[發明專利]一種GNSS狀態域慢變斜坡故障完好性監測方法

有效

• 申請號: 202011288910.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112558112B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 張秋昭;余章俊;孫澳;鄭南山;孟曉林
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01S19/20
• 分類號: G01S19/20;G01S19/23
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 孟潔

本發明公開一種GNSS狀態域慢變斜坡故障完好性監測方法，利用遞推原理，確定遞推周期，通過GNSS擴展卡爾曼濾波得到“狀態新息”即先驗狀態估計與后驗狀態估計二者之差及其協方差矩陣，構建遞推監測統計量；根據不同導航定位應用領域的實際誤警率需求，確定監測閾值；將監測統計量與監測閾值進行比較，完成狀態域的慢變斜坡故障完好性監測，若監測統計量大于監測閾值，則向用戶發出報警，否則，繼續下一歷元的完好性監測。本發明直接從GNSS的狀態域展開，通過描述系統的狀態值進行慢變斜坡故障完好性監測，且能夠在線實時運作，為從定位結果角度進行慢變斜坡故障完好性監測這一技術領域提供了新思路。

技術領域

本發明涉及一種GNSS狀態域完好性檢測方法，具體是一種GNSS狀態域慢變斜坡故障完好性監測方法，屬于衛星監測技術領域。

背景技術

完好性指的是當GNSS系統出現故障或者定位結果的誤差超出限值時，能夠及時向用戶發出警報的能力。當前隨著GPS、GLONASS、BDS、Galileo等導航系統的發展完善，GNSS系統在航空、軍事等關鍵領域的作用舉足輕重，為了滿足各專業領域用戶的安全需求，研究GNSS系統完好性對于我國北斗衛星導航系統的現代化至關重要。

當前GNSS完好性監測方法主要分為兩類：一類是采用外界增強系統如星基增強系統、地基增強系統等來輔助完好性監測；另外一類是接收機自主完好性監測RAIM。由于外部增強法需要借助外部輔助設備，因此，具有成本高、自主性差等缺點，而RAIM憑借成本低、自主性強、算法簡單等優點應用廣泛。RAIM的主要原理是利用冗余的GNSS信息自主進行故障探測與識別，RAIM的概念最早由Kalafus于1987年提出，Brown于1988年提出解的最大距離法；后來被Pervan等和Blanch等推廣到多衛星同時出差錯的情況，并發展成為多假設解距離法；Lee于1986年提出偽距比較法；Parkinson于1988年提出最小二乘殘差法；Sturza于1988年提出奇偶矢量法；在噪聲服從高斯分布的情況下，偽距比較法、最小二乘殘差法和奇偶矢量法具有等效性；上述方法由于對階躍故障的檢測能力較強，因此，被統稱為“快照法”。

“快照法”雖然對階躍故障以及快變故障有很好的檢測效果，但對于慢變斜坡故障非常的遲鈍，因為“快照法”的監測統計量是通過當前歷元的量測誤差建立的，當每個歷元的量測誤差一直保持很小，而總體誤差逐漸累積增大時，“快照法”就“失靈”了。為此，國內外很多學者針對慢變斜坡故障展開了研究，當前主流的慢變斜坡故障完好性監測算法為基于量測域的新息外推法，還有在其基礎上發展的速率檢測法，部分學者還引入最小二乘支持向量機來輔助慢變斜坡故障完好性監測。

總體來說，當前的慢變斜坡故障完好性監測算法大多從量測域展開，但從實際應用的角度來說，用戶往往關心的是作為最終定位結果的狀態值，而非作為中間量的量測值，且在描述GNSS系統的完好性這一方面，量測值遠沒有狀態值直截了當，很多情況下量測值的故障并不一定表示最終狀態值故障，因此，有必要針對慢變斜坡故障研究一種直接從狀態域展開的完好性監測算法。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種GNSS狀態域慢變斜坡故障完好性監測方法，能夠直接從GNSS系統的狀態域展開，通過描述系統的狀態值進行慢變斜坡故障完好性監測，使使用者直截了當的看到最終狀態值故障。

本發明一種GNSS狀態域慢變斜坡故障完好性監測方法，包括以下步驟：

S1：初始化：定義接收機的初始狀態值與誤警率P_FA；

S2：通過GNSS擴展卡爾曼濾波，得到k歷元的后驗狀態估計值及其協方差矩陣

S3：確定遞推周期m

若m≥k，則采用經典狀態域完好性監測方法進行監測；