[发明专利]惯性辅助卫星导航完好性检测装置及检测方法

说明书

技术领域

发明涉及一种惯性辅助卫星导航完好性检测装置及检测方法，属于卫星导航完好性检测的技术领域。

背景技术

卫星导航定位在当今经济和军事领域起着不可或缺的重要作用，世界各强国相继建设了自己的卫星导航定位系统，比如美国的GPS、前苏联的GLONASS、欧盟的Galileo和中国的北斗星导航系统。卫星导航系统的性能可以从它的精度、完好性、连续性和可用性等几个方面来考察，而卫星导航的完好性(Integrity)是至关重要的。

卫星导航系统的完好性是指卫星导航系统在使用过程中，发生故障或性能变坏所导致的误差超过可能接受的限定值(告警阀值)时，为用户提供及时、有效告警信息的能力。它包括两个方面的涵义，一是对于超过告警阀值的故障都要在给定的告警时间内提出报警；二是对于导航位置信息超过了告警阀值，而该事件被漏检的概率。卫星导航系统的完好性可用三个量化参数来描述：告警阀值、告警时间和完好性风险。

卫星导航系统的完好性在GPS、GLONASS等系统的建设阶段并没有受到充分的重视，然而在使用过程中却表现出了极其重要的作用。随着GPS等卫星导航定位系统应用的越来越广泛，对卫星导航定位系统的完好性要求越来越高，特别是对卫星导航定位系统完好性要求较高的领域，如航空精密进场、战机导航以及武器制导等方面。卫星导航系统的输出信息不可避免地会受到各种误差源的干扰而产生错误的定位信息，有时甚至还相当严重，这样会给用户的使用带来不便，甚至会产生严重的后果，造成极其重大的损失。因此，对于卫星导航定位系统的完好性检测是非常必要的，这也是本发明的目的。

对于卫星导航定位系统完好性的增强，必需采用检测技术，提高报警能力。实现该系统完善性的方法，对用户而言可分为两类：一类是外部检测，另一类是内部检测。外部检测又分为两种，一种是地基辅助系统完好性检测技术(GBASIM)；另一种是导航卫星自主完好性检测技术(SAIM)。GBASIM方法是在地球上设置地面检测系统，检测导航卫星的状况，当然也包括检测系统本身的情况，将故障发播给用户，该方法在早期仅进行GPS的完好性检测，故又称为GPS完善性通道(GIC)。近几年实现的WADGPS和LADGPS，地面检测站不仅给出误差改正数，也同时给出改正数的完善性信息。随着卫星技术更新，导航卫星自主完好性检测(SAIM)技术，越来越受到业界人士的重视，并开始深入研究，SAIM工作原理与WASS或LASS完好性检测技术基本相同，通过三台独立的导航信号接收机和相应的处理设备实现，生成完好性检测告警信息送给卫星的导航处理设备，卫星将完好性性检测信息搭载在导航信号中播发给用户。关于用户内部检测，又称为接收机自主完好性检测技术(RAIM)，它依靠载体内部使用的接收机本身或传感器信息辅助来实现完好性检测。

外部检测需要在系统之外另建地面监测站，或增加新的监测设备，投资较大并且技术复杂；内部检测无需外部设备的辅助，花费较低，容易实现，是目前应用较为广泛的一种完好性检测方法。当量测数据连续时内部检测的RAIM法被认为是最有效的方法，由于导航卫星会不可避免的受到干扰而导致不连贯，因此需要冗余测量来保障卫星导航的完好性检测。本发明提出采用惯性辅助检测卫星导航系统的完好性，在导航卫星不足时仍能保障系统可靠运行。惯性导航系统(INS)是典型的独立导航系统，在短时间内能保持高的精度，且不受外界干扰，但该方法的位置误差随时间积累。因此INS和卫星导航可以优势互补进行组合导航，不仅提高系统的整体导航精度，而且利于完好性检测，保障导航系统的连续性和可用性，具有快捷、可靠等优点。

关于卫星导航完好性检测技术的研究，尤其是GPS完好性检测技术研究，在国内外已有研究报道，这里不再赘述有关GBASIM和SAIM，这些系统无法保障故障检测的反应时间，那么故障的快速检测只有在用户端进行。目前采用较多的RAIM算法是利用当前伪距观测的快照(Snapshot)方法，包括伪距比较法、最小二乘残差法和奇偶矢量法，这三种方法对于存在一个故障偏差的情况有较好的效果，并且是等价的。奇偶矢量法相对简单，因而被普遍采用，并被RTCA推荐为基本算法。我国从上世纪90年代开始关注RAIM技术，但主要集中在RAIM算法本身，而未扩展到其它辅助系统上。