[发明专利]一种多星非高斯载波多普勒异常检测及剔除方法

说明书

一种实时多星非高斯载波多普勒异常检测及剔除(Fault Detection and Elimination，FDE)方法，属于低轨GNSS导航增强精密测速技术领域，通过最近邻低轨用户钟速约束实现非高斯分布下载波多普勒高完好性监测和故障剔除，可实现多颗卫星切换引起的载波多普勒异常跳变的检测和剔除，从而克服了多颗卫星切换引入的用户钟速序列的异常跳变问题，提高了采用GNSS对低轨卫星时钟驯服时用户钟速的估计精度和完好性，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多星非高斯载波多普勒异常检测及剔除方法，属于低轨GNSS导航增强精密测速技术领域。

背景技术

随着低轨GNSS导航增强卫星系统的发展，基于载波多普勒的时钟驯服技术在低轨卫星频率基准建立和维持方面具有巨大优势和潜力，高稳晶振经过驯服后的长期和短期稳定度性能可以媲美替代星载原子钟，具有重要的应用价值和市场竞争力。该技术主要通过GNSS系统高精度载波相位测量值计算出高精度载波多普勒(精度可达到1～3mm/s量级)，进而以此高精度的载波多普勒可估计出接收机自身的钟速，再根据三阶锁频环对接收机的本振频率进行闭环调整，使其锁定到其标称频率上，实现卫星频率基准的高精度建立和维持。整个过程对载波多普勒的完好性提出了较高的要求，但是，可见卫星的切换的因素对毫米每秒量级的载波多普勒测量值会造成毫米量级的抖动，其对载波多普勒测量的完好性造成了严重挑战。由于载波相位测量值的误差特性是非高斯分布的，其差分后的载波多普勒的误差特性也是非高斯分布，传统的基于卡方分布的接收机自主完好性监测RAIM(ReceiverAutonomous Integrity Monitoring)方法不适用。由于卫星切换导致的载波多普勒跳变的完好性监测，目前尚无好的解决方法。

针对载波多普勒高完好性监测存在的以上问题，世界上已经有学者对载波相位RAIM算法做了相关理论研究，其具有代表性的是韩国Ho Yun的基于高斯混合模型(Gaussian Mixture Model)的高斯和滤波器(Gaussian Sum Filter)载波相位RAIM方法。该方法针对载波相位非高斯分布的问题，采用多个高斯分布叠加后的分布来逼近载波相位的非高斯误差分布，并给出了贝叶斯框架下的载波相位完好性监测方法。该方法计算复杂度高，仅适合于后处理，对工程实践中的实时应用理论指导意义不大。此外，该方法不适用载波多普勒的完好性监测问题，不能解决卫星切换导致的载波多普勒跳变完好性监测问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种实时多星非高斯载波多普勒异常检测及剔除(Fault Detection and Elimination，FDE)方法，通过最近邻低轨用户钟速约束实现非高斯分布下载波多普勒高完好性监测和故障剔除，可实现多颗卫星切换引起的载波多普勒异常跳变的检测和剔除，从而克服了多颗卫星切换引入的用户钟速序列的异常跳变问题，提高了采用GNSS对低轨卫星时钟驯服时用户钟速的估计精度和完好性，具有广阔的应用前景。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种多星非高斯载波多普勒异常检测及剔除方法，包括如下步骤：

S1、根据三个历元的载波相位计算出中间历元的载波多普勒；并将中间历元作为当前历元；

S2、利用当前历元的载波多普勒，解算当前历元用户三维速度和钟速；

S3、利用当前历元用户三维速度和钟速，根据三个历元中的第一个历元对应的L点钟速均值，进行当前历元的最近邻钟速约束的载波多普勒异常检测及剔除；然后获得当前历元的最优载波多普勒RAIM后的钟速结果，和，当前历元的L点钟速均值；然后进行下一个历元的检测及剔除。

优选的，低轨卫星GNSS接收机第n个历元、第f个频点、第s颗GNSS卫星的载波相位为：