[发明专利]一种适用于多飞行器自由飞行的联合导航自主完好性监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空导航自主完好性监测领域，具体涉及一种适用于多飞行器自由飞行的联合导航自主完好性监测方法。

背景技术

近年以来，航空导航对完好性监测的需求日益增强。机载系统不仅要接收导航观测量，同时还需要鉴别所接收到的导航观测量是否能满足高安全性的定位需求。传统的导航自主完好性监测方法能够满足民用航空在航路和终端区非精密进近的完好性要求，但是对于自由飞行的飞行器(如通用航空器)而言，在山岭、峡谷、高原及都市等复杂环境下，由于导航信号的遮挡，导航卫星的可见性下降、观测误差增大，这些都将极大程度地影响机载终端的自主完好性监测性能，进而无法确保导航完好性。为了解决上述问题，提高自主完好性监测的灵敏度，使其能够在导航系统性能受限条件下确保导航完好性，成为一个亟待突破的技术难题。

故障检测和隔离是导航自主完好性监测的核心，故障检测的关键在于统计检测量的设定和检测门限的计算。传统的卫星导航自主完好性监测方法(RAIM)通过建立导航量测量估计误差的统计检测模型来实现对卫星故障的检测，该方法的性能主要由卫星的几何分布特性和可见卫星个数来决定，因此在卫星导航系统受限情况下其检测性能将受到较大影响；此外，由于缺少较完备的导航误差先验信息，传统的RAIM方法无法满足高级别的导航完好性要求。虽然研究人员先后提出星基增强系统(SBAS)和地基增强系统(GBAS)以增强完好性，但这两种完好性增强方法都需要部署地面站，无法应用于一些空域、地域较复杂环境下的飞行场景。因此，设计并实现高灵敏度、自主、灵活的空基导航自主完好性监测方法是本领域研究人员致力解决的难点之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提出一种适用于多飞行器自由飞行的联合导航自主完好性监测方法，利用各飞行器的导航观测信息建立联合导航故障统计检测模型的思想来解决复杂飞行环境下飞行器自主导航完好性监测的技术难题，提高了导航故障的检测灵敏度，有效保障了导航完好性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种适用于多飞行器自由飞行的联合导航自主完好性监测方法，所述方法适用于多飞行器自由飞行场景，各飞行器间通过航空无线通信网实现导航完好性信息的播发与接收，其特征在于能够在导航系统性能受限情况下提高导航故障的检测灵敏度，确保机载导航自主完好性的性能要求。所述方法包括如下步骤：

步骤A、每架飞行器根据机载导航设备计算其视野范围内的可见卫星，并根据所获得的导航观测量，建立导航解算方程；

步骤B、每架飞行器根据所建立导航解算方程和预估计的伪距观测量误差，计算导航位置残差；

步骤C、每架飞行器根据所计算得到的导航位置残差，建立统计检测量，该统计检测量服从卡方分布；

步骤D、选择其中一架飞行器作为主控端，各飞行器将统计检测量由航空通信网络播发至该主控端；

步骤E、主控端根据各飞行器的播发结果，建立最终的联合统计检测量，并根据预设定的虚警概率确定检测门限；

步骤F、主控端将最终的统计检测量和检测门限进行比较，以判断是否有故障发生；

步骤G、若检测到故障，则主控端向各飞行器播发告警信息；若没有检测到故障，直接执行步骤J；

步骤H、对故障卫星进行隔离，向各飞行器播发；

步骤I、计算所有可见卫星的最小检测偏差，以及最小检测偏差引起的定位误差；计算故障隔离卫星与其它剩余卫星的可区分度；

步骤J、找到最小检测偏差引起定位误差最大的卫星和可区分度最大的卫星，将其列为危险卫星；并对于剩余的可见卫星进行第二次检测；

步骤K、重复步骤F到步骤H，直到所有故障卫星都被检测和隔离；

步骤L、则由主控端计算保护级，并向各飞行器播发保护级信息。