[发明专利]一种基于钟差辅助的低可见星下单模RAIM实现方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体的说是一种基于牛顿插值法钟差模型预测的低可见星下接收机自主完好性监测方法。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)在军事和民用领域都扮演着极其重要的地位，GNSS可为海、陆、空各个层面的物体进行定位、导航和授时，包括船舶远洋航行和进港引水，汽车自主导航以及飞机航路引导和进场降落，电力、邮电和通信网络系统授时和校频等。接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomous Integrity Monitoring，RAIM)确保了用户定位、授时结果的精确性、连续性和鲁棒性，且为GNSS系统的正常运行提供了保证。

在某些场景中，比如建筑物遮挡、城市峡谷或者室内条件下，接收机环路能够跟踪到的可见卫星数量很少，难以接收六颗卫星信号进行故障卫星检测与排除，故需要借助辅助信息提高系统完好性监测性能。通常可采用卫星导航系统差分定位服务中的广域增强系统(Wide Area Augmentation System，WAAS)和局域增强系统(Local Area Augmentation System，LAAS)进行完好性辅助监测，还可以采用辅助GPS(AGPS)和GPS-INS组合方式提高系统性能，然而综合考虑外界环境、成本和接收机性能要求等因素，在本地接收机时钟源频率稳定的前提下，可不借助外界辅助信息进行完好性监测，即借助本地接收机钟差模型预测进行五颗可见卫星下的故障星检测与排除。本发明针对低可见卫星下(五颗可见卫星)单模GNSS定位，且提出了加权最小二乘法中权重因子的确定方法，最后给出定位结果的同时对精度因子(Dilution ofPrecision，DOP)进行了分析说明。

在卫星导航系统领域的快照算法中，广泛采用最小二乘法、奇偶矢量法和加权最小二乘法，考虑到最小二乘法与奇偶矢量法定位结果的等价性，本发明采用加权最小二乘法(Weighted Least Squares，WLS)进行定位解算。

卫星导航系统中校正后伪距测量值可表示为：

ρc(n)=ρ(n)+δts(n)-Iono(n)-Trono(n)---(1)]]>

其中ρⁿ代表伪距测量值，代表第n颗卫星钟差项，代表电离层延时，代表对流层延时。

RAIM算法中采用的加权最小二乘法可表示成：

b=G·X+ε   (2)

其中b∈R^n×1，n为单模卫星导航系统中参与解算的卫星数目，b代表校正后伪距与接收机至卫星几何距离之差，R表示实数域，G∈R^n×4，G代表接收机至卫星的方向余弦矩阵，x∈R^n×1，代表接收机位置坐标和钟差值，ε∈R^n×1，代表接收机测量误差矢量，正常情况下服从均值为0，方差为σ²的高斯分布。

本发明假定单模导航系统中最多只存在1颗故障卫星，且假定第i颗卫星出错，加权最小二乘法中的第n颗卫星的测量误差标准差为σ_n，则权重矩阵W可表示成一个R^n×n的对角阵：