[发明专利]一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法

说明书

本发明公开了一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法。该方法针对传统组合导航系统中噪声级慢变斜坡故障，通过卫星导航与惯导组合导航扩展卡尔曼滤波的过程量测矩阵以及系统状态协方差矩阵，构建递推式指数型完好性检测统计量，满足导航作业中虚警率和漏警率需求的前提下，设置递推时间间隔并进行检测统计量与检测阈值比较，最终完成完好性监测并及时向用户发出告警信息。本发明提出的组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法适用于单卫导系统、多星座导航系统以及组合导航系统，能够实现复杂电磁环境下组合导航接收机完备鲁棒的完好性，具有较强的组合导航接收机设计理论价值和工程应用价值。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)可为接收机提供定位、导航和授时服务，在各个行业领域都扮演着极其重要的地位。全球卫星导航系统目前主要包括美国的GPS、中国的BDS、欧洲的GALILEO和俄罗斯的GLONASS，导航接收机信号处理端通过提取GNSS导航电文，并根据各个导航系统接口控制文件计算卫星空间位置速度，进而实现接收机定位解算。惯性导航系统INS利用惯性敏感器(陀螺仪和加速度计)、基准参考方位以及初始位置姿态信息来确定载体姿态、速度和位置的自主式航位推算导航系统。INS反应时间短、体积小、质量轻、结构简单、通过适当的冗余配置，能够有效提高系统的精度和可靠性，具有自主性、隐蔽性、抗干扰、连续性和完备性等优点。

在卫星导航以外的“异质”导航信息辅助情况下进行完好性监测算法研究。随着全球卫星导航系统的不断发展和广泛应用，其完好性问题也越来越受到重视，尤其是涉及到生命安全的领域(如航空)，必须满足完好性标准要求。接收机自主完好性监测算法(RAIM)是目前公认比较有效的方法，然而在运行中需要冗余观测量，当可见卫星数量不足或GDOP黑洞或者RAIM黑洞情形下，用户接收机则不能进行完好性监测。外部辅助系统可以提供额外冗余信息，目前常用的是惯性导航系统。当RAIM没有多余的卫星量测信息时，INS可以保证系统连续性的运行。传统噪声级的故障量测中主要变现在斜坡故障，具体包括快变斜坡故障和慢变斜坡故障，其中最难检测的是慢变斜坡故障。

针对传统卫星导航系统或者组合导航系统中的噪声级慢变斜坡故障，如何快速检测出传统组合导航系统中的阶跃故障、快变斜坡故障以及同时能够高效检测出慢变斜坡故障，目前成为了一种新的技术需求。针对上述难题，本发明提出了一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法。该方法适用于单卫导系统、多星座导航系统以及组合导航系统中的慢变斜坡故障完好性检测，能够实现复杂电磁环境下组合导航接收机完备鲁棒的完好性，具有较强的组合导航接收机设计理论价值和工程应用价值。

(二)技术方案

本发明提出了一种组合导航慢变斜坡故障完好性监测方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：组合导航接收机将GNSS卫星信号进行下变频、捕获跟踪、数据同步处理，提取出GNSS量测值；

步骤2：通过INS陀螺仪和加速度计测量值更新INS姿态、速度和位置信息；

步骤3：GNSS和INS进行组合导航扩展卡尔曼滤波；

步骤4：提取INS/GNSS组合导航量测误差矩阵和系统状态协方差矩阵；

步骤5：递推时间间隔以及检测统计量参数设置；

步骤6：构造递推式指数型检测统计量并进行阈值比较，发送完好性告警信息。

优选的，步骤1中所述GNSS采用GPS。