[发明专利]一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法及系统

说明书

本发明提供一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法，包括如下方法步骤：a)将当前空域视为一个二维平面，某一时刻的卫星分布视为在所述二维平面上的点分布；b)选取K个卫星的坐标作为初始质心，使用K‑Means算法，将每个卫星指派到最近的初始质心，形成K个分类簇，重新计算每个分类簇的质心，得到质心坐标；c)重新选取K个卫星的坐标作为初始质心，重复计算步骤b)，计算每次得到的质心的误差平方和，选取误差平方和最小的质心作为输出结果；d)对步骤c)的输出结果进行离群点检查，如果出现离群点，则该离群点处卫星不进行故障假设。本发明对北斗星座的子集进行修正，能够更好地对卫星的可用性进预测。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法及系统。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术可给全球用户提供稳定、精确的位置信息，已在航空领域得到广泛的应用。用户使用全球卫星导航的过程中所需的导航性能指标主要包括：精度、完好性、连续性和可用性。接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)可为飞机进近阶段的水平导航提供服务。高级接收机自主完好性监测(Advanced Receiver Autonomous IntegrityMonitoring,ARAIM)是新一代卫星导航完好性监测技术，其对常规的RAIM进行了扩展。ARAIM使用多个GNSS星座、双频率，具备多故障监测的能力，可支持200英尺高度以下(LPV-200)的垂直导航。为了实现这一目标，航空接收器需要考虑每一个卫星可能的故障，按照此规律进行卫星子集选择，同时也加剧了计算负荷。在用户使用卫星导航之前，应先对ARAIM算法可用性进行预测。当ARAIM满足所需的可用性要求，则使用卫星导航，否则，就放弃卫星导航去使用其他导航设备。

北斗星座的卫星具有混合轨道的特点。在完成全球组网后，北斗星座将由35颗卫星组成，包括5颗地球同步轨道(Geostationary Orbit,GEO)卫星，3颗倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit，IGSO)卫星，27颗中地球轨道(MediumEarth Orbit，MEO)卫星。而对于目前的北斗区域星座，对亚太地区用户而言，其星座构型不够均匀，较为集中。因此在对卫星进行故障假设时，如果平均考虑所有北斗卫星的故障情形，势必造成某些极端的假设极大地影响分析结果甚至不可用。

因此，为了解决现有技术中的上述问题，需要一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法及系统，对北斗星座的子集进行修正以更好地进行可用性预测。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法，所述方法包括如下方法步骤：

a)将当前空域视为一个二维平面，某一时刻的卫星分布视为在所述二维平面上的点分布；

b)选取K个卫星的坐标作为初始质心，使用K-Means算法，将每个卫星指派到最近的初始质心，形成K个分类簇，重新计算每个分类簇的质心，直至每个簇不发生变化或达到最大迭代次数，得到质心坐标；

c)重新选取K个卫星的坐标作为初始质心，重复计算步骤b)，计算每次得到的质心的误差平方和，选取误差平方和最小的质心作为输出结果；

d)对步骤c)的输出结果进行离群点检查，如果未出现离群点，则不对卫星子集进行修正，如果出现离群点，则该离群点处卫星不进行故障假设。

优选地，所述质心的误差平方和通过如下方法计算：

其中，c为质心位置，i为卫星的序号，x为卫星位置，dist为质心位置c与卫星位置的欧几里得距离，K为分类簇的数量。

本发明的一个方面在于提供一种基于北斗星座的ARAIM子集选择方法，所述方法包括如下方法步骤：