[發(fā)明專利]一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810088308.4
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108088470A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱柏承;孟鑫;孟凡琛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01S19/20
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

本發(fā)明公開了一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法。該方法針對傳統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中噪聲級慢變斜坡故障，通過衛(wèi)星導(dǎo)航與慣導(dǎo)組合導(dǎo)航擴展卡爾曼濾波的過程量測矩陣以及系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差矩陣，構(gòu)建遞推式指數(shù)型完好性檢測統(tǒng)計量，滿足導(dǎo)航作業(yè)中虛警率和漏警率需求的前提下，設(shè)置遞推時間間隔并進行檢測統(tǒng)計量與檢測閾值比較，最終完成完好性監(jiān)測并及時向用戶發(fā)出告警信息。本發(fā)明提出的組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法適用于單衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)、多星座導(dǎo)航系統(tǒng)以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下組合導(dǎo)航接收機完備魯棒的完好性，具有較強的組合導(dǎo)航接收機設(shè)計理論價值和工程應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)可為接收機提供定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，在各個行業(yè)領(lǐng)域都扮演著極其重要的地位。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前主要包括美國的GPS、中國的BDS、歐洲的GALILEO和俄羅斯的GLONASS，導(dǎo)航接收機信號處理端通過提取GNSS導(dǎo)航電文，并根據(jù)各個導(dǎo)航系統(tǒng)接口控制文件計算衛(wèi)星空間位置速度，進而實現(xiàn)接收機定位解算。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS利用慣性敏感器(陀螺儀和加速度計)、基準(zhǔn)參考方位以及初始位置姿態(tài)信息來確定載體姿態(tài)、速度和位置的自主式航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)。INS反應(yīng)時間短、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、通過適當(dāng)?shù)娜哂嗯渲茫軌蛴行岣呦到y(tǒng)的精度和可靠性，具有自主性、隱蔽性、抗干擾、連續(xù)性和完備性等優(yōu)點。

在衛(wèi)星導(dǎo)航以外的“異質(zhì)”導(dǎo)航信息輔助情況下進行完好性監(jiān)測算法研究。隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其完好性問題也越來越受到重視，尤其是涉及到生命安全的領(lǐng)域(如航空)，必須滿足完好性標(biāo)準(zhǔn)要求。接收機自主完好性監(jiān)測算法(RAIM)是目前公認(rèn)比較有效的方法，然而在運行中需要冗余觀測量，當(dāng)可見衛(wèi)星數(shù)量不足或GDOP黑洞或者RAIM黑洞情形下，用戶接收機則不能進行完好性監(jiān)測。外部輔助系統(tǒng)可以提供額外冗余信息，目前常用的是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)RAIM沒有多余的衛(wèi)星量測信息時，INS可以保證系統(tǒng)連續(xù)性的運行。傳統(tǒng)噪聲級的故障量測中主要變現(xiàn)在斜坡故障，具體包括快變斜坡故障和慢變斜坡故障，其中最難檢測的是慢變斜坡故障。

針對傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或者組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的噪聲級慢變斜坡故障，如何快速檢測出傳統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的階躍故障、快變斜坡故障以及同時能夠高效檢測出慢變斜坡故障，目前成為了一種新的技術(shù)需求。針對上述難題，本發(fā)明提出了一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法。該方法適用于單衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)、多星座導(dǎo)航系統(tǒng)以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的慢變斜坡故障完好性檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下組合導(dǎo)航接收機完備魯棒的完好性，具有較強的組合導(dǎo)航接收機設(shè)計理論價值和工程應(yīng)用價值。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提出了一種組合導(dǎo)航慢變斜坡故障完好性監(jiān)測方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：組合導(dǎo)航接收機將GNSS衛(wèi)星信號進行下變頻、捕獲跟蹤、數(shù)據(jù)同步處理，提取出GNSS量測值；

步驟2：通過INS陀螺儀和加速度計測量值更新INS姿態(tài)、速度和位置信息；

步驟3：GNSS和INS進行組合導(dǎo)航擴展卡爾曼濾波；

步驟4：提取INS/GNSS組合導(dǎo)航量測誤差矩陣和系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)方差矩陣；

步驟5：遞推時間間隔以及檢測統(tǒng)計量參數(shù)設(shè)置；

步驟6：構(gòu)造遞推式指數(shù)型檢測統(tǒng)計量并進行閾值比較，發(fā)送完好性告警信息。

優(yōu)選的，步驟1中所述GNSS采用GPS。