傳感器相結合，實現衛星導航系統的用戶端自主完好性監測，并采用多模型濾波框架實現慣性/動力學模型/衛星導航系統信息的融合和狀態估計，采用多解分離方法實現衛星故障的檢測與隔離。

對比文件2（一種實時在線評估導航系統精確度和完好性的方法，CN201410307317.X）公開了一種實時在線評估導航系統精確度和完好性的方法，該方法針對導航系統信息融合的特點，基于協方差矩陣的多維高斯概率分布特性和包容半徑閾值的瑞利概率分布特性，通過概率轉換，能夠實現對導航系統實際導航精確度和完好性的實時在線估計。該方法充分利用組合導航的濾波信息，大大提升了運算速度，滿足導航系統性能監視的實時性需求，并確保足夠的置信度。

上述對比文件1中采用多解分離方法，即傳統MSS算法進行故障衛星檢測與隔離，但MSS算法針對階躍故障具有較好的檢測識別性能，但對于本發明所提的慢變斜坡故障，檢測效果較差；對比文件2采用組合導航濾波信息及導航系統信息融合進行完好性監測，同樣對于慢變斜坡故障檢測效果較差，只能針對偽距量測值的突變即階躍故障進行較好的檢測，而無法及時檢測出組合導航系統中的慢變斜坡故障。因此，設計出一種能夠高效檢測與識別出組合導航系統中的慢變斜坡故障完好性監測技術，成為了衛星導航領域新的技術需求。

發明內容

（一）要解決的技術問題

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提出了一種慢變斜坡故障完好性監測方法。該方法借助于組合導航卡爾曼濾波多步外推估計量，構建外推型檢測統計量，并與虛警率下的理論檢測門限值比較，能夠有效進行慢變斜坡故障完好性檢測，性能遠優于傳統完好性監測算法。

（二）技術方案

本發明提出了一種慢變斜坡故障完好性監測方法，該方法包括如下步驟：

步驟S1：組合導航接收機將GNSS信號進行下變頻、濾波放大、自動增益控制、捕獲跟蹤、子幀同步處理；

步驟S2：提取出GNSS導航電文，并計算出衛星空間位置和速度信息；