[发明专利]一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，属于组合导航、故障诊断领域。

背景技术

卫星导航系统具有全天候高精度测速、授时及定位能力，目前已被广泛应用与解决空中、陆地和海上运载体的定位与导航问题中，并成为一种主要导航设备，但由于受到卫星星历、星钟误差、电离层和对流层延迟、多路径和接收机热噪声等因素的影响，卫星导航系统的定位误差可能会超出性能需求所容许的范围，载体对该误差超限又存在盲视问题，即定位完好性问题。

目前主要通过完好性监测来保障卫星导航系统的完好性，常见的完好性监测方法分为：外部监测方法和内部监测方法。外部监测方法是在地面或空间中的地球同步卫星上设置完好性监测站，将卫星的完好性信息通过通信链路发送给用户，另外还可以通过差分定位的方法实现完好性的监测，但此类方法需要建立地面站或者同步卫星辅助加以实现，使用成本较高；内部监测方法是指不需要外部设备提供信息，仅通过载体内部设备实现卫星故障的检测与隔离。它包括接收机自主完好性监测和机载自主完好性监测两类方法，接收机自主完好性监测方法利用卫星冗余信息对测量值进行一致性检验，从而实现完好性监测；机载自主完好性监测方法借助飞机上的其它辅助信息(如气压高度表、惯导等)，实现卫星故障检测和故障识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：卫星导航系统在使用过程中存在完好性不足的问题，采用外部监测方法成本较高，且通信已受干扰或存在信号未覆盖区域；内部监测方法中接收机自主完好性监测方法可用性上受可见卫星数目限制。针对上述技术不足之处，提出了一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，在惯性/卫星组合导航系统基础之上，通过构建载体的动力学模型，将动力学模型作为一个虚拟的传感器，采用多模型滤波框架实现惯性/动力学模型/卫星导航系统信息的融合和状态估计，并采用多解分离方法实现卫星故障的检测与隔离，从而提高卫星完好性监测性能。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，包括以下步骤：

第一步：构建运动载体的动力学模型，实现载体的姿态、速度和位置求解；

第二步：采集惯性器件数据，根据惯性导航系统解算模型，求解得到惯性导航系统输出的姿态、速度和位置；

第三步：根据第一步和第二步描述的不同系统模型，选取载体的姿态、速度和位置误差以及惯性器件误差作为状态量，分别获取基于动力学模型和惯性导航系统的状态方程，并根据卫星导航系统定位原理建立量测方程，采用多模型滤波框架实现惯性/动力学模型/卫星导航系统的信息融合与状态估计；

第四步：在第三步的基础上，采用多解分离方法通过构建N+1个，N为可见卫星数，不同的滤波器实现卫星故障的检测与隔离，并计算保护级别指标，完成对卫星导航系统的完好性监测。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过建立载体的动力学模型，采用多模型滤波框架实现惯性/动力学模型/卫星导航系统的信息融合和状态估计，基于多解分离法对卫星故障进行检测和隔离，有效综合利用载体内部信息，提升了卫星完好性监测性能；

(2)本发明中不需要增加额外设备，具有使用成本低、自主性强等特点，是一种较好的内部辅助完好性监测方法。

附图说明

图1为一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法结构框图。

图2是机体系下载体角速度及力矩组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

本发明方法的结构框图如图1所示，一种基于动力学模型辅助的卫星完好性监测方法，其通过建立运动载体的动力学模型，并综合利用搭载的其他导航传感器，采用多模型滤波框架和多解分离法，实现惯性/动力学模型/卫星导航系统信息的最优融合及卫星导航系统的故障检测与隔离，从而保障卫星导航系统完好性，并提高组合导航系统精度和可靠性。其具体步骤如下：