一種基于鐘差輔助的低可見星下單模raim實現方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鐘差輔助的低可見星下單模RAIM實現方法。它是在環(huán)路跟蹤可見衛(wèi)星較少情況下實現單模RAIM的一種方法。在接收機時鐘頻率穩(wěn)定的前提下，通過牛頓插值模型進行鐘差預測，在五顆可見衛(wèi)星下能夠進行故障衛(wèi)星檢測與排除，從而提高接收機定位精確性、連續(xù)性和穩(wěn)定性。該方法首先通過衛(wèi)星信號的載噪比等參數確定加權最小二乘中的權重因子，其次通過接收機的虛警率、漏警率、觀測方程和權重矩陣進行RAIM可用性檢測，利用非精密條件下能夠容忍的虛警率進行檢測門限值確定，通過牛頓插值模型進行接收機鐘差預測，以實現故障衛(wèi)星的檢測與排除，最后對添加鐘差輔助方程后的接收機精度因子進行分析比較。本發(fā)明在具有一顆冗余衛(wèi)星條件下能夠實現單顆故障衛(wèi)星的檢測與排除，通過鐘差輔助模型降低了衛(wèi)星的空間精度因子，提高了接收機定位準確性和系統(tǒng)魯棒性。
【專利說明】—種基于鐘差輔助的低可見星下單模RAIM實現方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航領域，具體的說是一種基于牛頓插值法鐘差模型預測的低可見星下接收機自主完好性監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)在軍事和民用領域都扮演著極其重要的地位，GNSS可為海、陸、空各個層面的物體進行定位、導航和授時，包括船舶遠洋航行和進港引水，汽車自主導航以及飛機航路引導和進場降落，電力、郵電和通信網絡系統(tǒng)授時和校頻等。接收機自主完好性監(jiān)測(ReceiverAutonomous IntegrityMonitoring, RAIM)確保了用戶定位、授時結果的精確性、連續(xù)性和魯棒性，且為GNSS系統(tǒng)的正常運行提供了保證。
[0003]在某些場景中，比如建筑物遮擋、城市峽谷或者室內條件下，接收機環(huán)路能夠跟蹤到的可見衛(wèi)星數量很少，難以接收六顆衛(wèi)星信號進行故障衛(wèi)星檢測與排除，故需要借助輔助信息提高系統(tǒng)完好性監(jiān)測性能。通?？刹捎眯l(wèi)星導航系統(tǒng)差分定位服務中的廣域增強系統(tǒng)(Wide Area Augmentation System,WAAS)和局域增強系統(tǒng)(Local Area AugmentationSystem,LAAS)進行完好性輔助監(jiān)測，還可以采用輔助GPS(AGPS)和GPS-1NS組合方式提高系統(tǒng)性能，然而綜合考慮外界環(huán)境、成本和接收機性能要求等因素，在本地接收機時鐘源頻率穩(wěn)定的前提下，可不借助外界輔助信息進行完好性監(jiān)測，即借助本地接收機鐘差模型預測進行五顆可見衛(wèi)星下的故障星檢測與排除。本發(fā)明針對低可見衛(wèi)星下(五顆可見衛(wèi)星)單模GNSS定位,且提出了加權最小二乘法中權重因子的確定方法，最后給出定位結果的同時對精度因子(Dilution ofPrecision, D0P)進行了分析說明。
[0004]在衛(wèi)星導航系統(tǒng)領域的快照算法中，廣泛采用最小二乘法、奇偶矢量法和加權最小二乘法，考慮到最小二乘法`與奇偶矢量法定位結果的等價性，本發(fā)明采用加權最小二乘法(Weighted Least Squares, WLS)進行定位解算。
[0005]衛(wèi)星導航系統(tǒng)中校正后偽距測量值可表示為:
【權利要求】
1.一種基于鐘差輔助的低可見星下單模RA頂實現方法，其特征包括以下七個步驟: 步驟A:根據碼環(huán)、載波環(huán)跟蹤衛(wèi)星信號的載噪比確定權重矩陣； 步驟B:根據虛警率、漏警率進行RAIM可用性判定； 步驟C:確定RAIM檢測門限； 步驟D:利用牛頓插值模型確定鐘差輔助方程； 步驟E:故障衛(wèi)星檢測與排除； 步驟F:利用加權最小二乘法進行接收機定位解算； 步驟G:調整鐘差滑動窗區(qū)間，并進行精度因子分析。
2.根據權利要求1所述的低可見星下單模RAM實現方法，其特征在于:步驟A通過碼環(huán)帶寬、預檢積分時間、載噪比確定接收機延時鎖定環(huán)熱噪聲，并結合衛(wèi)星信號傳播過程中的大氣延時確定接收機的權重矩陣。
3.根據權利要求1所述的低可見星下單模RA頂實現方法，其特征在于:步驟B通過虛警率、漏警率確定最小檢測偏差，并通過誤差幾何因子SLOPEmax確定水平保護限值，進而判斷RAM可用性。
4.根據權利要求1所述的低可見星下單模RAIM實現方法，其特征在于:步驟C根據卡方分布的自由度及虛警率要求，確定RAIM檢測門限值。
5.根據權利要求1所述的低可見星下單模RAM實現方法，其特征在于:步驟D構造均差型三次牛頓插值多項式，調整觀測矩陣和殘差矩陣，添加鐘差輔助方程。
6.根據權利要求1所述的低可見星下單模RA頂實現方法，其特征在于:步驟E通過鐘差輔助方程與原來C54顆衛(wèi)星組合，對定位后殘余向量加權平方和與步驟C中的門限值進行比較，實現故障衛(wèi)星的檢測與排除。
7.根據權利要求1所述的低可見星下單模RAIM實現方法，其特征在于:步驟F根據步驟A中的權重矩陣進行接收機加權最小二乘法定位解算。
8.根據權利要求1所述的低可見星下單模RAM實現方法，其特征在于:步驟G調整牛頓插值鐘差滑動窗區(qū)間，并進行添加鐘差輔助方程后的精度因子分析。
【文檔編號】G01S19/23GK103592657SQ201310455355
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】孟凡琛, 汪珊, 朱柏承 申請人:北京大學