[发明专利]基于奇偶矢量法的双星故障识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航和定位技术，特别涉及全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)方法。

背景技术

GNSS接收机在得到导航解的同时，必须顾及伪距偏差对导航解的影响。引起伪距偏差的主要因素有较大的卫星钟漂、导航电文数据的不正确以及卫星组成部分的故障，这里统称为卫星故障。由于系统无法保证对卫星故障的反应时间，那么卫星故障的快速监测只有在用户端进行，因而出现了接收机自主完好性监测方法。

RAIM利用冗余测距信号来检测能引起较大定位偏差的卫星错误。通常RAIM包含两个功能：故障检测(Fault Detection)和故障识别(Fault Identification)。较为常用的RAIM方法包括：距离比较法、最小二乘法和奇偶矢量法。但这些方法都是基于一个故障卫星的假设前提下的。随着空中卫星数目不断增加，两颗或者多颗卫星同时发生故障的概率将不能再被忽略。

传统的故障卫星识别方法不能直接用于多颗故障卫星识别，而关于多颗故障卫星的识别方法尚不完善。例如，奇偶矢量方法用于两颗故障卫星识别时会出现故障偏差抵消，并由此带来漏判和误判的情况。

奇偶矢量法识别一颗故障卫星的原理如下：

接收机定位解算的基本观测方程为：

y＝Hx+e                      (1)

式(1)中，y是伪距观测值的残差向量，H是观测矩阵，x是待计算的接收机位置残差及接收机时钟误差，e为伪距观测值的测量误差。

当无故障卫星存在时，认为测量误差e服从方差为的正态分布；当有故障卫星存在时，故障卫星的伪距出现偏差，此时，e不再服从正态分布。

应用奇偶矢量法进行故障卫星检测与识别时，首先将观测矩阵H分解为一个正交矩阵Q与一个上三角矩阵R的积，即令：

H＝QR                         (2)

将矩阵Q的转置矩阵Q^T分块：

QT=QxQp---(3)]]>

式(3)中，Q_p∈R^(n-4)×n为奇偶空间矩阵，其中n为卫星数目，Q_x为Q^T的前四行，则：

p＝Q_py＝Q_pe              (4)

式(4)中，p为奇偶矢量。伪距残差平方和SSE可以用奇偶矢量p来构造：

SSE＝p^Tp             (5)

不存在故障卫星时，服从自由度为(n-4)的中心化卡方分布，即存在故障卫星时，服从非中心化的卡方分布，即λ为非中心化参数。因此，可以构造故障检测判决量

σ^n=SSEn-4---(6)]]>

当全局虚警概率α₀给定后可以计算故障检测门限σ_T，n为：