[发明专利]特征斜率加权的最小二乘残差接收机自主完好性监测方法

说明书

本发明公开的特征斜率加权的最小二乘残差接收机自主完好性监测方法，属于卫星导航技术领域。本发明实现方法为，构造新的检验统计量，引入与各可见星特征斜率相关的设计权阵，对伪距的最小二乘残差矢量的各分量进行加权，以调节各可见星残差矢量在检验统计量中所占的比重，使检验统计量更准确的反映伪距偏差对定位误差的影响，使检验统计量更准确的反映伪距偏差对定位误差的影响，降低以最小二乘残差LSR方法完成接收机自主完好性监测RAIM时的漏检率和虚警率，为用户提供更为准确的完好性信息。本发明适用于GNSS的接收机自主完好性监测，应用于卫星导航技术领域，提高导航精度。

技术领域

本发明涉及一种特征斜率加权的最小二乘接收机自主完好性监测方法，属于卫星导航技术领域。

背景技术

接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM)方法是利用全球导航卫星系统(GNSS)观测信息的一致性实现GNSS完好性监测，对故障星进行检测、识别和隔离的方法。RAIM方法分为两种，快照法和序贯法，前者仅采用当前历元的观测值进行完好性监测，而后者需要联合多个过往历元的观测值。快照法由于计算简单、使用方便而被广泛使用。

快照法包括最小二乘残差(least squares residuals，LSR)法和奇偶矢量法两种，二者具有等效性。最小二乘残差法的原理是利用最小二乘法根据冗余观测量检测和识别卫星故障。选取观测量为伪距，以LSR实现RAIM的具体过程如下：

步骤一、存在观测偏差情况下，建立GNSS伪距观测方程

式中，ρⁱ为第i颗可见星(记作VS_i)(i＝1,…,K,K为可见星总数)和接收机间的伪距；Pⁱ＝(xⁱ,yⁱ,zⁱ)和P^u＝(x^u,y^u,z^u)分别为地心地固坐标(ECEF)系下VS_i和接收机的三维位置；c为光速；Δt为接收机钟差；ε为观测误差，包括观测噪声和观测偏差。

步骤二、对伪距观测方程进行线性化处理(泰勒展开)

式中，ρⁱ和Rⁱ分别为VS_i和接收机之间的伪距和真距，为接收机的近似位置。

步骤三、联立各可见星与接收机之间的线性化伪距方程得到

Z＝HX+ε [3]

式中，观测矩阵

其中前3个元素是到P^u的三维位置改正数；Z＝[ρ¹-R¹ … ρⁱ-Rⁱ … ρ^K-R^K]^T；ε＝[ε¹ … εⁱ … ε^K]^T，其中εⁱ表示VS_i的观测误差。

步骤四、根据最小二乘定位原理，得到X的最小二乘解为

P^u的最小二乘解为

设结合式和式可知伪距残差矢量ω为