[發(fā)明專利]一種基于INS輔助的導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011409137.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112698371A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小匯;吳孔陽(yáng);郭海玉;于美婷;王思鑫;姚闖;袁粵林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/42
• 分類號(hào): G01S19/42;G01S19/39
• 代理公司: 湖南企企衛(wèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發(fā)明提供一種基于INS輔助的導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)方法。技術(shù)方案是：第一步，構(gòu)造兩顆虛擬衛(wèi)星，選擇一顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星，計(jì)算INS與上述三顆衛(wèi)星的虛擬偽距觀測(cè)值；第二步，計(jì)算INS與第一步所述三顆衛(wèi)星的虛擬偽距估計(jì)值；第三步，計(jì)算GNSS用戶與可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星的偽距估計(jì)值；第四步，利用擴(kuò)展偽距方程組計(jì)算用戶位置和鐘差；第五步，進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)。本發(fā)明只需兩顆GNSS衛(wèi)星即可進(jìn)行導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)，適用性強(qiáng)，能夠較好地應(yīng)用于干擾或遮擋等信號(hào)條件下。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)是指利用GNSS(Global Navigation Satel l iteSystem，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航的用戶，對(duì)所接收GNSS信號(hào)的正確性進(jìn)行判斷，以確保使用正確的GNSS信號(hào)進(jìn)行定位。GNSS信號(hào)容易受到電磁干擾、遮擋及多徑效應(yīng)影響，使得用戶接收機(jī)出現(xiàn)信息缺失或者信息錯(cuò)誤等現(xiàn)象，造成用戶定位結(jié)果出現(xiàn)較大偏差或者無(wú)法定位，可能對(duì)用戶安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。比如在對(duì)生命安全性能要求較高的航空用戶中，其造成的后果可能是災(zāi)難性的。

此外，對(duì)于使用GNSS進(jìn)行導(dǎo)航的武器裝備，還可能會(huì)受到敵方有針對(duì)性的電磁攻擊，導(dǎo)致GNSS信號(hào)受到嚴(yán)重干擾，使用戶定位性能下降甚至完全失效，從而給終端指揮控制、實(shí)施精確打擊造成困難，降低了武器裝備的作戰(zhàn)能力，難以對(duì)敵方造成實(shí)質(zhì)性威脅。

考慮到GNSS的建設(shè)成本及便利性，現(xiàn)有對(duì)GNSS信號(hào)完好性監(jiān)測(cè)的研究，主要集中在用戶自主完好性監(jiān)測(cè)技術(shù)上。其原理是，利用冗余測(cè)距信息的一致性校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)GNSS信號(hào)的正確性檢測(cè)。現(xiàn)有的檢測(cè)方法，參見(jiàn)文獻(xiàn) [1]。該檢測(cè)算法需要至少5顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星，計(jì)算GNSS用戶與每顆可見(jiàn)GNSS 衛(wèi)星的偽距估計(jì)值，利用上述偽距估計(jì)值構(gòu)建偽距觀測(cè)方程組，通過(guò)解方程組求得偽距殘差，利用偽距殘差計(jì)算故障檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，并通過(guò)與門(mén)限對(duì)比確定信號(hào)的正確性。該方法至少需要5顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星才能進(jìn)行正確性監(jiān)測(cè)，因此在復(fù)雜的電磁干擾以及遮擋環(huán)境下該方法實(shí)用性差。

近些年，隨著自主導(dǎo)航技術(shù)的深入發(fā)展，通過(guò)組合導(dǎo)航技術(shù)來(lái)提高使用GNSS武器裝備的抗干擾能力和導(dǎo)航定位的可靠性成為研究的熱點(diǎn)。在組合導(dǎo)航技術(shù)中，INS(Inertial Navigation System，慣性導(dǎo)航系統(tǒng))作為衛(wèi)星導(dǎo)航的輔助手段，不僅可以提高用戶在干擾條件下的定位能力，而且用于用戶自主完好性監(jiān)測(cè)中，降低了監(jiān)測(cè)方法對(duì)可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星數(shù)的要求。在現(xiàn)有的基于INS輔助的GNSS信號(hào)監(jiān)測(cè)方法中，參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]，該方法利用至少3顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星計(jì)算偽距估計(jì)值構(gòu)建偽距觀測(cè)方程組，在求解偽距觀測(cè)方程組時(shí)，利用卡爾曼濾波過(guò)程計(jì)算偽距殘差，進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào)的正確性檢測(cè)，但是該方法的模型適用性較差，誤差敏感，在模型和用戶實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況存在偏差時(shí)結(jié)果誤差較大，適應(yīng)性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于INS輔助的導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在只有兩顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星情況下的自主完好性監(jiān)測(cè)。并且本發(fā)明提供的方法適用性強(qiáng)，對(duì)計(jì)算模型誤差不敏感，能夠用于各種信號(hào)條件下的自主完好性監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于INS輔助的導(dǎo)航用戶自主完好性監(jiān)測(cè)方法, 其特征在于，在計(jì)算偽距估計(jì)值構(gòu)建偽距觀測(cè)方程組時(shí)，構(gòu)造兩顆虛擬衛(wèi)星，選擇一顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星，計(jì)算INS與上述三顆衛(wèi)星的虛擬偽距估計(jì)值；然后與至少兩顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星的偽距觀測(cè)方程組成擴(kuò)展的偽距觀測(cè)方程組。

進(jìn)一步地，在構(gòu)造前述兩顆虛擬衛(wèi)星時(shí)，使得INS輸出的用戶位置與每顆虛擬衛(wèi)星的方向向量相互垂直；INS輸出的用戶位置與前述可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星的方向向量，垂直于INS輸出的用戶位置與前述兩顆虛擬衛(wèi)星構(gòu)成的平面；利用INS 輸出的用戶位置信息和兩顆虛擬衛(wèi)星的位置構(gòu)造兩個(gè)偽距觀測(cè)方程。

進(jìn)一步地，選擇一顆可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星時(shí)，選擇當(dāng)前可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星中仰角最大的衛(wèi)星。