CN104316939A

CN104316939A - 一种用于卫星导航接收装置的故障卫星排除方法及相应装置

Info

Publication number: CN104316939A
Application number: CN201410595220.3A
Authority: CN
Inventors: 王菲; 夏粮; 赵星
Original assignee: Techtotop Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Techtotop Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-01-28

Abstract

本发明提供一种用于卫星导航接收装置的故障卫星排除方法，所述方法包括，卫星分组步骤，将观测到的N颗卫星进行分组，每个分组的卫星数为n，当所述n颗卫星为单模时，若n>=5，则进入故障卫星检测步骤，否则进入故障卫星排除步骤；当所述n颗卫星为双模时，若n>=6，则进入故障卫星检测步骤，否则进入故障卫星排除步骤；故障卫星检测步骤，根据n颗卫星实时伪距观测值确定统计检测量，根据给定的误警率确定检测门限，若，则所述n颗卫星为正常卫星并标记；若则所述n颗卫星中包含故障卫星，进入所述卫星分组步骤；故障卫星排除步骤，将检测到的所述分组中的n颗卫星去掉标记为正常的卫星，剩下的即为故障卫星。

Description

一种用于卫星导航接收装置的故障卫星排除方法及相应装置

技术领域

本发明涉及一种用于卫星导航接收装置的故障卫星排除方法及相应装置。

背景技术

完好性是指卫星定位误差超出允许门限时，系统能够及时给出告警的能力。接收机自主完好性监测（RAIM，Receiver Autonomous Integrity Monitoring）是指利用接收机自身冗余的观测值对卫星故障进行检测和识别。如果监测出参与定位的卫星中有错误值，则要将故障卫星找出，以提高定位精度。

在检测到故障后，准确地找到故障星，通常采用子集比较法、奇偶矢量法和极大似然估计法来识别故障星。这三种方法使用不同的识别依据，但都是通过解析残差来寻找故障星，都可归结为将似然比与一个门限进行比较，但在实际操作中，这几种方法不能够准确的找出故障星并剔除。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的在接收机自主完好性监测（RAIM）算法中排除故障卫星的方法，从而提高定位精度，满足用户需求。

更进一步，所述n=N-1。

更进一步，所述，其中，

；

为观测伪距与近似计算伪距差值的n维矢量；

n为卫星数；

为观测矩阵；

为四维待解参数矢量；

为n维观测伪距噪声矢量。

更进一步，所述N<=8。

更进一步，当所述N颗卫星为单模，如N=5时，排除0颗故障星；如N=6时，最多排除1颗故障星；如N=7时，最多排除2颗故障星；如N=8时，最多排除3颗故障星。

更进一步，当所述N颗卫星为双模，如N=6时，当（5+1）组合，最多可以排除组合中+1的故障星；其他组合，排除0颗故障星；如N=7时，当（5+2）或者（6+1）组合，最多可以排除2颗故障星；其他组合，排除1颗故障星；如N=8时，当（7+1）或者（6+2）或者（5+3）组合，最多可以排除3颗故障星；其他组合，排除2颗故障星。

本发明还提供一种包含上述故障卫星排除方法的卫星导航接收装置。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先来描述下RAIM算法：

伪距观测模型可以表示为：

（1）

式中为观测伪距与近似计算伪距差值的n维矢量；n为卫星数；为观测矩阵；为四维待解参数矢量；为n维观测伪距噪声矢量。

根据最小二乘原理，向量的最小二乘解为：

（2）

伪距残差向量为：

（3）

令，则式（3）可简化为：

（4）

由式（4）知，向量中包含了卫星伪距误差信息，用作判断有无故障卫星的依据。令，表示各个卫星伪距残差的平方和，在实际应用中，采用作为统计检测量。若伪距测量误差中的各个分量相互独立且服从均值为零，方差为的正态分布，根据统计分布理论，服从自由度为的的分布；若的均值不为零，则服从自由度为的非中心化分布，非中心化参数。故统计假设有两类：

无故障假设

，则。

有故障假设

，则。

在无故障卫星时，系统处于正常状态，如果出现告警，则为误警。因此给定误警率，则下面的概率等式成立：

（5）

根据上式确定的，可计算出检测门限。将实时计算的与进行比较，若，则表示检测到故障，向用户发出告警。

那么在检测到故障后，如何找出故障星的，这里采用轮盘的方法，具体方法如下：

假如接收机有N(N>=5)个卫星测量值，那么这N个测量值可分成N组，每组合含相互不同的N-1个测量值。由于每组组合仍有足够多个用以实现定位的测量值，因而总共可以得出不同的，则将每组与进行比较，如果，则说明此时计算出的该组卫星中已剔除故障星，排除的那颗星即为故障星。如果循环N组后，仍满足，则说明该N颗星中不只有一颗，那么则排出两颗，有种组合，前提是每种组合中的卫星数得满足RAIM算法对卫星数的要求，其中单模要求最少有5颗卫星，双模要求最少有6颗卫星，依次循环下去，直至找到的该组卫星，则用该组卫星用于最后的定位。

图1为本发明的流程图。首先是卫星分组步骤101，将观测到的N颗卫星进行分组，每个分组的卫星数为n，当所述n颗卫星为单模时，若n>=5，则进入故障卫星检测步骤102，否则进入故障卫星排除步骤103；当所述n颗卫星为双模时，若n>=6，则进入故障卫星检测步骤102，否则进入故障卫星排除步骤103；故障卫星检测步骤102，根据n颗卫星实时伪距观测值确定统计检测量，根据给定的误警率确定检测门限，若，则所述n颗卫星为正常卫星并标记；若则所述n颗卫星中包含故障卫星，进入所述卫星分组步骤101；故障卫星排除步骤103，将检测到的所述分组中的n颗卫星去掉标记为正常的卫星，剩下的即为故障卫星。

但在实际的操作中，考虑到软件运算量及中断时间的问题，N不能无限大，下面举例说明，轮盘中最多放8颗星。即N<=8为例：

当为单模定位时，N<5时，则检测不出，即RAIM算法失效；

N=5时，排除0颗故障星；

N=6时，最多排除1颗故障星；

N=7时，最多排除2颗故障星；

N=8时，最多排除3颗故障星。

当为双模定位时，N<6时，则检测不出，即RAIM算法失效；

N=6时，当（5+1）组合，最多可以排除组合中+1的故障星；其他组合，排除0颗故障星；

N=7时，当（5+2）或者（6+1）组合，最多可以排除2颗故障星；其他组合，排除1颗故障星；

N=8时，当（7+1）或者（6+2）或者（5+3）组合，最多可以排除3颗故障星；其他组合，排除2颗故障星；

备注：其中（5+1）、（6+1）等组合表示两种不同模式卫星的个数。

根据排除卫星的个数对轮盘中卫星数进行全组合排列，即排除1颗星时共有种组合，排除2颗星时共有种组合，排除3颗卫星时共有种组合，通过这种方法找到满足门限的一组卫星。

需要说明的是，本发明可以适用北斗二代卫星导航系统、GPS、GLONASS或者伽利略等导航卫星定位系统单模、双模或多模导航装置，其基本原理也和本发明描述的一样，也在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于卫星导航接收装置的故障卫星排除方法，其特征在于，所述方法包括，

卫星分组步骤，将观测到的N颗卫星进行分组，每个分组的卫星数为n，当所述n颗卫星为单模时，若n>=5，则进入故障卫星检测步骤，否则进入故障卫星排除步骤；当所述n颗卫星为双模时，若n>=6，则进入故障卫星检测步骤，否则进入故障卫星排除步骤；故障卫星检测步骤，根据n颗卫星实时伪距观测值确定统计检测量，根据给定的误警率确定检测门限，若，则所述n颗卫星为正常卫星并标记；若则所述n颗卫星中包含故障卫星，进入所述卫星分组步骤；故障卫星排除步骤，将检测到的所述分组中的n颗卫星去掉标记为正常的卫星，剩下的即为故障卫星。

2.如权利要求1所述的故障卫星排除方法，其特征在于，所述n=N-1。

3.如权利要求1所述的故障卫星排除方法，其特征在于，所述，其中，

；

为观测伪距与近似计算伪距差值的n维矢量；

n为卫星数；

为观测矩阵；

为四维待解参数矢量；

为n维观测伪距噪声矢量。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的故障卫星排除方法，其特征在于，所述N<=8。

5.如权利要求4所述的故障卫星排除方法，其特征在于，当所述N颗卫星为单模，如N=5时，排除0颗故障星；如N=6时，最多排除1颗故障星；如N=7时，最多排除2颗故障星；如N=8时，最多排除3颗故障星。

6.如权利要求4所述的故障卫星排除方法，其特征在于，当所述N颗卫星为双模，如N=6时，当（5+1）组合，最多可以排除组合中+1的故障星；其他组合，排除0颗故障星；如N=7时，当（5+2）或者（6+1）组合，最多可以排除2颗故障星；其他组合，排除1颗故障星；如N=8时，当（7+1）或者（6+2）或者（5+3）组合，最多可以排除3颗故障星；其他组合，排除2颗故障星。

7.一种包含如权利要求1至6中任意一项所述的故障卫星排除方法的卫星导航接收装置。