[发明专利]一种GNSS接收机自主完好性监测方法

说明书

本发明公开了一种GNSS接收机自主完好性监测方法，涉及接收机自主完好性监测技术，属于测量测试的技术领域。该方法采用基于CKF和新息外推法实现GNSS接收机自主完好性的监测，由新息外推过程中产生的新息及其方差‑协方差阵构建每一次外推时刻的检验统计量，能够检验微小缓变伪距偏差，采用机器学习算法对各外推时刻的检验统计量进行判别和分类的同时动态更新用于生成机器学习法则的故障数据库，在线学习未建模故障类型的判断法则，具有计算量较少、精度适宜、适用于非线性系统且能高置信度地监测微小缓变伪距偏差的优点。

技术领域

本发明公开了一种GNSS接收机自主完好性监测方法，涉及接收机自主完好性监测技术，属于测量测试的技术领域。

背景技术

对RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，接收机自主完好性监测)的研究始于上世纪80年代中期。在1986年的美国导航学会上，Y.C.Lee提出了距离比较法，即，在每次做出完好性决策时只采用当前历元的观测量，根据五颗卫星距离误差的加权和判断是否存在故障，该方法只能用于检测故障却不能确定故障卫星。次年，R.M.Kalafus正式提出了RAIM的概念并论证了故障探测和故障隔离所需的最小卫星数。1988年，BradfordW.Parkinson通过对残差进行处理提出了最小二乘法，该方法通过最小二乘估计处理伪距得到残差后，依据残差的概率分布特性进行决策；同年，Mark A.Sturzar提出了奇偶矢量法，通过巧妙地对观测阵进行QR分解将噪声误差置入奇偶空间进行故障检测，经证明，最小二乘法和奇偶向量法在结果上是等效的。鉴于奇偶向量法在计算上的建议性，该方法成为了GPS应用中完好性服务的推荐RAIM算法。

距离比较法、最小二乘法和奇偶矢量法的设计模式均可纳入即时法，也叫“快照法”的范畴，每次进行决策时不会受到历史观测数据的影响。由于对完好性的判断只基于当前时刻的观测值，传统的RAIM算法可检测到突然发生的明显故障，对于平稳随机过程中的故障则不够灵敏。

为了提高RAIM算法的灵敏度，学者做出了更多努力。王凌轩等人提出利用先验概率模型对故障建模，通过最小风险代价任意目标函数分析残差统计量，从而优化阈值以提高灵敏度。李超等人则依据最小二乘残差法设计了RAIM算法，并利用北斗卫星导航系统进行了验证。冉建华等建立了基于多元累积和的RAIM算法，该算法对奇偶向量残差进行了处理，不仅可以一步探测较大的突变型故障，也可以探测到中度的累积型故障，但是对于较大的奇偶残差均值漂移则失去了进一步探测的能力。王式太提出了基于M估计的RAIM算法，该算法利用M估计的抗差特性设计了故障探测和故障隔离的方法，并通过仿真验证了算法的性能明显优于最小二乘法。针对城市及峡谷环境下多路径误差较大问题，张力等人设计了自适应RAIM算法，利用排除精度滤波器在故障排除前后对定位精度进行检验，从而增强定位的准确性。

随着BDS(BeiDou Navigation Satellite System，中国北斗卫星导航系统)、GLONASS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)等卫星定位系统的面世与开放，多星座RAIM算法也引起了一些科研人员的注意。陈婷在论文中经过对单星座和多星座组合下RAIM算法的性能分析，指出多星座组合下的RAIM性能明显强于单星座情况。王海军提出了多历元积累双星故障法，该算法检测灵敏度随历元数的增多而提高，对微差、中差和粗差都能进行检测。卢德谦等人提出了基于完好性指标动态分配的RAIM算法，通过动态分配漏检率降低垂直保护等级，从而提高RAIM的可用性。王尔申等人给出了基于BDS/GPS的定位加权平均解的算法，该算法对最优加权平均解算法的加权因子进行优化从而通过定位解设计检验统计量，最终采用加权最小二乘法排除故障，该算法可以检测到同时发生在不同星座的双星故障。