專利名稱：：一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體地說，是指一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別技術(shù)。
背景技術(shù)：
：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS,以下簡稱為衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng))可以在全世界范圍內(nèi)提供連續(xù)的三維位置、速度與時(shí)間信息。相比于慣性導(dǎo)航器件、地基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)等傳統(tǒng)導(dǎo)航手段，衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)長時(shí)間定位精度高，覆蓋范圍廣，因此在現(xiàn)代導(dǎo)航、測(cè)繪、控制以及搜救等行業(yè)扮演著愈加重要的角色。截至2008年，已有美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國北斗以及歐盟Galileo四套衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)正在提供導(dǎo)航服務(wù)或處于空間實(shí)驗(yàn)階段?？梢灶A(yù)料的是，未來二十年內(nèi)，多模態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將成為衛(wèi)星導(dǎo)航的主流發(fā)展方向。然而由于衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)在完好性方面的問題，制約了衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)在民航等涉及人身安全的服務(wù)業(yè)務(wù)中的推廣。衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)本身不保證用戶段信號(hào)的完好性，即無法準(zhǔn)確播報(bào)各偽距測(cè)量量包含的誤差。更嚴(yán)重的是，即使當(dāng)衛(wèi)星出現(xiàn)故障，導(dǎo)致偽距測(cè)量信息出現(xiàn)明顯偏差時(shí)，控制段也不能實(shí)時(shí)向用戶提供警告信息。另一方面，當(dāng)更多的導(dǎo)航系統(tǒng)投入使用，將使得多顆衛(wèi)星同時(shí)出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)增加。這就要求用戶段能夠獨(dú)立監(jiān)測(cè)衛(wèi)星故障，保障定位信息完好性。為解決這一問題，多種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)(RAIM)算法被設(shè)計(jì)出來。RAIM利用接收機(jī)得到的冗余觀測(cè)信息進(jìn)行故障的檢測(cè)與識(shí)別，即通過比對(duì)偽距觀測(cè)量的一致性判斷測(cè)量信息偏差情況，并找出故障衛(wèi)星。RAIM的前期發(fā)展主要集中于對(duì)單故障檢測(cè)與識(shí)別方法的討論，提出了極大似然估計(jì)法、奇偶校驗(yàn)空間算法、子集比較法等一系列適用于單GPS單故障假設(shè)的方法。然而這些方法不適用于組合衛(wèi)導(dǎo)條件下的多故障情況。隨著Galileo、北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，多故障RAIM技術(shù)在近幾年內(nèi)得到了迅速發(fā)展，一批能夠提供多故障檢測(cè)識(shí)別能力的RAIM算法，如n-2算法、OWMS等方法被公開出來。但現(xiàn)有算法為實(shí)現(xiàn)多故障檢測(cè)，通常采用的方法是對(duì)所有故障可能形式進(jìn)行遍歷，以找出多故障源。這種方法沒有考慮不同用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，計(jì)算流程復(fù)雜，計(jì)算量大。以GPS、GLONASS、北斗和Galileo四系統(tǒng)組合衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)而言，采用n-2算法對(duì)30顆可見星中的2顆故障星進(jìn)行識(shí)別，將進(jìn)行220次等效定位運(yùn)算，OWAS算法計(jì)算量甚至高于n-2算法數(shù)倍。這種計(jì)算量對(duì)接收機(jī)而言是嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決原有多故障RAIM算法用于多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航時(shí)，計(jì)算量較大的問題，提出了一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法。本方法通過逐漸縮小故障衛(wèi)星范圍來減少故障星識(shí)別的流程和計(jì)算量，以實(shí)現(xiàn)多故障識(shí)別。本發(fā)明提供的方法包括步驟步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N;如果當(dāng)故障星數(shù)目附與最多故障星數(shù)N之間滿足w《iV的時(shí)候，系統(tǒng)的完好性風(fēng)險(xiǎn)Cm大于用戶要求的最低標(biāo)準(zhǔn)完好性風(fēng)險(xiǎn)C《，，則可以確定故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)N的值。步驟二對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的故障情況；若衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的故障星統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量;與門限值7^之間滿足7;27^，認(rèn)為存在故障星；否則認(rèn)為無故障星；步驟三對(duì)存在故障的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別，以確定故障星；步驟四對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，確定故P章識(shí)別結(jié)果的正確性；若檢測(cè)到系統(tǒng)不存在故障，則故障識(shí)別正確；否則需要從步驟一開始重新進(jìn)行故障識(shí)別。本發(fā)明提供的方法為組合導(dǎo)航系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的多故障識(shí)別能力，適應(yīng)多種故障情況，滿足用戶對(duì)完好性的不同需求，同時(shí)相對(duì)原有其他多故障識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)了減少計(jì)算量的目的，加速了對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的故障識(shí)別進(jìn)程。圖1是本發(fā)明提供的多故障識(shí)別方法的流程圖；圖2是對(duì)故障星進(jìn)行識(shí)別的方法流程圖；圖3是對(duì)四系統(tǒng)組合導(dǎo)航仿真檢測(cè)得到的故障正確識(shí)別率曲線。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法，通過確定故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)目，對(duì)所有可見星進(jìn)行分組檢測(cè)，逐步的將多故障分解為單故障，縮小故障可能存在范圍，提取完好導(dǎo)航信息，最終實(shí)現(xiàn)多故障識(shí)別。如圖l所示，具體包括如下步驟步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N;對(duì)涉及人身安全的服務(wù)行業(yè)，如民用航空、鐵路運(yùn)輸?shù)?，通常?duì)接收機(jī)的完好性指標(biāo)有著較為嚴(yán)格的要求，以防止因錯(cuò)誤導(dǎo)航信息而引起的危險(xiǎn)。以民航飛行為例，為降低風(fēng)險(xiǎn)，衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)在每種飛行狀態(tài)下的工作性能(包括最大允許告警率即虛警率/^、漏檢率戶^、完好性風(fēng)險(xiǎn)O均被規(guī)定了最低標(biāo)準(zhǔn)。本方法以這些最低標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以用戶實(shí)際需求為準(zhǔn)則，進(jìn)而確定故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N。由于用戶的完好性風(fēng)險(xiǎn)可以表示為經(jīng)過故障識(shí)別后，衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)仍存在錯(cuò)誤導(dǎo)航信息(即存在故障星)的概率，當(dāng)采用RAIM進(jìn)行故障星識(shí)別后，用戶的完好性風(fēng)險(xiǎn)戶，用公式表示為其中，^vr為用戶完好性風(fēng)險(xiǎn)，P^表示單顆衛(wèi)星故障概率，尸^表示系統(tǒng)漏檢率，n為當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)內(nèi)可見星數(shù)，w為故障星數(shù)，且OS附S"。從式(1)中可以得出，用戶的完好性風(fēng)險(xiǎn)i^即為各種故障星數(shù)風(fēng)險(xiǎn)之和。在實(shí)際應(yīng)用過程中為了降低由于錯(cuò)誤衛(wèi)導(dǎo)信息造成的風(fēng)險(xiǎn)，使得衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)在每種飛行狀態(tài)下的工作性能均達(dá)到要求，用戶完好性風(fēng)險(xiǎn)^^應(yīng)小于最低標(biāo)準(zhǔn)完好性風(fēng)險(xiǎn)P皿J一re。當(dāng)不采用RAIM時(shí)，衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)不能發(fā)現(xiàn)故障星，即系統(tǒng)漏檢率戶，=1，根據(jù)公式(1)，在指定附顆故障星的情況下系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)iW—為其中單顆衛(wèi)星故障概率f，可以由衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)公布的信息得到，根據(jù)單顆衛(wèi)星故障概率Psra即可根據(jù)公式(2)計(jì)算指定故障星數(shù)目m情況下的系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)i^。實(shí)際使用中，單顆衛(wèi)星故障概率尸^是遠(yuǎn)小于1的，即戶^<<1，因此由公式(2)得到《C"(3)從(3)式中可以看出，故障星數(shù)目附越大，系統(tǒng)的完好性風(fēng)險(xiǎn)g虹越小。依據(jù)故障星數(shù)目附由小到大的順序比較尸M,和尸肌，,re的大小關(guān)系，從而確定本發(fā)明中的故障識(shí)別算法中需處理的最多故障星數(shù)N。所述的/^一w為用戶要求的最低標(biāo)準(zhǔn)完好性風(fēng)險(xiǎn)，為一個(gè)固定值^由于故障星數(shù)目m越大，系統(tǒng)的完好性風(fēng)險(xiǎn)尸皿j越小。假設(shè)故障識(shí)別算法中需處理的最多故障星數(shù)為N，當(dāng)故障星數(shù)w增大到w〉iV時(shí)，有C和《w—叫，的大小關(guān)系S<Swc，即系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)C滿足用戶的要求，理論上不需要進(jìn)行故障星的識(shí)別；實(shí)際處理過程中認(rèn)為這種故障情況發(fā)生的幾率極低，因此衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)不需要采用RAIM，可以直接進(jìn)入定位解算；對(duì)存在N顆或N顆以下故障星(即m^AO的情況，若不采用RAIM進(jìn)行故障星識(shí)別計(jì)算，系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)P,m〉/W，re，即用戶完好性將達(dá)不到為保證導(dǎo)航安全而設(shè)置的最低工作標(biāo)準(zhǔn)P,，，,re，需要進(jìn)行故障星的識(shí)別判斷。利用上述方法，根據(jù)用戶對(duì)系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)Pwrm的具體要求，在m>尸，，,re和，—m〈^W^,兩種情況之間找到一個(gè)臨界的故障星數(shù)N,即確定故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)N的值。步驟二對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的故障情況；由于本發(fā)明提供的多故障識(shí)別方法對(duì)故障檢測(cè)算法并沒有要求，任意一種故障檢測(cè)算法均可應(yīng)用于本方法。但為簡化算法整體難度，推薦使用偽距殘差平方和<SS￡)算法作為本方法中的故障檢測(cè)算法。衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的觀測(cè)方程可以表示為3^i^+s，其中，//為觀測(cè)矩陣，S為測(cè)距誤差，y為偽距向量實(shí)測(cè)值，^為用戶狀態(tài)。根據(jù)最小二乘算法，用戶狀態(tài)x的最小二乘解為'i/、。用及來表示殘差向量，少表示偽距向量估計(jì)值，則有式(4)中5=/-!丑f,從上式可知，向量及中包含了衛(wèi)星測(cè)距誤差s，可以用作判斷有無故障星的依據(jù)。定義鵬二i^^2+M22(6)式(6)中得到的5^￡表示各個(gè)衛(wèi)星偽距殘差平方和。當(dāng)系統(tǒng)中不存在故障星時(shí)，觀測(cè)方程j^i/x+s中不存在較大偏差，<^￡符合自由度為"_/的中心/分布(w為當(dāng)前組合系統(tǒng)中可見星數(shù)，/為組合系統(tǒng)自由度，/=組合系統(tǒng)數(shù)+3)。若觀測(cè)方程j^/fe+f中存在一個(gè)或多個(gè)因故障星導(dǎo)致的偏差時(shí)，SSE符合自由度為"-/的非中心/分布。在實(shí)際使用中，通常采用作為衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量。在每次定位時(shí)將統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;與門限值7^比較,若；，認(rèn)為當(dāng)前組合衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)存在故障星，需要繼續(xù)進(jìn)行故障識(shí)別，確定具體的故障星；否則認(rèn)為無故障星，不需要進(jìn)行任何完好性操作，衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)可以直接進(jìn)入定位解算。為了使設(shè)計(jì)的判決門限值rD導(dǎo)致的虛警率A,不大于用戶要求值，&應(yīng)滿足如下公式(8)其中的T由概率等式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>0求解得到，M為當(dāng)前組合系統(tǒng)的可見星數(shù)目，/為組合系統(tǒng)自由度，CT為測(cè)距誤差均方根，為用戶指定虛警率。如航空無線電技術(shù)委員會(huì)(簡稱RTCA)規(guī)定的非精密進(jìn)近階段的虛警率為0.002/h。步驟三對(duì)存在故障星的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別，確定故障星；如果步驟二中判斷出7;2:^，則認(rèn)為衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)存在故障星，需要進(jìn)行故障識(shí)別以確定具體的故障星。如圖2所示，具體的故障識(shí)別步驟為<a)劃分衛(wèi)星集合。首先對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)所包含的全天所有可見星按相對(duì)用戶位置劃分為M個(gè)集合，要求集合數(shù)目M大于故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)目N，即M2W;任意集合中的可見星數(shù)目不少于該集合包含的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)目+3;且任意集合內(nèi)的衛(wèi)星空間分布均勻，滿足故障檢測(cè)算法的要求。特別的，對(duì)于iVS4的情況，由于各套衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)(包括GPS、GLONASS、北斗和Galileo)本身即滿足上述集合劃分的要求，因此可以將全部可見星按系統(tǒng)進(jìn)行劃分。(b)對(duì)(a)中劃分的所有M個(gè)集合進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷各集合故障情況；按照步驟二所述的SSE算法對(duì)所有集合分別進(jìn)行故障檢測(cè)，并統(tǒng)計(jì)檢測(cè)到故障星的集合數(shù)，檢測(cè)得到的結(jié)果有如下兩種情況情況一檢測(cè)出存在故障星的集合數(shù)目小于N，那么接收機(jī)將無法分辨各包含故障星的集合內(nèi)包含故障星的實(shí)際數(shù)量。此時(shí)按以下步驟進(jìn)行操作，(i)首先將未檢測(cè)到故障的集合中包含的全部衛(wèi)星組合為完好衛(wèi)星集。(ii)將所有包含故障星的集合內(nèi)的全部可見星重新劃分為包含衛(wèi)星數(shù)近似相等的N個(gè)子集Subset-l、Subset-2、、Subset-N。此時(shí)故障星僅可能分布在這N個(gè)子集中，從而縮小了故障星可能存在的范圍。分別將子集Subset-l、Subset-2、……、Subset-N與(i)中的完好衛(wèi)星集測(cè)量信息組合后，進(jìn)行故障檢測(cè)，并統(tǒng)計(jì)故障集合的個(gè)數(shù)。以進(jìn)一步縮小故障衛(wèi)星可能出現(xiàn)的范圍。(iv)若檢測(cè)到N個(gè)子集Subset-1、Subset-2、……、Subset-N均存在故障，則該情況下N個(gè)集合故障狀況類似于下述的情況二，釆用極大似然估計(jì)法即可實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別。若檢測(cè)到故障子集數(shù)少于N，并且故障子集包含的全部衛(wèi)星數(shù)量大于2N，則重復(fù)(i)(ii)的操作，直至檢測(cè)到未確定故障情況的衛(wèi)星數(shù)少于2N，此時(shí)將所有尚未確定故障情況的剩余衛(wèi)星均視為故障星并加以排除。情況二檢測(cè)到存在故障星的集合數(shù)目等于N當(dāng)檢測(cè)到存在故障星的集合數(shù)等于N，將未檢測(cè)到故障的集合中包含的全部衛(wèi)星組合為完好衛(wèi)星集?？梢耘袛喑龃藭r(shí)組合系統(tǒng)中存在的N顆故障星分別位于N套衛(wèi)星集合中，即這N套集合中各自包含一顆故障星。此時(shí)故障星被分離于N套集合中，可采用極大似然估計(jì)法估計(jì)包含故障星的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)各測(cè)量偽距上的誤差。根據(jù)公式(4)有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>則各偽距上的誤差極大似然估計(jì)值為其中S矩陣為wxn的方陣，S為S矩陣的第/行，&為5矩陣中位于第/行，第Z列上的元素，i不大于集合中衛(wèi)星數(shù)量"。^仍為偽距向量。顯然，系統(tǒng)中A最大值所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星應(yīng)為故障星。步驟四對(duì)已排除故障星的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，驗(yàn)證故障識(shí)別結(jié)果的正確性。在對(duì)故障星進(jìn)行識(shí)別操作后，首先排除已被識(shí)別的故障星或最小故障子集，則此時(shí)剩余觀測(cè)信息應(yīng)無故障。為保證衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的安全，在對(duì)故障星進(jìn)行排除后，需要再對(duì)剩余衛(wèi)星進(jìn)行故障檢測(cè)，以驗(yàn)證故障識(shí)別方法結(jié)果的正確性。具體方法是重復(fù)步驟二。若系統(tǒng)不能檢測(cè)到故障，則故障識(shí)別正確；否則需要從步驟一開始重新進(jìn)行故障識(shí)別。對(duì)四系統(tǒng)組合，平均24顆可見星條件下，為實(shí)現(xiàn)雙故障的檢測(cè)，采用"-2算法，單次故障檢測(cè)運(yùn)算平均需要278次等效定位計(jì)算。而采用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行同樣故障檢測(cè)運(yùn)算則平均需要10次左右的計(jì)算；極端情況下最多需要12次等效定位計(jì)算。可見本發(fā)明提供的方法在實(shí)現(xiàn)相同計(jì)算目的的條件下大幅度壓縮了運(yùn)算量。所述的極端情況是指在每次劃分的子集中都有一個(gè)子集包括了多顆故障星。利用本發(fā)明提供的方法，以四系統(tǒng)組合導(dǎo)航為例來詳細(xì)說明本發(fā)明的多故障識(shí)別方法，有以下具體實(shí)施例實(shí)施例1:組合衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)包含雙故障,且分布在同一系統(tǒng)中。假定采用GPS、Galileo、GLONASS和北斗四系統(tǒng)組合導(dǎo)航，當(dāng)前可見星數(shù)為27顆。其中GPS的第一、二顆可見星出現(xiàn)故障，在正常偽距測(cè)量信息基礎(chǔ)上加入IOO米偏差以模擬故障，其余衛(wèi)星正常工作。故障識(shí)別方法的步驟為步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N;由ICAO(InternationalCivilAviationOrganization,國際民間航空組織)對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)在航路飛行階段的性能要求可以得到SOT_re—e=10—7"，由GPS系統(tǒng)承諾的衛(wèi)星故障概率為P貓"ZxlO-5?？紤]到四系統(tǒng)最大可見星數(shù)在50顆左右，計(jì)算得到故障星數(shù)加為一顆、兩顆和三顆的完好性風(fēng)險(xiǎn)/V分別為6.25x10-4/ft、1.91xl(T7//z、3.83x10—11/A。通過比較Sw7^和P,—w的大小關(guān)系可以確定，故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N=2，—即故障識(shí)別算法不需要處理三顆以上故障星的情況。步驟二:確定觀測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，利用SSE算法進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障情況。將帶有100米偏差的導(dǎo)航信息代入公式(6)，計(jì)算偽距殘差的平方和SSE-16040.44。考慮到此時(shí)四系統(tǒng)可見星共27顆，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;=#￡/(27-7)=28.32。同時(shí)根據(jù)/分布規(guī)律，得到故障檢測(cè)門限值^為18.12。顯然7;>&，能夠判斷出系統(tǒng)存在故障。步驟三對(duì)故障衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別，以確定故障衛(wèi)星。將所有可見星按系統(tǒng)分為四個(gè)集合，分別對(duì)四個(gè)集合進(jìn)行故障檢測(cè)，根據(jù)公式(7)和(8)得到如下表1所示統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量;和故障檢測(cè)門限7i數(shù)據(jù)表l集合故障檢測(cè)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表i中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，僅有GPS的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量7;超過其檢測(cè)門限r(nóng)D。因此確定故障僅存在于GPS單系統(tǒng)中，其它三套導(dǎo)航系統(tǒng)不存在故障，歸為完好衛(wèi)星集。該時(shí)刻GPS共包含七顆可見星，為便于下文表示，將其依次記為GPS-1至GPS-7。將GPS-1至GPS-4共四顆衛(wèi)星歸為子集Subset-l，其余GPS-5至GPS-7三顆衛(wèi)星歸為子集Subset-2。兩衛(wèi)星子集分別與完好衛(wèi)星集組合，進(jìn)行第三輪故障檢測(cè)計(jì)算，其結(jié)果如下表2:表2子集合故障檢測(cè)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>衛(wèi)星子集統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量i;故障檢測(cè)門限^Subset-134.5720.55Subset-210.4920.97可以確定，Subset-2中不包含故障星，歸入完好衛(wèi)星集。而Subset-1中包括4顆可見星，需要進(jìn)行下一輪操作，即將GPS-1與GPS-2兩顆衛(wèi)星組合為Subset-ll，GPS-3與GPS-4兩顆衛(wèi)星組合為Subset-12,重復(fù)上步操作，得到表3:表3子集合故障檢測(cè)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>該步操作確定Subset-l1為存在故障的子集，Subset-12為完好衛(wèi)星集，因此GPS-3與GPS-4兩顆衛(wèi)星無故障，而可能故障星數(shù)為兩顆，所以顯然GPS-1與GPS-2為故障星，可以結(jié)束運(yùn)算，將GPS-1與GPS-2排除。步驟四對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，確定故障識(shí)別計(jì)算結(jié)果的正確性。為確定故障判斷的正確性，將已排除GPS-1與GPS-2觀測(cè)信息的組合系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量；=9.33,故障檢測(cè)門限r(nóng)。=18.52。7;<rD,故障被正確排除。實(shí)施例2:假定GPS、Galileo、GLONASS和北斗四組合導(dǎo)航系統(tǒng)包含雙故障，且分布在不同系統(tǒng)中。假定其中GPS的第四顆可見星出現(xiàn)故障，Galileo的第五顆可見星出現(xiàn)故障。在正常偽距測(cè)量信息基礎(chǔ)上加入lOO米偏差f莫擬故障，其余衛(wèi)星正常工作。步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N，同實(shí)施例1。步驟二確定觀測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行SSE故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障情況。類似于實(shí)施例1，進(jìn)行故障檢測(cè)計(jì)算，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;=25.55，故障檢測(cè)門限=18.12，7;>&，由此確定系統(tǒng)存在故障。'步驟三對(duì)故障衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行二叉故障識(shí)別，以確定故障衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)目劃分為四個(gè)衛(wèi)星集合，分別對(duì)四套系統(tǒng)(也叫四個(gè)衛(wèi)星集合)進(jìn)行故障檢測(cè)，得到如下表4所示數(shù)據(jù)表4系統(tǒng)故障檢測(cè)數(shù)據(jù)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量；故障檢測(cè)門限^GPS44.4520.98Galileo36.2516.46GLONASS10.8640.69北斗5.749.48由上表4中可以發(fā)現(xiàn)，GPS與Galileo均含有故障，而GLONASS與北斗不含故障，其導(dǎo)航觀測(cè)信息歸入完好衛(wèi)星集。分別對(duì)GPS與Galileo在無故障導(dǎo)航信息輔助下進(jìn)行誤差的極大似然估計(jì)。得到6Gra=103x[0.020.000.087.110.550.300.44f6GaWe。=103x[0.130.310.200.237.350.080.010.03f從中對(duì)GPS與Galileo分別選出M^T(6,)，得到GPS第四顆可見星GPS-4與Galileo第五顆可見星Galileo-5為故障星并加以排除。步驟四對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，確定故障識(shí)別計(jì)算結(jié)果的正確性。為確定故障判斷的正確性，將已排除GPS-4與Galileo-5觀測(cè)信息的組合系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量；=6.40，故障檢測(cè)門限^=18.52。7;<rD，故障被正確排除。實(shí)施例3:組合系統(tǒng)僅包含單故障。假定采用GPS、Galileo、GLONASS三系統(tǒng)組合導(dǎo)航。其中Galileo的第二顆可見星出現(xiàn)故障。在正常偽距測(cè)量信息基礎(chǔ)上加入IOO米偏差模擬故障，其余衛(wèi)星正常工作。步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)，同實(shí)施例1。步驟二確定觀測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行SSE故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障情況。類似于實(shí)施例1，進(jìn)行故障檢測(cè)計(jì)算，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;=21.87,故障檢測(cè)門限&=18.98，7;>由此確定系統(tǒng)存在故障。步驟三對(duì)故障衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行二叉故障識(shí)別，以識(shí)別故障衛(wèi)星。分別對(duì)三套系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，得到如下表5所示數(shù)據(jù)表5三系統(tǒng)故障檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由上表5中可以發(fā)現(xiàn)，Galileo系統(tǒng)含有故障，而GPS與GLONASS不含故障，其導(dǎo)航觀測(cè)信息歸入歸為完好衛(wèi)星集。該時(shí)刻Galileo共包含八顆可見星，將其依次記為Galileo-1至Galileo-8。將Galileo-1至Galileo-4共四顆衛(wèi)星歸為子集Subset-1,其余Galileo-5至Galileo-8四顆衛(wèi)星歸為子集Subset-2。兩衛(wèi)星子集分別與完好衛(wèi)星集組合，進(jìn)行第三輪故障檢測(cè)計(jì)算，其結(jié)果如下表6:表6子集合故障檢測(cè)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>可以確定，Subset-2中不包含故障星，歸入完好衛(wèi)星集。而Subset-1中包括4顆可見星，需要進(jìn)行下一輪操作，即將Galileo-1與Galileo-2兩顆衛(wèi)星組合為Subset-ll，Galileo-3與Galileo-4兩顆衛(wèi)星組合為Subset-12，重復(fù)上步操作，得到表7:表7子集合故障檢測(cè)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>該步操作確定Galileo-3與Galileo-4兩顆衛(wèi)星無故障，而可能故障星數(shù)為兩顆，可以結(jié)束運(yùn)算，將Galileo-1與Galileo-2排除。盡管仿真時(shí)僅假設(shè)Galileo-2存在故障，但為減少運(yùn)算量，在對(duì)結(jié)果沒有明顯影響的條件下，可以將Galileo-1與Galileo-2均進(jìn)行排除。步驟四對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，確定故障識(shí)別計(jì)算結(jié)果的正確性。為確定故障判斷的正確性，將已排除Galileo-1與Galileo-2觀測(cè)信息的組合系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;=3.69，故障檢測(cè)門限7^=19.52。7;<7^,故障被正確排除。實(shí)施例4:組合系統(tǒng)無故障,假定采用GPS、Galileo、GLONASS和北斗四系統(tǒng)組合導(dǎo)航。步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N,同實(shí)施例l。步驟二確定觀測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行SSE故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障情況。類似于實(shí)施例l，進(jìn)行故障檢測(cè)計(jì)算，得到統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量；=9.37，故障檢測(cè)門限r(nóng)。=18.98,;<7^由此確定系統(tǒng)無故障。上述的四個(gè)實(shí)施例表明本發(fā)明的多故障識(shí)別方法可以準(zhǔn)確、快速的識(shí)別出系統(tǒng)的故障情況以及具體的故障星，尤其適用于存在多故障的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)。應(yīng)用本發(fā)明提供的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)多故障識(shí)別方法，假定采用GPS、Galileo、GLONASS和北斗四系統(tǒng)組合導(dǎo)航，進(jìn)行全天86400s仿真，用戶位置設(shè)為北京附近(東經(jīng)116°，北諱40°)，隨機(jī)設(shè)置故障衛(wèi)星(包含單故障、兩故障位于同一系統(tǒng)和兩故障位于不同系統(tǒng)三種情況，各種情況概率比值與實(shí)際情況相同)，故障偏差由0m以10m為步長增長到400m,得到以下故障識(shí)別率曲線，如圖3所示。由圖3可以得到，本方法在保持系統(tǒng)虛警率/^的條件下(即故障偏差為O的情況下有較低的故障檢測(cè)率)，可以在故障偏差為200m左右時(shí)，達(dá)到近似為100。/。的故障識(shí)別率。權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N；如果當(dāng)故障星數(shù)目m與最多故障星數(shù)N之間滿足m≤N的時(shí)候，系統(tǒng)的完好性風(fēng)險(xiǎn)PINT_m大于用戶要求的最低標(biāo)準(zhǔn)完好性風(fēng)險(xiǎn)PINT_require，則可以確定故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)N的值；步驟二對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的故障情況；若衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量Tx與門限值TD之間滿足Tx≥TD，認(rèn)為存在故障星；否則認(rèn)為無故障星；步驟三對(duì)存在故障星的衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別，確定故障星；步驟四對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，驗(yàn)證故障識(shí)別結(jié)果的正確性；若檢測(cè)到系統(tǒng)不存在故障，則故障識(shí)別正確；否則需要從步驟一開始重新進(jìn)行故障識(shí)別。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟二中的統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量7;通過公式？；=/("-/)來確定;門限值7^由公式rD=V77("-/)來確定，其中的T由概率等式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>求解得到，w為當(dāng)前可見星數(shù)目，/為組合系統(tǒng)自由度，O"為測(cè)距誤差均方根，&為指定虛警率。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟三具體為步驟a:劃分衛(wèi)星集合，將衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)所包含的全天所有可見星劃分為M個(gè)集合，集合數(shù)M大于故障識(shí)別算法需處理的最多故障星數(shù)目N;步驟b:對(duì)所有集合進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷各集合故障情況當(dāng)檢測(cè)到存在故障的集合數(shù)少于N時(shí)，(i)首先將未檢測(cè)到故障的集合中包含的全部衛(wèi)星組合為完好衛(wèi)星集；(ii)將所有包含故障星的集合內(nèi)的全部可見星重新劃分為N個(gè)子集；(iii)分別將N個(gè)子集與完好衛(wèi)星集測(cè)量信息組合后，分別進(jìn)行故障檢測(cè)，并統(tǒng)計(jì)故障集合的數(shù)目；(iv)若檢測(cè)到N個(gè)子集均存在故障，則采用極大似然估計(jì)法實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別；若檢測(cè)到故障子集數(shù)少于N，并且故障子集包含的全部衛(wèi)星數(shù)量大于2N,則重復(fù)(i)~(iii)的操作，直至未確定故障情況的衛(wèi)星數(shù)少于2N，此時(shí)將所有尚未確定故障情況的剩余衛(wèi)星均視為故障星并加以排除；當(dāng)檢測(cè)到存在故障的集合數(shù)等于N，將未檢測(cè)到故障的集合中包含的全部衛(wèi)星組合為完好衛(wèi)星集，采用極大似然估計(jì)法實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別。全文摘要本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于組合衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多故障識(shí)別方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，該方法根據(jù)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的實(shí)際需求，判斷故障識(shí)別算法需處理最多故障星數(shù)N；并對(duì)衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障情況；對(duì)故障衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別，以確定故障衛(wèi)星；最后對(duì)已排除故障星的系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，確定故障識(shí)別計(jì)算結(jié)果的正確性。應(yīng)用本發(fā)明提供的多故障識(shí)別方法對(duì)故障星進(jìn)行檢測(cè)，通過不斷縮小故障星可能范圍或?qū)崿F(xiàn)故障分離，以實(shí)現(xiàn)多故障的識(shí)別，可以減少故障識(shí)別計(jì)算量。文檔編號(hào)G01S19/01GK101281248SQ200810112008公開日2008年10月8日申請(qǐng)日期2008年5月20日優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日發(fā)明者軍張,張新源,朱衍波,銳李,昀趙,黃智剛申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)