[发明专利]一种选星优化的高级接收机自主完好性监测方法

说明书

本发明公布了一种选星优化的高级接收机自主完好性监测方法，属于卫星导航技术领域；高级接收机自主完好性监测是基于多星座卫星导航系统的接收机端故障诊断和完好性监测技术，ARAIM通过接收多星座卫星的观测量来提供更严格的完好性水平，但是过多卫星的参与会增加需要监测的故障模式，扩大保护水平；此外，先验故障概率大的卫星会增加发生故障的概率；上述情况均容易导致ARAIM可用性下降。本发明提出一种基于选星优化的ARAIM方法，根据星座的几何精度因子和卫星的故障先验概率等优化空间卫星星座，提高ARAIM可用性，简化计算复杂度。该方法适合于卫星导航接收机的自主完好性监测应用，同样的思想适用于其它采用多假设解分离的信号系统。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别涉及一种选星优化的高级接收机自主完好性监测方法。

背景技术

接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)是卫星导航接收机根据冗余的GNSS信息自主进行故障诊断与排除的方法。RAIM算法是包含在接收机里面的，因此被称为自主监测，RAIM也是最直接、最及时、应用最广泛、研究最深入、计算效率最高的完好性监测方法。RAIM技术仅支持侧向导航，无法满足国际民航组织规定的垂直引导航向性能定义的200英尺以下垂直引导航道性能需求(Localized PerformancewithVertical guidance,LPV-200)。高级接收机自主完好性监测技术(Advanced RAIM,ARAIM)，是由GNSS发展构架研究小组(GNSS Evolutionary Architecture Study,GEAS)设计主要用于在2030年前为航空LPV-200操作提供完好性监测的解决方案。

ARAIM由空间段、用户段和地面段组成，空间段包括多星座全球卫星导航系统，每个卫星导航系统的在轨卫星构成对应系统的空间星座。ARAIM的概念可以大致概括为用户接收机接受空间段多个星座的多频信号测量值，根据地面监测站提供的完好性支持信息(Integrity Support Message,ISM)，确定出需要进行监测的故障模式以及对应的监测子集的概率，用户算法计算各个子集的位置估计和完好性边界，从而识别和排除故障测量值，得到定位解的保护水平。ARAIM可以充当一种协调各个星座完好性增强平台，缓解各个星座的差错并能融合他们的完好性方面的性能，对个别星座的负面变化不敏感。

ARAIM的用户接收机算法是基于多假设解分离(Multiple Hypothesis SolutionSeparation,MHSS)的方法,在此之前第一步是根据完好性支持信息ISM和接收机定位解算得到的卫星数、星座数等参数，确定故障模式的数量和对应监测子集的概率。故障模式选择得当，既可以满足完好性风险的阈值要求，又可以尽可能减少多假设解分离的子集数量，缓解计算压力。

ARAIM的可用性判断依据是LPV-200(localizer performance with verticalguidance-200)，相当于将民航飞机引导至距地面垂直距离60米的高度。LPV-200的内容主要包括四个方面：水平告警门限40米，垂直告警门限35米，有效监测门限(EffectiveMonitoring Threshold，EMT)15米和垂直定位精度1.87米。ARAIM计算得到的水平保护水平、垂直保护水平、有效监测门限和垂直定位精度需要全部满足上述LVP-200的规定，才具备可用性，否则有一项不满足，则ARAIM在此时刻不可用。

附录文献：

文献1：战兴群,苏先礼.GNSS完好性监测及辅助性能增强技术[M].北京:科学出版社,2016.

文献2：Elliott D.Kaplan,Christopher J.Hegarty.Understanding GPS:Principles and Applications[M].Artech House,2009.

发明内容