[发明专利]一种基于粗差反解的多星故障识别方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于粗差反解的多星故障识别方法及系统，所述方法包括：根据观测矢量及定位模型方程求解定位结果及残差矢量；从可见星组合中枚举健康卫星组合；从可见卫星组合中排除健康卫星组合，并重新生成定位方程组的残差映射矩阵和残差矢量；对重新生成的残差映射矩阵求伪逆，并用求得的伪逆左乘重新生成的残差矢量得到反解的粗差矢量；根据反解出的粗差矢量识别故障卫星，若粗差矢量估计值中各元素取绝对值后小于粗差门限值，则为健康卫星；本发明的有益效果为规避当前需要提前获知故障星数的基于假设验证的多星故障识别方法的不足；拓展算法的应用场景；提高故障矢量恢复精度，降低故障识别的出错概率。

技术领域

本发明涉及卫星故障识别技术领域，尤其涉及一种基于粗差反解的多星故障识别方法及系统。

背景技术

卫星定位接收机接收运行于地球高空轨道上的多颗导航卫星的导航信号并进行距离测量获取对应卫星的伪距测量值，结合卫星星历计算的位置数据建立与接收机天线位置、本地时间与导航系统时间之间时差等待求解未知数相关的伪距测量方程，联立所有可见卫星的伪距测量方程组成定位方程组并按最小二乘原理求解，即可得到接收机天线的位置、接收机本地时间与系统时间之间的时差等信息，并进而提供定位、定时等服务。

在这一求解方案中，若有可见卫星因为故障导致接收机上测量出的该卫星伪距测量值出现粗差，则经过最小二乘求解后，粗差势必会分散并污染到求解的位置、时差等结果中去，从而造成无法容忍的服务质量下降。为了避免粗差带来的误差影响用户的使用，接收机自主完善性故障检测算法被提出来，用于在粗差导致定位、定时结果出现不可接受的偏差时向用户告警。接收机自主完善性故障检测算法通过引入冗余的卫星观测量，使参与定位的各卫星观测量在由卫星位置、接收机概略坐标组成的定位空间几何体中互相对比应证，并在检测到定位卫星组合存在故障时向用户发出告警。故障检测算法使用户能够避免应用错误的接收机输出结果而导致损失的情况出现，但此时接收机设备对用户而言将成为无用的设备，导致用户运营成本提升，若能分辨出可见星中存在故障的卫星，并将故障星从定位卫星组合中剔除，则可使接收机继续输出正确的定位、定时结果，并进而达到降低用户运营成本的目的，为此提出了故障星识别的技术。

早期的故障星识别技术在研发时仅有美国GPS系统卫星可用，且地面上某点可见的卫星通常不足10颗，绝大多数情况下最多仅1颗故障星可能被接收机观测到，因此早期的故障星识别算法仅针对单颗故障星的情况设计，且可以做到99％以上的识别准确率。然而随着俄罗斯Glonass系统、中国北斗系统以及其他区域导航系统的逐步建立，以及接收机设计制造技术的提升，接收机可同时接收并观测的卫星数越来越多，相应的同时观测到多颗故障星的概率也就越来越大，早期的单星故障识别算法在存在多星故障的场景下识别准确率急剧下降，已不再适合目前的应用场景，多星故障识别技术的研究迫在眉睫。截止本文成稿时，已有的故障识别算法大致分为基于快照式分析和基于时间连续分析两类。基于快照式分析的多星故障识别算法一般首先假设故障卫星数已知，然后从可见星组合中枚举相应数目的卫星组合，计算这些卫星组合与故障检测矢量之间的相关性，并认为相关性最强的一组卫星组合是故障卫星组合，典型的有“最优奇偶矢量法”、“故障特征平面夹角分析法”、“相关度聚类分析法”等；基于时间连续分析的算法则着眼于故障卫星不会瞬时出现和消失，即故障通常会持续一段时间的现实事实，对观测量增加时间维度上的统计分析处理，典型的算法有“M估计理论分析法”、“扩展卡尔曼滤波法”等等。已有的快照式分析的多星故障识别算法需要提前知晓故障卫星数，而这一条件在实际工程中较难满足；基于时间连续分析的算法则要求有比较准确的初始位置，这又在一定程度上限制了用户的使用场景，使得接收机无法做到“随开随用”的方便程度。

发明内容

本发明描述了一种基于粗差反解的多星故障识别方法及系统，在已知一组健康卫星组合的前提下，对故障识别用的相关矢量、矩阵进行抽取，形成可正常求解的局部粗差矢量线性映射方程，然后对方程求解来反解局部粗差矢量，避免了现有基于快照式分析技术必须首先获知故障卫星数和必须枚举所有可能的故障星组合的缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：