CN101520503B - 卫星导航系统的故障卫星检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航系统的故障卫星检测方法，包括：根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组；对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星。本发明技术方案根据导航星座中卫星顶视图方位角将所有可见卫星分组，且依据卫星的几何分布特性将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分成一组，对分组后的卫星分组分别进行LSR检测和MLE识别，有效提高了故障卫星的检测速度和识别率，适用于双星和单星故障检测，可应用于多星座卫星导航系统中。

Description

卫星导航系统的故障卫星检测方法

技术领域

本发明涉及一种应用于卫星导航领域的卫星完好性监测技术，特别是根据卫星的几何分布特性，快速有效的检测和识别故障卫星的卫星导航系统的故障卫星检测方法。

背景技术

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)广泛应用于军事、交通、通信等各领域，其中，卫星导航系统的精度、完好性、连续性和可用性是保证导航用户可靠运行的基础，特别是对于航行于没有地标标志区域(如天空、沙漠以及海洋等)的导航用户来说，卫星导航系统的完好性是保证导航用户可靠运行的必要条件。

对于民用航空用户来说，导航定位过程中，在得到导航解的同时，必须考虑伪距观测量偏差对导航解的影响，以满足航空用户的需要。其中，引起伪距观测量偏差的主要因素有较大的卫星钟漂、导航电位数据的不正确上载以及卫星组成部分的故障，并将以上所有因素统称为卫星故障，且对于各种卫星星座来说，卫星故障的发生是不可预料的，且每种星座均具有一定的卫星故障发生概率，如GPS星座的卫星故障发生概率约为10^-4/小时。对于不可预料的卫星故障，卫星导航系统通过操作控制部分预测并将预测结果发播给用户作出告警反应的时间通常为15分钟到几个小时，因此，对于民用航空用户，特别是民用飞机用户来说，必须对卫星导航系统进行完好性检测，提供超限报警能力，以满足其需要。

目前，完好性检测技术主要为内部检测方法，即采用卫星的冗余信息和用户系统(如飞机)内部的传感器信息来实现完好性检测，并将该方法称为接收机自主完好性检测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，简称RAIM)技术。RAIM技术是内嵌在导航接收机中的一种完好性检测算法，根据接收机收到的多颗卫星信息实现故障检测和识别，对卫星故障反应迅速，且无须外界干预，但其算法的有效性受到可见卫星数量以及用户和卫星星座的相对几何分布影响。

现有技术中对卫星故障的完好性检测技术主要是进行单星故障检测，即通常假设只存在单颗故障卫星，主要包括两类算法：一是基于滤波的RAIM算法，其对先验误差特性的依赖性较强，反应速度慢，应用较少；二是“快照(Snapshot)”RAIM算法，其仅依靠当前观测值，反应速度较快，且容易实现，应用较为广泛，其中，最小二乘残差(Least Square Residual，简称LSR)故障检测和最大似然估计((Maximum Likelihood Estimation，简称MLE)故障识别方法是“快照”算法的典型代表，利用LSR可以快速的检测故障存在，利用MLE可以快速地识别出故障卫星。但是，对于一些导航用户，如民航用户，为解决传统导航方式对特定导航设备的依赖，推动使用导航新技术和新应用提高空中交通系统性能和安全性，国际民航组织(ICAO)定义了一种至少包含一个或多个卫星导航星座(如美国的GPS、中国的BD、俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galileo)的系统，民航用户利用多卫星星座进行导航，导航卫星数量较多，多颗卫星发生故障的概率必然增大，因此，在进行卫星完好性检测时不能假设仅存在单颗故障卫星，必须进行多星故障检测，特别是双星故障进行检测。

目前对多星故障进行检测通常采用遍历的思想，即通过对去掉多颗卫星的子集进行判断并检测和识别故障卫星，其检测是对各颗卫星依次判断，采用遍历的检测方法，并最终获得故障卫星，其具有较高的识别率，但故障卫星的检测时间较长，无法满足对卫星故障完好性要求较高的用户，特别是对于民航飞机用户而言，故障卫星的检测时间的快速性非常重要。

随着导航定位技术在民用航空领域的广泛应用，对于民航用户，特别是民航飞机用户而言，由于民航飞机用户对卫星的完好性要求较高，在对故障卫星进行检测时故障卫星的检测时间要短，故障卫星的识别率要高，同时，由于民航用户利用多星座卫星导航系统进行导航，多星座卫星导航系统中故障卫星发生概率增大，因此，目前的单星故障检测无法满足民航用户对故障卫星识别率的要求，同时，现有技术中对多星故障进行检测方法中，故障卫星检测的时间过长，无法满足民航用户对故障卫星检测时间的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星导航系统的故障卫星检测方法，可以有效解决现有技术在对卫星进行故障检测时检测时间较长的技术问题，可以对双星和单星故障进行检测并且具有较快的检测速度，有效提高了故障卫星的检测效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种卫星导航系统的故障卫星检测方法，包括：

根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组；

对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星。

其中，所述根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组包括：

按照卫星顶视图方位角，将所有可见卫星组成圆形区域，并利用第一组相交线将所述圆形区域划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，所述第一区域和第三区域为对角区域，所述第二区域和第四区域为对角区域，且所述第一区域和第三区域内的卫星数量与第二区域和第四区域内的卫星数量之差的绝对值最小；

将所述第一区域和第三区域内的卫星组成所述第一卫星分组，将所述第二区域和第四区域内的卫星组成所述第二卫星分组。

所述对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星包括：

利用最小二乘残差分别对所述第一卫星分组和第二卫星分组进行检测，判断所述第一卫星分组和第二卫星分组是否均存在故障卫星；

若所述第一卫星分组和第二卫星分组均存在故障卫星，则假定所述第一卫星分组和第二卫星分组中均存在一颗故障卫星，通过最大似然估计分别识别所述第一卫星分组和第二卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束。

所述利用最小二乘残差分别对所述第一卫星分组和第二卫星分组进行检测，判断所述第一卫星分组和第二卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第一卫星分组和第二卫星分组中只有一个卫星分组中存在故障卫星，将所述故障卫星所在分组作为第一故障集合；

利用与所述第一组相交线不重和的第二组相交线将所述圆形区域重新划分为第五区域、第六区域、第七区域和第八区域，所述第五区域和第七区域为对角区域，所述第六区域和第八区域为对角区域；

将所述第五区域和第七区域内的可见卫星组成第三卫星分组，将所述第六区域和第八区域内的可见卫星组成第四卫星分组；

利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星；

若所述第三卫星分组和第四卫星分组均存在故障卫星，则假定所述第三卫星分组和第四卫星分组中均存在一颗故障卫星，通过最大似然估计分别识别所述第三卫星分组和第四卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束。

所述利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第三卫星分组和第四卫星分组中只有其中一个卫星分组存在故障卫星，将所述故障卫星所在分组作为第二故障集合；

获得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通过伪距比较识别所述交集中的卫星，获得故障卫星，结束。

所述利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第三卫星分组和第四卫星分组中均没有检测到故障卫星，则假定所有可见卫星中只有一个故障卫星，通过最大似然估计对所有可见卫星进行识别，获得故障卫星，结束。

本发明提供了一种卫星导航系统的故障卫星检测方法，根据卫星顶视图方位角对可见卫星进行分组，将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星组成一组，并对分组后的卫星分组分别进行LSR检测和MLE识别，可有效检测并识别可见卫星中的故障卫星。本发明技术方案可以有效地检测和识别双星故障，检测速度快，且具有较高的识别率和较低的误检率，提高了故障卫星的检测效率；此外，本发明技术方案还可以实现双星和单星故障的同时检测和识别，提高了故障卫星检测的速度和识别率，特别适用于对故障卫星检测的完整性要求较高的导航用户，适用于多星座卫星导航系统中。

附图说明

图1为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例一的流程示意图；

图2为故障卫星检测的示意图；

图3为故障卫星与正常卫星的卫星顶视图方位角近似相反时故障卫星检测的示意图；

图4为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例二的流程图；

图5为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法中对可见卫星进行第一次分组的示意图；

图6为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例中对可见卫星进行第二次分组的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例一的流程示意图。本实施例包括：

步骤1、根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组；

步骤2、对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星。

本实施例技术方案中，当确定可见卫星中存在故障卫星时，可根据卫星顶视图方位角对所有可见卫星分组，并对分组后的卫星分组分别进行检测，获得故障卫星。具体地，首先，依据卫星的几何分布，可将所有可见卫星中卫星顶视图方位角相近或者卫星顶视图方位角相反的卫星分在一组，并使得分组后的第一卫星分组和第二卫星分组中的卫星数量基本一致；然后，可利用LSR分别对第一卫星分组和第二卫星分组进行检测，判断各卫星分组内是否存在故障卫星，并可通过MLE对第一卫星分组或第二卫星分组分别进行识别，获得故障卫星。由于在一个区域内，同一时刻卫星发生故障的数量一般在一颗或两颗，因此，本实施例中，当LSR检测到第一卫星分组和第二卫星分组均存在有故障卫星时，可假定每个卫星分组内只有一颗故障卫星，此时，可通过MLE分别识别第一卫星分组和第二卫星分组内的卫星，获得故障卫星；当LSR检测只有一个卫星分组存在故障卫星时，假设第一卫星分组内存在故障卫星，则可继续对所有可见卫星重新分成不同于第一卫星分组和第二卫星分组的两个卫星分组，并对重新分组得到的两个卫星分组进行LSR检测，判断故障卫星所在的分组，进行MLE识别并获得故障卫星。由于LSR具有较高故障检测效率，因此，首先利用LSR对卫星分组进行故障检测，判断卫星分组中是否有故障卫星，然后再利用MLE对确定有故障卫星的卫星分组进行识别，有效减少了MLE识别卫星的数量，提高了MLE识别的效率，同时，由于卫星分组内的卫星为由卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星组成，因此，可以有效提高故障卫星的检测速度和识别率，提高故障卫星的检测效率。

图2为故障卫星检测的示意图；图3为故障卫星与正常卫星的卫星顶视图方位角近似相反时故障卫星检测的示意图。在进行故障卫星检测时，一般至少需要三颗卫星，假设用户m的观测区域内存在三颗可见卫星k₁、k₂和k₃，如图2所示，在用户m对卫星进行故障检测时，假设卫星k₁出现故障，且产生的测距偏差为b，则用户m的实际定位就会存在定位误差p＝|mm′|，其中m′是用户m根据三颗可见卫星所确定的位置，则在进行故障卫星检测时，各卫星的残差平方和为： $S=r_1^2+r_2^2+r_3^2,$ 其中，r_i为各卫星的伪距残差，i＝1，2，3，如果S大于给定的门限则可检测出故障卫星k₁。如图3所示，当卫星k₁与卫星k₂的卫星顶视图方位角近似相反，即卫星顶视图方位角近似为180°时，卫星k₁与卫星k₂处于近似相反的方向时，用户m的定位误差p≈b/2，r₁≈b/2，r₂≈ b/2，r₃≈0，此时，各卫星的残差平方和为： $S=r_1^2+r_2^2+r_3^2\≈b^2/2.$ 由此可以看出，当故障卫星相近或近似相反的方向有卫星时S越大，越容易检测出故障卫星，因此，本实施例技术方案中，根据卫星的几何分布，将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分成一组，利用MLE对各卫星分组进行故障卫星检测时，可以更加快速准确地检测出故障卫星。由此可以看出，卫星导航系统中各星座中的卫星具有如下几何分布特性：在各卫星组成的几何分布中，当故障卫星所在分组中具有与其卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星时，可以比较容易的检测出该故障卫星。因此，在对导航星座中的卫星进行分组时，可根据上述的卫星的几何分布特性，将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分成一组，由上述卫星的几何分布特性可知，当获得的卫星分组中有故障卫星时，可以快速准确地识别出故障卫星，提高故障卫星的识别率。

可以看出，本实施例技术方案中，依据卫星的几何分布特性，根据可见卫星的卫星顶视图方位角，将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组，且第一卫星分组和第二卫星分组内的卫星由卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星组成，在进行故障检测时可以快速有效的识别出卫星分组内的故障卫星，提高卫星分组的检测速度。

本实施例技术方案中，根据卫星顶视图方位角以及卫星的几何分布特性将可见卫星分成两组，并对分组后的卫星分组分别进行故障检测，在对卫星分组进行故障检测时，由于可以先利用LSR对每个卫星分组进行分别检测，并判断各卫星分组内是否存在故障卫星，若均存在故障卫星，则可假定每个卫星分组内均存在一颗故障卫星，并可利用MLE分别对两个卫星分组进行识别，获得两颗故障卫星；同时，若只检测到一个卫星分组内存在故障卫星，则可重新对可见卫星进行分组，并最终确认故障卫星所在集合，检测得到故障卫星，相对于现有技术中利用遍历思想对两颗故障卫星进行检测的方法，本实施例技术方案的卫星故障检测快速准确，特别适用于双星故障检测中，可有效提高双星故障检测的速度，同时具有较好的故障检测效率，有效满足了民用航空用户的导航需要。

图4为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例二的流程图。本实施例包括：

步骤10、利用LSR对所有可见卫星进行检测，判断是否有故障卫星，是则执行步骤20，否则，无故障卫星，结束；

步骤20、根据卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组；

步骤30、利用LSR分别对所述第一卫星分组和第二卫星分组进行检测；

步骤40、判断所述第一卫星分组和第二卫星分组是否均存在故障卫星，是则执行步骤50，否则执行步骤60；

步骤50、假定所述第一卫星分组和第二卫星分组中均存在一颗故障卫星，通过MLE分别识别所述第一卫星分组和第二卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束；

步骤60、将所有可见卫星重新分成第三卫星分组和第四卫星分组，并对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行LSR检测；

步骤70、判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星，是则执行步骤80，否则执行步骤90；

步骤80、假定所述第三卫星分组和第四卫星分组中均存在一颗故障卫星，并通过MLE分别识别所述第三卫星分组和第四卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束；

步骤90、判断所述第三卫星分组和第四卫星分组中是否只有一个卫星分组中存在故障卫星，是则执行步骤101，否则执行步骤102；

步骤101、获得所述故障卫星所在的卫星分组与所述第一卫星分组和第二卫星分组中的故障卫星所在的卫星分组的交集，并通过伪距比较识别所述交集中的卫星，获得故障卫星，结束；

步骤102、假定所有可见卫星中只有一颗故障卫星，并利用MLE对所有可见卫星进行识别，获得故障卫星，结束。

本实施例技术方案中，首先利用LSR对所有可见卫星进行检测，当判断存在故障卫星后再对可见卫星进行分组检测，否则说明没有故障卫星，可结束下面步骤的检测过程，减少不必要的检测。图5为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法中对可见卫星进行第一次分组的示意图。具体地，上述步骤20中可具体包括以下步骤：

步骤201、按照卫星顶视图方位角，将所有可见卫星组成圆形区域，并利用第一组相交线将所述圆形区域划分为第一区域1、第二区域2、第三区域3和第四区域4，所述第一区域1和第三区域3为对角区域，所述第二区域2和第四区域4为对角区域，且所述第一区域1和第三区域3内的卫星数量与第二区域2和第四区域4内的卫星数量之差的绝对值最小；

步骤202、将所述第一区域1和第三区域3内的卫星组成所述第一卫星分组A，将所述第二区域2和第四区域4内的卫星组成所述第二卫星分组B。

可以看出，通过以上分组，可使得处于第一卫星分组A或第二卫星分组B内的卫星为由卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星组成，且第一卫星分组A和第二卫星B分组内的卫星数量近似相等。由图2和3中的故障检测示意图可以看出，卫星的几何分布中，当卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分组中存在故障卫星时，可以更加准确可靠的识别出故障卫星，因此，上述分组利用卫星的几何分布特性，将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分在一组，分组简单快速，有利于快速有效地检测到故障卫星，使得故障检测时具有较高的识别率和检测效率。

图6为本发明卫星导航系统的故障卫星检测方法实施例中对可见卫星进行第二次分组的示意图。具体地，上述步骤60具体可包括：若所述第一卫星分组A和第二卫星分组B中只有一个卫星分组中存在故障卫星，将所述故障卫星所在分组作为第一故障集合；利用与所述第一组相交线不重和的第二组相交线将所述圆形区域重新划分为第五区域5、第六区域6、第七区域7和第八区域8，所述第五区域5和第七区域7为对角区域，所述第六区域6和第八区域8为对角区域；将所述第五区域5和第七区域7内的可见卫星组成第三卫星分组C，将所述第六区域6和第八区域8内的可见卫星组成第四卫星分组D；利用LSR分别对所述第三卫星分组C和第四卫星分组D进行检测。其中，所述第二组相交线为所述第一组相交线的角平分线，这样可使得第三卫星分组C和第四卫星分组D内的卫星尽可能与第一卫星分组A和第二分组B内的卫星均具有最小的卫星重叠率，在对卫星分组进行LSR检测时，可以更快且准确的检测出故障卫星，避免了重复无效的检测，有效提高了第三卫星分组C和第四卫星分组D的故障卫星的检测效率和检测的效果，保证了检测的有效性。此外，本实施例技术方案中，第二组相交线也可以是与第一组相交线具有一定角度的相交线，并使得第二组相交线将所有可见卫星分成的两组具有基本相同卫星数量的分组，且可保证第三卫星分组C和第四卫星分组D与第一卫星分组A和第二卫星分组B具有较小的卫星重叠率，提高卫星故障检测的效率。

上述步骤101中，若所述第三卫星分组C和第四卫星分组D中只有其中一个卫星分组存在故障卫星，可将所述故障卫星所在分组作为第二故障集合；并获得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通过伪距比较识别所述交集中的卫星，获得故障卫星。具体地，由于第一故障集合为对第一卫星分组A和第二卫星分组B进行LSR检测后确定的故障卫星所在的集合，而第二故障集合为对第三卫星分组C和第四卫星分组D进行LSR检测后确定的故障卫星所在的集合，因此可以确定，故障卫星必然存在于第一故障集合和第二故障集合的交集中，此时可以利用伪距比较来对交集中的卫星进行识别，并获得故障卫星。具体地，在对卫星进行伪距比较时，卫星定位的线性化测量方程可表示为：

y＝G·x+ε

其中，x表示四维位置误差矢量；y表示伪距测量值与由卫星位置和用户位置计算得到的期望值之差；G表示观测矩阵；ε表示n维误差矢量。

其中，x的最小二乘估计表示为：

${\hat{x}}_{\mathrm{ls}}={\left(G^{T}G\right)}^{-1}{G}^T\·y$

残差矢量表示为：

$r=y-G\·{\hat{x}}_{\mathrm{ls}}$

各分量表示为：

$\tilde{y}=g^T\·x+\widetilde{\mathrm{\ϵ}}$

$\tilde{r}=\tilde{y}-g^T\·{\hat{x}}_{\mathrm{ls}}$

将以上各公式整理后可得估计伪距和实际测量得到的伪距残差矢量为：

$\tilde{r}=\widetilde{\mathrm{\ϵ}}-g^T\·{\left(G^{T}G\right)}^{-1}{G}^T\mathrm{\ϵ}$

同时，可通过已经检测为正常的卫星获得的残差矢量的正常值，并可将残差矢量的正常值作为预设门限，对交集中各卫星进行伪距比较识别时，可将各卫星对应的残差矢量比较，若

大于预设门限，则相应的卫星即为故障卫星，通过伪距比较可以检测出该交集中单颗或两颗故障卫星或多颗故障卫星，同时，由于伪距比较是通过与根据正常卫星获得的残差矢量的正常值比较而获得故障卫星，因此故障卫星的识别率高，检测结果准确可靠，可以看出，通过伪距比较来识别交集中的卫星，可以快速有效的获得故障卫星。

本实施例技术方案中在利用LSR对各卫星分组进行检测时，可按卫星数目分配误检率，具体地，假设用户要求的误检率为P_FD，第一卫星分组的卫星数目为n₁，第二卫星分组的卫星数目为n₂，总可见卫星的数目为n，则第一卫星分组和第二卫星分组的误检率分别为P_FD×n₁/n和P_FD×n₂/n，并在进行LSR检测时按照此误检率来设定门限，以利于在LSR检测时具有较好的检测效果。同样地，在对第三卫星分组和第四卫星分组进行LSR检测时，也采用按卫星数目来分配误检率。

实际应用中，在进行故障卫星检测时，当利用LSR检测可见卫星中存在故障卫星时，可假定存在一颗或两颗故障卫星，此时，可利用卫星顶视图方位角对可见卫星进行第一次分组，将所有可见卫星分成卫星个数近似相等的两组，依据卫星的几何分布特性，并将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星分在一组内；第一次分组后，可利用LSR分别对两个卫星组进行检测，判断两个卫星分组内是否存在故障卫星，若两个卫星分组内均存在故障卫星时，则可假定每个卫星分组中均存在一颗故障卫星，并利用MLE分别识别两个卫星分组内的卫星，获得两颗故障卫星，实现双星故障检测，并可通知用户排除卫星故障；若第一次分组的两个卫星分组中只有一个卫星分组内存在故障卫星时，则可在第一次分组的基础上，按照同样地方法对可见卫星进行第二次分组，且尽可能保证两次分组得到的卫星分组具有较少的卫星重叠，以提高卫星检测的效果；第二次分组后，可对第二次分组的两个卫星分组分别进行LSR检测，判断第二次分组后的两个卫星分组内是否存在故障卫星，若第二次分组的两个卫星分组均存在故障卫星，则假定每个卫星分组中均在一颗可见卫星，利用MLE对对该两个卫星分组进行识别，获得两颗故障卫星；若第二次分组的两个卫星分组中只有一个卫星分组存在故障卫星时，则可将获得两次卫星分组后检测到有故障卫星的卫星分组的交集，并利用伪距比较来获得故障卫星；同时，若第二次分组的两个卫星分组中均不存在故障卫星时，则可假定可见卫星中只存在一颗故障卫星，此时可对第一次分组中存在故障卫星的卫星分组进行MLE检测，获得单颗故障卫星，并可通知用户排除卫星故障。

由以上技术方案可以看出，本实施例通过根据卫星顶视图方位角以及卫星的几何分布特性对可见卫星进行分组，将卫星顶视图方位角相近或近似相反的卫星组成一组，并对分组后的卫星分组分别进行LSR检测和MLE识别，可有效判断并获得可见卫星中的故障卫星。本实施例技术方案可以有效地检测和识别双星故障，检测速度快，且具有较高的识别率和较低的误检率；此外，本实施例技术方案还可以实现双星和单星故障的同时检测和识别，提高了故障卫星检测的速度和识别率，特别适用于对故障卫星检测的完整性要求较高的导航用户，适用于多星座卫星导航系统中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，包括：

根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组；

对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星；

其中，所述根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组包括：

按照卫星顶视图方位角，将所有可见卫星组成圆形区域，并利用第一组相交线将所述圆形区域划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，所述第一区域和第三区域为对角区域，所述第二区域和第四区域为对角区域，且所述第一区域和第三区域内的卫星数量与第二区域和第四区域内的卫星数量之差的绝对值最小；

将所述第一区域和第三区域内的卫星组成所述第一卫星分组，将所述第二区域和第四区域内的卫星组成所述第二卫星分组。

2.根据权利要求1所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述对所述第一卫星分组和第二卫星分组分别进行故障检测，获得故障卫星包括：

利用最小二乘残差分别对所述第一卫星分组和第二卫星分组进行检测，判断所述第一卫星分组和第二卫星分组是否均存在故障卫星；

若所述第一卫星分组和第二卫星分组均存在故障卫星，则假定所述第一卫星分组和第二卫星分组中均存在一颗故障卫星，通过最大似然估计分别识别所述第一卫星分组和第二卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束。

3.根据权利要求2所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述利用最小二乘残差分别对所述第一卫星分组和第二卫星分组进行检测，判断所述第一卫星分组和第二卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第一卫星分组和第二卫星分组中只有一个卫星分组中存在故障卫星，将所述故障卫星所在分组作为第一故障集合；

利用与所述第一组相交线不重和的第二组相交线将所述圆形区域划分为第五区域、第六区域、第七区域和第八区域，所述第五区域和第七区域为对角区域，所述第六区域和第八区域为对角区域；

将所述第五区域和第七区域内的可见卫星组成第三卫星分组，将所述第六区域和第八区域内的可见卫星组成第四卫星分组；

利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星；

若所述第三卫星分组和第四卫星分组均存在故障卫星，则假定所述第三卫星分组和第四卫星分组中均存在一颗故障卫星，通过最大似然估计分别识别所述第三卫星分组和第四卫星分组中的卫星，获得故障卫星，结束。

4.根据权利要求3所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述第二组相交线为所述第一组相交线的角平分线。

5.根据权利要求3所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第三卫星分组和第四卫星分组中只有其中一个卫星分组存在故障卫星，将所述故障卫星所在分组作为第二故障集合；

获得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通过伪距比较识别所述交集中的卫星，获得故障卫星，结束。

6.根据权利要求3所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述利用最小二乘残差分别对所述第三卫星分组和第四卫星分组进行检测，判断所述第三卫星分组和第四卫星分组是否均存在故障卫星之后还包括：

若所述第三卫星分组和第四卫星分组中均没有检测到故障卫星，则假定所有可见卫星中只有一个故障卫星，通过最大似然估计对所有可见卫星进行识别，获得故障卫星，结束。

7.根据权利要求1所述的卫星导航系统的故障卫星检测方法，其特征在于，所述根据导航星座中的卫星顶视图方位角将所有可见卫星分成第一卫星分组和第二卫星分组之前还包括：

对所有可见卫星进行最小二乘残差故障检测。

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