[發明專利]一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法

在審

• 申請號: 201810088308.4
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108088470A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 朱柏承;孟鑫;孟凡琛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 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權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

本發明公開了一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法。該方法針對傳統組合導航系統中噪聲級慢變斜坡故障，通過衛星導航與慣導組合導航擴展卡爾曼濾波的過程量測矩陣以及系統狀態協方差矩陣，構建遞推式指數型完好性檢測統計量，滿足導航作業中虛警率和漏警率需求的前提下，設置遞推時間間隔并進行檢測統計量與檢測閾值比較，最終完成完好性監測并及時向用戶發出告警信息。本發明提出的組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法適用于單衛導系統、多星座導航系統以及組合導航系統，能夠實現復雜電磁環境下組合導航接收機完備魯棒的完好性，具有較強的組合導航接收機設計理論價值和工程應用價值。

技術領域

本發明屬于衛星導航技術領域，具體涉及一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法。

背景技術

全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)可為接收機提供定位、導航和授時服務，在各個行業領域都扮演著極其重要的地位。全球衛星導航系統目前主要包括美國的GPS、中國的BDS、歐洲的GALILEO和俄羅斯的GLONASS，導航接收機信號處理端通過提取GNSS導航電文，并根據各個導航系統接口控制文件計算衛星空間位置速度，進而實現接收機定位解算。慣性導航系統INS利用慣性敏感器(陀螺儀和加速度計)、基準參考方位以及初始位置姿態信息來確定載體姿態、速度和位置的自主式航位推算導航系統。INS反應時間短、體積小、質量輕、結構簡單、通過適當的冗余配置，能夠有效提高系統的精度和可靠性，具有自主性、隱蔽性、抗干擾、連續性和完備性等優點。

在衛星導航以外的“異質”導航信息輔助情況下進行完好性監測算法研究。隨著全球衛星導航系統的不斷發展和廣泛應用，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域(如航空)，必須滿足完好性標準要求。接收機自主完好性監測算法(RAIM)是目前公認比較有效的方法，然而在運行中需要冗余觀測量，當可見衛星數量不足或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測。外部輔助系統可以提供額外冗余信息，目前常用的是慣性導航系統。當RAIM沒有多余的衛星量測信息時，INS可以保證系統連續性的運行。傳統噪聲級的故障量測中主要變現在斜坡故障，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。

針對傳統衛星導航系統或者組合導航系統中的噪聲級慢變斜坡故障，如何快速檢測出傳統組合導航系統中的階躍故障、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需求。針對上述難題，本發明提出了一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法。該方法適用于單衛導系統、多星座導航系統以及組合導航系統中的慢變斜坡故障完好性檢測，能夠實現復雜電磁環境下組合導航接收機完備魯棒的完好性，具有較強的組合導航接收機設計理論價值和工程應用價值。

(二)技術方案

本發明提出了一種組合導航慢變斜坡故障完好性監測方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：組合導航接收機將GNSS衛星信號進行下變頻、捕獲跟蹤、數據同步處理，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、速度和位置信息；

步驟3：GNSS和INS進行組合導航擴展卡爾曼濾波；

步驟4：提取INS/GNSS組合導航量測誤差矩陣和系統狀態協方差矩陣；

步驟5：遞推時間間隔以及檢測統計量參數設置；

步驟6：構造遞推式指數型檢測統計量并進行閾值比較，發送完好性告警信息。

優選的，步驟1中所述GNSS采用GPS。