[發明專利]一種監測站偽距觀測序列輔助的導航衛星故障檢測方法

有效

• 申請號: 202011100804.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112269193B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 周建華;劉勇;趙金賢;孫健;馮煒;韋官余;閆芳君;羅凱;李躍躍;楊浩;徐歡;樊煥貞;薛潤民;房紅征
• 申請（專利權）人: 周建華;劉勇;中國人民解放軍61081部隊
• 主分類號: G01S19/20
• 分類號: G01S19/20;G01S19/23
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 鄒仕娟

1.一種監測站偽距觀測序列輔助的導航衛星故障檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括：

步驟S1：監測站采集M個歷元時刻的偽距觀測量，并進行預處理；

步驟S2：計算當前歷元時刻和上一歷元時刻的偽距觀測量變化量，并對M-1個變化量進行正態分布一致性檢驗，判斷各歷元時刻的偽距觀測量是否異常；

步驟S3：對判定為異常的所有偽距觀測量進行數據關聯性分析，如果各異常偽距觀測量的相關性達到相關性閾值，則判定為衛星存在故障；

所述步驟S1中，對偽距觀測量進行預處理，包括如下步驟：

步驟S11：獲取各偽距觀測量的時間序列，并計算各偽距觀測量的歷元間變化量，并通過式(1)計算各偽距觀測量的歷元間變化量：

式(1)中，s為衛星編號；k為歷元時刻，取值為1至M；i為偽距觀測量的編號；ρ和Δρ分別為偽距觀測量和偽距觀測量變化量；

步驟S12：計算固定時間窗內各歷元間偽距觀測量變化量的均值和方差，并通過式(2)計算固定時間窗內各歷元間偽距觀測量變化量的均值和方差：

式(2)中，l為固定時間窗口的長度；u為均值；σ為標準差，t代表當前歷元時刻；

步驟S13：根據所計算的均值和方差，基于正態分布假設，剔除異常偽距觀測量；剔除異常偽距觀測量時，首先構造如下假設檢驗：

H₀：r₁T₁，H₁：r₁≥T₁ (3)

式(3)中，H₀為原假設，表示無異常；H₁為備選假設，表示有異常；r₁為檢驗統計量；T₁為檢驗閾值；

檢驗統計量r₁由偽距變化量構造，如式(4)：

式(4)中，N(0,1)表示標準正態分布；

檢驗閾值T₁由檢驗顯著性水平a確定，如式(5)：

T₁＝N_1-a/2(0,1) (5)

式(5)中，a為檢驗顯著性水平，檢驗閾值取值為T₁＝3σ；

當檢驗統計量r₁大于檢測閾值T₁時，剔除對應的觀測數據；

步驟S14：采用濾波算法對剩余觀測量進行平滑濾波，得到預處理后的偽距觀測量；

在步驟S2中，對各偽距觀測量變化量進行正態分布一致性檢驗，過程如下：

構造如下假設檢驗

H₀：r₂T₂，H₁：r₂≥T₂ (8)

式中，H₀為原假設，表示無異常；H₁為備選假設，表示有異常；r₂為檢驗統計量；T₂為檢驗閾值；

檢驗統計量r₂的構造如下：

式(9)中，u_k-1和σ_k-1為k-1時刻固定時間窗內偽距變化量的均值和標準差；

檢驗閾值T₂由檢驗顯著性水平a確定，如式(9)：

T₂＝N_1-a/2(0,1) (10)

式(10)中，a為檢驗顯著性水平，檢驗閾值取值為T₂＝2σ；

當檢驗統計量r₂大于檢測閾值T₂時，表明當前歷元時刻的觀測量與上一個歷元時刻的數據不滿足正態分布的一致性，對應的當前觀測量判定為異常；

在步驟S3中，對判定為異常的所有偽距觀測量進行關聯性分析，首先構造如下假設檢驗：

H₀：r_X,YC，H₁：r_X,Y≥C (11)

式(11)中，H₀為原假設，表示X與Y若相關或不相關；H₁為備選假設，表示X與Y具有強相關性；r_X,Y為X與Y的相關系數；C為檢驗閾值，由檢驗限制性水平β和自由度l-2確定；各異常觀測量相關系數的計算公式為：

式(12)中，X表示第i個異常觀測量的時間序列；Y表示第j個異常觀測量的時間序列；表示第i個異常觀測量的時間序列的偽距觀測量變化量均值；表示第j個異常觀測量的時間序列的偽距觀測量變化量均值；

當檢驗統計量r_X,Y大于檢測閾值C時，表明觀測序列X與Y具有強相關性；如果各觀測量均具有強相關性則判定衛星發生故障。

2.根據權利要求1所述的監測站偽距觀測序列輔助的導航衛星故障檢測方法，其特征在于，所述步驟S14中：

所述濾波算法采用Savitzky-Golay濾波算法；

所述對剩余觀測量進行平滑濾波，包括如下步驟：

步驟S141：對長度為l的固定時間窗內的觀測數據進行多項式擬合，如式(6)：

式(6)中，p(i)為擬合的多項式函數；a_m為多項式系數；m為多項式階次；n為多項式階數；

步驟S142：計算擬合多項式的最小二乘擬合殘差，計算擬合多項式系數：

步驟S143：根據擬合多項式p(i)對觀測數據進行平滑濾波。