[发明专利]一种基于完好性风险模型的卫星导航观测量新息检测方法

说明书

本发明公开了一种基于完好性风险模型的卫星导航观测量新息检测方法，包括：步骤一，设置当前水平和垂直告警门限以及对应的完好性风险，计算得到水平和垂直保护级分别小于所述水平和垂直告警门限时，对用户等效伪距测量误差的要求；步骤二，采用卡尔曼滤波器定位，利用用户位置状态量预测值及其均方误差、卫星位置坐标及其均方误差，计算得到用户至各卫星的伪距观测量预测值及其均方误差，并由此确定观测量新息的检测门限值；步骤三，计算卫星伪距观测量定位前残余初值；步骤四，计算接收机钟差估计值并利用其修正所述卫星伪距观测量定位前残余初值，得到经修正后的卫星伪距观测量定位前残余；步骤五，比较定位前伪距残余绝对值与所述检测门限值之间的大小，对卫星观测量新息进行筛选。

技术领域

本发明涉及卫星导航与定位领域。具体地，涉及一种基于完好性风险模型的卫星导航观测量新息检测方法。

背景技术

对导航卫星伪距、载波相位等观测量进行故障检测与排除(False Detection andExclusion，FDE)处理是提高卫星导航系统服务完好性、连续性与精度的重要手段和措施。在能够接收和使用星基增强系统(Satellite Based Augmentation System，SBAS)、地基增强系统(Ground Based Augmentation System，GBAS)等完好性增强系统的信号时，用户接收机可以利用增强电文中的完好性参数掌握导航卫星空间信号的质量状况。在用户接收机无法接收外部完好性增强系统信号而独立工作时，则主要通过接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM)功能实现对导航卫星空间信号的质量检测。

具体而言，RAIM的基本原理是对导航卫星观测量预测值与实测值之间的差异(称为“残差”)进行检测和分析，因为这些残差能够在一定程度上提供关于观测量和定位结果质量好坏的信息。一方面，在正式定位解算前，我们可以利用上一观测历元的用户位置的预测值，来预估卫星观测量的残余，这样的RAIM方法称为“定位前残余”；另一方面，我们也可以通过实际解算得到定位结果之后，来计算获得真实的观测量残余，这样的RAIM方法称为“定位后残余”。定位前与定位后残余检测法在实现上都是将残余绝对值与一个预先设定的门限值进行比较，从而检测并排除错误的观测量新息。

相比定位后残余检测法，定位前残余检测法具有自身一些优势。例如，若用户接收机在某一时刻只能接收4个(或者少于4个)导航卫星的观测量新息，则定位方程组不再超定，定位后残余分量将全部等于零，从而会使得定位后残余检测法失去有效性；又例如，由于在使用定位后残余检测法时，错误的测量值会首先破坏定位结果，然后影响各个卫星测量值的定位后残余，因此可能导致错误测量值的严重性看起来变低，同时又使得其他正确测量值看起来变得略欠正常，从而增加检测工作的难度。相比之下，定位前残余检测法并不使用定位解算后的结果开展检测和分析，因此可以避免上述问题。

然而，对于定位前残余检测法而言，其一大问题在于残余检测门限值的确定通常不如定位后残余检测法那样具有严谨的理论依据。在定位后残余检测中，我们可以利用卡方(χ²)分布理论模型，结合给定的虚警率来准确确定残余检测门限值；但对于定位前残余检测法，却一般只能根据经验来给定残余检测门限值，或者需要通过大量的实际测量与性能分析来对检测门限值进行优化。这种情况会导致定位前残余检测方法的检测门限缺乏理论依据，难以良好适应不同定位条件和情况下的检测要求，从而限制了方法的使用场景和使用效果。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种基于完好性风险模型的卫星导航观测量新息检测方法，用于解决在对卫星导航伪距、载波相位等观测量新息进行定位前残余检测处理时难以合理设置检测门限值的问题，更好地适应和满足用户在不同导航环境和场景下的使用。