CN106772509B - 一种基于完好性监测的基线形变检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于卫星精密导航与定位技术领域，具体涉及一种提高卫星导航定位对基线形变监测可靠性的基于完好性监测的基线形变检测方法。本发明包括：步骤1，根据完好性监测对基线形变检测，分析多类型误差，通过引入多参考接收机，结合多参考一致性检测和总体最小二乘理论获得基线解最优估计值。步骤2，根据参考接收机故障和基线形变为主要完好性风险源的特点，定位域内引入自适应衰减因子设计基于Kalman滤波的多参考一致性检测算法等。本发明依据完好性监测基线形变检测，引入多参考接收机，在通过形变量的完好性监测与多参考一致性检测和总体最小二乘理论相结合，获取基线解的最优估计值，实现基于完好性监测的基线形变检测。

Description

一种基于完好性监测的基线形变检测方法
技术领域
本发明属于卫星精密导航与定位技术领域，具体涉及一种提高卫星导航定位对基线形变监测可靠性的基于完好性监测的基线形变检测方法。
背景技术
基线形变完好性监测是差分载波相位技术实现高精度、高可靠性的关键技术之一。而在外界导航环境较为恶劣时，所建立系统模型容易发生扰动甚至失真，从而影响差分定位的精度和可靠性，因此，基线形变完好性监测显得尤为必要。由于实际应用在船舶等非理想刚体领域，在海上风浪、外力和外力矩的作用下，将产生一定程度的扭曲变形，则不能简单地把基线长度视为常量，否则将会导致整周模糊度的解算失败，因此对基线变形的检测效率也成为限制导航性能要求的关键因素之一。若将基线形变量等效为对系统定位域观测模型的扰动，利用总体最小二乘理论对扰动模型进行最优估计，可充分监测基线形变对差分载波相位定位解算可靠性的影响。由于参考接收机故障也将导致基线解发生有偏估计，因此有必要将多参考一致性检测技术与基线形变量的完好性监测结合起来，以保证基线解的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于完好性监测的基线形变检测方法。
本发明的目的是这样实现的：
步骤1，根据完好性监测对基线形变检测，分析多类型误差，通过引入多参考接收机，结合多参考一致性检测和总体最小二乘理论获得基线解最优估计值。
步骤2，根据参考接收机故障和基线形变为主要完好性风险源的特点，定位域内引入自适应衰减因子设计基于Kalman滤波的多参考一致性检测算法。
步骤3，建立各参考接收机存在形变扰动以及基线矢量的估计误差模型，采用约束条件下的总体最小二乘理论解出基线解最优估计值，与完好性监测理论相结合，完成对基线形变检测的完好性监测。
步骤1中多参考接收机的引入可在观测量域和定位域提供足够的冗余性，充分提升完好性监测的性能，为在定位域实现对基线形变的完好性监测提供可能。
步骤2中在滤波模型中引入自适应衰减因子以增强对系统输入观测量的跟踪能力，同时，根据系统完好性风险的要求，利用极值理论对自适应衰减因子进行调节以获取最优可用性水平。
步骤3中采用总体最小二乘法，使得观测噪声和模型扰动的误差矩阵达到Frobenius范数最小值，实现对基线形变量的完好性监测，并能达到传统估计准则所不能达到的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
依据完好性监测基线形变检测，引入多参考接收机，构造基于自适应Kalman滤波的多参考一致性检测算法，在通过形变量的完好性监测与多参考一致性检测和总体最小二乘理论相结合，获取基线解的最优估计值，实现基于完好性监测的基线形变检测。
附图说明
图1为基于完好性监测的基线形变检测流程图；
图2为参考接收机布设示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明以现有技术为理论基础，结合多参考一致性检测和总体最小二乘理论实现基于完好性监测的基线形变检测：首先通过多参考一致性检测保证各参考接收机协同工作的完好性，根据约束条件下的总体最小二乘理论获取基线解的最优估计值，与完好性监测理论相结合，构造对应检测统计量和检测门限，并利用已分配的完好性风险概率，实现对基线形变的完好性监测。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
步骤1：由于多种故障源对多参考一致性、可用性水平等影响，根据参考接收机故障和基线形变量为主要完好性风险源的特点，在定位域内构造基于自适应Kalman滤波的多参考一致性检测算法，实现对参考接收机故障的监测。
步骤2：根据可用性水平、故障监测性能和精度等要求，以及约束条件下的总体最小二乘理论获取基线解的最优估计值，与完好性监测理论相结合，构造对应检测统计量和检测门限，并利用已分配的完好性风险概率，可完成对基线形变量的完好性监测。
实施例：
由于多参考接收机的引入，基线形变检测的完好性监测需结合多参考一致性检测和总体最小二乘理论实现。
步骤1：基于自适应Kalman滤波的定位域多参考一致性检测
在海上复杂环境下，多类型误差可衍变为阶跃型、缓变斜坡型和快变斜坡型等故障，为排除多种故障源对多参考一致性检测效率的影响，根据参考接收机故障和基线形变量为主要完好性风险源的特点，在定位域内设计基于Kalman滤波的多参考一致性检测算法。根据研究，Kalman滤波的伪收敛特性将使得多参考一致性检测算法难以满足及时告警时间的要求，因此在滤波模型中引入自适应衰减因子以增强对系统输入观测量的跟踪能力。同时，根据系统完好性风险的要求，利用极值理论对自适应衰减因子进行调节以获取最优可用性水平。
步骤2：基线形变的完好性监测
各参考接收机的布设如图1所示，图中Ri(i＝0,1,2,3)代表参考接收机，xi和bi表示各参考接收机与定位点之间的基线矢量。综合考虑桁端各参考接收机存在形变量扰动以及基线矢量的估计误差，可建立线性误差模型为：
式中y和H分别为基线观测量和观测矩阵，为对应基线矢量xi的估计值，ΔH为形变量引起的模型扰动。根据约束条件下的总体最小二乘理论获取基线解的最优估计值，与完好性监测理论相结合，构造对应检测统计量和检测门限，并利用已分配的完好性风险概率，即可完成基于完好性监测的基线形变检测。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不偏离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的调整，但这些相应的调整都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于完好性监测的基线形变检测方法，其特征在于，包括如下：
步骤1：基于自适应Kalman滤波的定位域多参考一致性检测
利用极值理论对自适应衰减因子进行调节以获取最优可用性水平；
步骤2：基线形变的完好性监测
Ri代表参考接收机，i＝0,1,2,3，bi表示各参考接收机与定位点之间的基线矢量；综合考虑桁端各参考接收机存在形变量扰动以及基线矢量的估计误差，建立线性误差模型为：
式中y和H分别为基线观测量和观测矩阵，为对应基线矢量xi的估计值，ΔH为形变量引起的模型扰动；根据约束条件下的总体最小二乘理论获取基线解的最优估计值，与完好性监测理论相结合，构造对应监测统计量和监测门限，并利用已分配的完好性监测风险概率，即可完成基于完好性监测的基线形变检测。
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