[发明专利]一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法

权利要求书

1.一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1:基于扩展卡尔曼滤波器的滤波过程确定当前时刻卡尔曼滤波器的状态变量；

步骤S2:得到观测矩阵以及转移矩阵；

步骤S3:根据观测矩阵以及转移矩阵得到卡尔曼滤波器的系统方程和观测方程；

步骤S4:根据卡尔曼滤波器的系统方程的白噪声得到状态噪声协方差矩阵；根据卡尔曼滤波器的观测方程的白噪声得到观测噪声协方差矩阵；

步骤S5:根据卡尔曼滤波器的系统方程和观测方程进行卡尔曼滤波过程得到滤波后的结果，抽取滤波后的结果的残差观测量部分即当前时刻的残差观测量作为完好性检测的原始残差观测量；

步骤S6:对原始残差观测量进行统计平均得到残差序列；

步骤S7:通过残差序列得到判决门限，再依靠判决条件判断故障发生，进而对故障进行隔离；

在步骤S3中，系统方程和观测方程分别为：

其中，x_k和x_k-1分别表示当前时刻与上一时刻卡尔曼滤波器的状态变量；z_k表示当前载波相位差的观测量；w_k-1和v_k分别表示上一时刻的状态噪声和当前时刻观测噪声；H为观测矩阵；F为转移矩阵；

在步骤S7中，判决条件为：

其中，T_μ表示判决门限；|μ_k|表示残差序列的绝对值，N为常数；

归一化协方差矩阵为C_k＝HP_k|k-1H^T+R；归一化残差观测量为残差序列为其中，P_k|k-1表示上一时刻到当前时刻的状态误差阵的预测值，N为常数，C_k为归一化协方差矩阵，Y_k为归一化残差观测量，μ_k为残差序列；

确定判决门限时，根据残差观测量的统计特性并利用标准正态分布的特性共同确定判决门限T_μ，进行判决的过程可以描述为当时认为故障发生。

2.根据权利要求1所述的卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，其特征在于，在步骤S1中，卡尔曼滤波器的状态变量x_k包含载波相位差δφ、载波多普勒ω_d和载波多普勒变化率a。

3.根据权利要求1所述的卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，其特征在于，在步骤S2中，观测矩阵H为：

其中，ΔT为滤波时间间隔；

转移矩阵F为：

其中，ΔT为滤波时间间隔。

4.根据权利要求1所述的卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，其特征在于，在步骤S4中，状态噪声协方差矩阵为：

观测噪声协方差矩阵为：

其中，w_k和w_i分别表示当前时刻和另一时刻的状态噪声；v_k和v_i分别表示当前时刻和另一时刻的观测噪声；Q和R分别为状态噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵；和表示当前时刻的状态噪声和当前时刻的观测噪声的转置。

5.根据权利要求1所述的卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，其特征在于，在步骤S5中，卡尔曼滤波过程包括：

预测过程：

更新过程：

其中，x_k和x_k-1分别表示当前时刻与上一时刻卡尔曼滤波器的状态变量，x_k|k-1为上一时刻到当前时刻卡尔曼滤波器状态变量的预测值；y_k表示当前时刻的残差观测量；z_k表示当前时刻载波相位差的观测量；P_k为当前状态误差阵；P_k|k-1表示上一时刻到当前时刻的状态误差阵的预测值；F^T和H^T分别为转移矩阵的转置和观测矩阵的转置；S_k,K_k分别表示过度矩阵和更新矩阵；表示过度矩阵的逆。