[发明专利]一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法

说明书

本发明公开了一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，该方法包括以下步骤：得到观测矩阵H以及转移矩阵F；根据观测矩阵H以及转移矩阵F得到卡尔曼滤波器的系统方程和观测方程；得到状态噪声协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵；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；对原始残差观测量进行统计平均得到残差序列；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。本发明能够利用卡尔曼滤波器残差对矢量跟踪环路进行自主完好性检测。

技术领域

本发明属于卫星导航接收机自主完好性检测领域，具体的，涉及一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法。

背景技术

完好性是指在当导航系统的误差超过允许的范围而不能用与规定的导航工作时，系统及时向用户发出报警，以终止其作为导航用途的能力,源于英文Integrity，有完整、完善、完备之意。随着人们对卫星导航的不断依赖，导航定位应用需求的持续增长，随之而来的各种应用场景的变化对导航接收机技术在完好性方面提出了更高要求。为了满足新环境下的要求，提高导航定位服务的准确性与可靠性，需要相应的完好性技术来支撑其进一步发展。

在城市环境中使用全球导航卫星系统(GNSS)存在一些不利因素，因为GNSS信号容易受到建筑物等影响进而产生大量的多径和阴影效应。城市环境中的定位面临着信号的遮挡和衰减等不利因素，这些不利因素需要使用不同程度完好性技术来克服。

目前已有的相关技术有接收机自主完好性监测(Receiver AutonomousIntegrity Monitoring,RAIM)，该方法通过冗余观测量持续监测定位信息的完好性，保证输出的定位结果的可靠性。传统的RAIM方法利用伪距、载波相位和多普勒观测量在定位过程中通过一致性检测判断和排除故障。该方法的处理区间在接收机的信号处理之后导航解算之前，因此接收机在跟踪通道中的故障将无法被检测和恢复；此外，该方法需要进行多次定位解算来判断其一致性，因此会引入额外的运算量。

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，提供了一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，能够利用卡尔曼滤波器残差对矢量跟踪环路进行自主完好性检测。

本发明的技术方案是：一种卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法，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x_k；步骤S2:得到观测矩阵H以及转移矩阵F；步骤S3:根据观测矩阵H以及转移矩阵F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。

上述卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法中，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；

上述卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法中，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。

上述卫星导航矢量跟踪环的完好性检测方法中，在步骤S3中，系统方程和观测方程分别为：