[发明专利]双模导航系统中基于系统时差接收机完好性故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双模导航系统中基于系统时差接收机完好性故障检测方法，用于双模GPS/Galileo导航系统中的基于系统时差的接收机完好性故障检测。

背景技术

多模导航技术是指把两种或两种以上的同种类型导航系统以适当的方式组合在一起，利用其性能上的互补特性，以获得比单独使用任何一系统时更高的导航性能。随着Galileo和COMPASS导航系统的发展，多模卫星导航成为未来主要的导航方式。多模卫星导航不仅能为用户提供更高的定位准确度，还能提供更多的冗余观测量。

联邦无线导航计划把导航系统的完好性检测定义为系统不能用于导航时及时向用户发出告警的能力。GPS作为一种导航系统除了要提供导航服务外，还必须具有在系统不能使用时及时向用户发出告警的能力，这种能力叫做系统的完好性。完好性是衡量导航系统性能的一个重要指标。GPS导航系统的完好性监测主要分两类，一类借助差分GPS网络实现，利用差分GPS的地面监测站网计算观测到的每颗卫星的测量值中的误差，当误差大于一定值时，地面监测站通过无线电数据传输链通知用户，用户根据接收到的卫星的完好性信息，排除故障卫星，只用状态好的卫星进行导航。另一类为接收机完好性自主监测，用户只利用接收机输出的冗余伪距观测量即可完成完好性监测，基本思想是通过对观测数据的一致性检验来实现故障检测和故障识别。有一个冗余的观测量可用就可以检测出故障观测量，两个冗余观测量可用就可以分离出含有故障的观测量。

为了提高接收机完好性自主监测算法的响应时间及星座几何布局的限制，常采用一些辅助信息如惯性导航参数、气压高度表、接收机钟差等信息，这样可以有效地降低算法对可见星个数的要求，提高算法的可用性。

每个导航系统都有其独立的系统时间，系统时间一般是由地面站及星载原子钟共同产生的，因此不同导航系统间的系统时差变化相对稳定，可以选用适当的模型对其进行预测。根据系统时差的变化特性，在可见星个数较少的多遮挡环境中，可以利用系统时差的预测值实现定位。再者可以根据系统时差的变化规律进行多模卫星导航系统中的接收机的完好性自主监测方法的研究。具体地说，可以充分利用定位解算得到的不同导航系统间存在的系统时差，将其作为一个辅助信息引入到接收机完好性自主监测算法中。

目前现有的多模卫星导航系统的接收机完好性故障检测方法要求系统必须具有冗余的观测量，并且算法只利用了当前时刻的伪距观测量。利用现有的完好性故障检测算法，双模卫星导航系统中至少需要6颗可见星才能进行完好性故障检测，多一个导航系统，所需的可见星个数也相应增加一个。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种双模导航系统中基于系统时差接收机完好性故障检测方法，解决现有多模卫星导航系统中接收机完好性自主监测算法对卫星可见个数的要求。

本发明的思想在于：根据GPS、Galileo导航系统间系统时差的变化规律，将系统时差作为判断两系统完好性的依据。双模GPS/Galileo导航系统中只需5颗可见星就能检测故障，解决了故障检测对用户数量的要求，此方法简单易行，是一种新的用于多模卫星导航系统的接收机完好性故障检测方法，适用于遮挡程度严重的城市环境中。

技术方案

一种双模导航系统中基于系统时差接收机完好性故障检测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤1：利用伪距观测方程解算k，个时刻T₁，T₂，…，T_k的系统时差值δT₁，δT₂…，δT_k：其中k≥2，i＝1～k，和分别表示T_i时刻矩阵的第四行和第五行，z_i是T_i时刻已知的伪距观测量；H_i是T_i时刻的方向矩阵，T_i时刻矩阵的前三列对应用户与GPS/Galileo系统中N颗可视卫星之间的方向矢量，第四列对应接收机时钟与GPS系统时间的钟差，第五列对应接收机时钟与Galileo系统时间的钟差，若当前卫星属于该导航系统，则相应列的元素为1，否则为0；

步骤2：利用k个时刻的系统时差值预测得到T(T＞T_k)时刻的系统时差值：