CN111045067A - 一种用于捷联航姿系统的gps数据源有效性判断方法 - Google Patents

一种用于捷联航姿系统的gps数据源有效性判断方法 Download PDF

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Abstract

一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法。为了避免错误信息污染惯性导航解算过程，本发明提出一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法：读取GNSS输出的GPRMC推荐最小定位信息数据和GPGGA定位信息数据；接收秒脉冲有效标志；初始化连续无效计数器、GPS有效计数器GPSValidCount、GPS有效不合理计数器、GPS逻辑标志、GPS数据；GPS数据有效性判断。本发明组合导航前，对GPS数据源进行有效性判断，避免错误信息污染惯性导航解算过程，造成姿态和航向角超差。

Description

一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法
技术领域
本发明属于航空电子技术领域，本发明涉及一种用于捷联航姿系统的GPS 数据源有效性判断方法。
背景技术
在捷联航姿系统中，与GPS卫星进行组合时，目前GPS数据源有效性判断方法只通过接收卫星导航设备的GPS有效标志信息来实现，而当遇到外部电气电磁干扰、复杂气象影响、虚假信息注入、遮挡以及冷启动等情况时，GPS 有效标志信息会失真。在这种情况下，如果与GPS卫星做组合进行导航解算时，会使用不准确的位置及速度信息做组合，导致捷联航姿系统输出不准确的姿态和航向角。因此发明了一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法。
发明内容
针对现有技术的不足，为了确定GPS数据源有效性，避免错误信息污染惯性导航解算过程，从而保证姿态和航向角精度，本发明提出一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法。
本发明所采用的技术方案如下：
(1)读取GNSS输出GPRMC推荐最小定位信息和GPGGA定位信息数据包。 GPRMC的数据包含：RMC推荐最小定位信息有效标志 GPSDATARMC_VALID_COMMA，地速GPSDATAGS_COMMA，航迹角GPSDATAHDG_COMMA，日期GPSDATADATE_COMMA；GPGGA定位信息的数据包含：通用协调时 (UTC，Universal Time Coordinated)GPSDATAUTC_TIME_COMMA，纬度 GPSDATALATITUDE_COMMA，纬度半球(南半球S或北半球N) GPSDATALAT_NS_COMMA，经度GPSDATALONGITUDE_COMMA，经度半球(东经E 或西经W)GPSDATALON_EW_COMMA，GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA，定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA，海拔高度GPSDATAALT_COMMA。
(2)接收秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid。
(3)设置连续无效计数器ConNoValidCount，初始化赋值为零；GPS有效计数器GPSValidCount，初始化赋值为零；GPS有效不合理计数器GPSValidFaultCount，初始化赋值为零；GPS逻辑标志 GPSDATALogicValid，初始化赋值为无效；GPS数据有效GPSDATADataValid，初始化赋值为无效。
(4)GPS数据有效性判断
判断RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、 GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性、且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步性。
(4.1)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效，并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效，并且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步时：则置GPS逻辑标志GPSDATALogicValid为有效；
(4.1.1)判断定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA是否大于等于5颗，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA是否小于等于5，地速GPSDATAGS_COMMA是否小于等于飞机最大实际速度，距上次定位有效时间间隔是否小于1.5s，两次定位之间的位置变化量是否小于等于飞机最大实际飞行距离差。
(4.1.1.1)当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA大于等于5颗，并且位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA小于等于5，并且地速 GPSDATAGS_COMMA小于等于飞机最大实际速度，并且距上次定位有效时间间隔是否小于1.5s，并且两次定位之间的位置变化量小于等于飞机最大实际飞行距离差时：GPS有效计数器GPSValidCount开始累计；
(4.1.1.2)当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间大于2分钟时：
(4.1.1.2.1)进一步运用其他辅助条件进行判断，当大气有效且速度大于100km/h时：
(4.1.1.2.1.1)判断本秒GPS的经度与前一秒的经度相比较是否不变，且本秒GPS的纬度与前一秒的纬度相比较是否不变；
(4.1.1.2.1.1.1)当本秒GPS的经度等于前一秒的经度，并且本秒GPS的纬度等于前一秒的纬度时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.1.1.2.1.1.2)当本秒GPS的经度不等于前一秒的经度，或者本秒GPS的纬度不等于前一秒的纬度时： GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；
(4.1.1.2.2)当大气无效或者速度小于等于100km/h 时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；
(4.1.1.3)当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间小于等于 2分钟时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.1.2)当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA小于5颗，或者位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA大于5，或者地速GPSDATAGS_COMMA大于飞机最大实际速度，或者距上次定位有效时间间隔大于1.5s，或者两次定位之间的位置变化量大于飞机最大实际飞行距离差时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.2)当RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效，或者 GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效，或者与秒脉冲有效标志 GPSDATAPPS_Valid不同步时：GPS逻辑标志GPSDATALogicValid置为无效。
(4.2.1)判断RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性；
(4.2.1.1)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效或者GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效时：连续无效计数器ConNoValidCount 累加；
(4.2.1.1.1)当连续无效计数器ConNoValidCount大于5s时，GPS 有效计数器GPSValidCount清零，GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.2.1.1.2)当连续无效计数器ConNoValidCount小于等于5s时， GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.2.1.2)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
本发明逻辑合理，能够在GPS给出的数据有效位正常时，对丢星、定位不准等情况进行了综合考虑，尤其是飞机以一定的速度进行飞行时，通过判断两次定位之间的位置和经纬度变化量，既剔除了不合理的极大值，也剔除了不合理的极小值，还通过位置精度因子、定位星数、地速等进一步确保了GPS 数据源有效性的正确性。
附图说明
图1是本发明的控制逻辑图；
图2是当纬度数据有极大值时的GPS数据有效性判断结果；
图3是当经纬度数据不变时的GPS数据有效性判断结果。
具体实施方式
下面将结合本发明的控制逻辑图和实施结果图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，首先接通捷联航姿系统及GPS卫星导航设备，使两者处于稳定工作状态：
(1)读取GNSS输出GPRMC推荐最小定位信息和GPGGA定位信息数据包。GPRMC的数据包含：RMC推荐最小定位信息有效标志 GPSDATARMC_VALID_COMMA，地速GPSDATAGS_COMMA，航迹角GPSDATAHDG_COMMA，日期 GPSDATADATE_COMMA；GPGGA定位信息的数据包含：通用协调时(UTC，Universal Time Coordinated)GPSDATAUTC_TIME_COMMA，纬度GPSDATALATITUDE_COMMA，纬度半球(南半球S或北半球N)GPSDATALAT_NS_COMMA，经度GPSDATALONGITUDE_COMMA，经度半球(东经E或西经W)GPSDATALON_EW_COMMA，GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA，定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA，海拔高度 GPSDATAALT_COMMA。假设GPSDATARMC_VALID_COMMA为有效，地速GPSDATAGS_COMMA小于飞机最大实际速度，GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA为有效，定位星数 GPSDATASTAR_NUM_COMMA为5颗，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA为5，数据更新率为10ms。
(2)接收秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid。
(3)设置连续无效计数器ConNoValidCount，初始化赋值为零；GPS有效计数器GPSValidCount，初始化赋值为零；GPS有效不合理计数器 GPSValidFaultCount，初始化赋值为零；GPS逻辑标志GPSDATALogicValid，初始化赋值为无效；GPS数据有效GPSDATADataValid，初始化赋值为无效。
(4)GPS数据有效性判断：
结合图1首先判断RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性、且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步性。
(4.1)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效，并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效，并且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步时：则置GPS逻辑标志GPSDATALogicValid为有效；
(4.1.1)判断定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA是否大于等于5颗，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA是否小于等于5，地速GPSDATAGS_COMMA是否小于等于飞机最大实际速度，距上次定位有效时间间隔是否小于1.5s，两次定位之间的位置变化量是否小于等于飞机最大实际飞行距离差。
(4.1.1.1)当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA大于等于5颗，并且位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA小于等于5，并且地速GPSDATAGS_COMMA小于等于飞机最大实际速度，并且距上次定位有效时间间隔小于1.5s，并且两次定位之间的位置变化量小于等于飞机最大实际飞行距离差时：GPS有效计数器GPSValidCount开始累计；按照上面的假设，则定位星数为5颗，位置精度因子为5，地速小于等于飞机实际速度，并且上次定位有效时间间隔小于1.5s，并且当两次定位之间的位置变化量小于等于飞机最大实际飞行距离差，因此GPS有效计数器GPSValidCount开始累计计时。
(4.1.1.2)当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间大于2分钟时：
(4.1.1.2.1)进一步运用其他辅助条件进行判断，当大气有效且速度大于 100km/h时：
(4.1.1.2.1.1)判断本秒GPS的经度与前一秒的经度相比较是否不变，且本秒GPS的纬度与前一秒的纬度相比较是否不变；
(4.1.1.2.1.1.1)当本秒GPS的经度等于前一秒的经度，并且本秒GPS的纬度等于前一秒的纬度时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；当本秒GPS 的经度等于前一秒的经度，并且本秒GPS的纬度等于前一秒的纬度时，GPS数据有效性判断结果为无效，结果参见图3所示的GPS有效性判断结果的无效部分。
(4.1.1.2.1.1.2)当本秒GPS的经度不等于前一秒的经度，或者本秒GPS 的纬度不等于前一秒的纬度时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；当本秒 GPS的经度不等于前一秒的经度，或者本秒GPS的纬度不等于前一秒的纬度时， GPS数据有效性判断结果为有效，结果参见图3所示的GPS有效性判断结果的有效部分。
(4.1.1.2.2)当大气无效或者速度小于等于100km/h时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；
(4.1.1.3)当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间小于等于2分钟时： GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.1.2)当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA小于5颗，或者位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA大于5，或者地速GPSDATAGS_COMMA大于飞机最大实际速度，或者距上次定位有效时间间隔大于1.5s，或者两次定位之间的位置变化量大于飞机最大实际飞行距离差时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；当纬度出现异常极大值时，即计算得到的两次定位之间的位置变化量大于飞机最大实际飞行距离差时，GPS数据有效性判断结果为无效，结果参见图2所示GPS有效性判断结果的无效部分。
(4.2)当RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效，或者GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效，或者与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid不同步时：GPS逻辑标志GPSDATALogicValid置为无效。
(4.2.1)判断RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性；
(4.2.1.1)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效或者GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效时：连续无效计数器ConNoValidCount累加；
(4.2.1.1.1)当连续无效计数器ConNoValidCount大于5s时，GPS有效计数器GPSValidCount清零，GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.2.1.1.2)当连续无效计数器ConNoValidCount小于等于5s时，GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
(4.2.1.2)当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。

Claims (8)

1.一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于：工作步骤如下：
(1)读取GNSS输出的GPRMC数据和GPGGA定位信息数据；
(2)接收秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid；
(3)设置连续无效计数器ConNoValidCount，初始化赋值为零；GPS有效计数器GPSValidCount，初始化赋值为零；GPS有效不合理计数器GPSValidFaultCount，初始化赋值为零；GPS逻辑标志GPSDATALogicValid，初始化赋值为无效；GPS数据有效GPSDATADataValid，初始化赋值为无效；
(4)GPS数据有效性判断
判断RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性、且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步性。
2.根据权利要求1所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，所述的GPRMC的数据包含：RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA，地速GPSDATAGS_COMMA，航迹角GPSDATAHDG_COMMA，日期GPSDATADATE_COMMA。
3.根据权利要求2所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，所述的GPGGA定位信息的数据包含：通用协调时GPSDATAUTC_TIME_COMMA，纬度GPSDATALATITUDE_COMMA，纬度半球GPSDATALAT_NS_COMMA，经度GPSDATALONGITUDE_COMMA，经度半球GPSDATALON_EW_COMMA，GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA，定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA，海拔高度GPSDATAALT_COMMA。
4.根据权利要求3所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，纬度半球是南半球S或北半球N。
5.根据权利要求4所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，经度半球东经E或西经W。
6.根据权利要求3所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，(4)GPS数据有效性判断包括：
4.1当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效，并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效，并且与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid同步时：则置GPS逻辑标志GPSDATALogicValid为有效；
4.2当RMC推荐最小定位信息有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效，或者GPGGA定位信息有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效，或者与秒脉冲有效标志GPSDATAPPS_Valid不同步时：GPS逻辑标志GPSDATALogicValid置为无效。
7.根据权利要求6所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，步骤4.1包括：
4.1.1判断定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA是否大于等于5颗，位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA是否小于等于5，地速GPSDATAGS_COMMA是否小于等于飞机最大实际速度，距上次定位有效时间间隔是否小于1.5s，两次定位之间的位置变化量是否小于等于飞机最大实际飞行距离差；
4.1.1.1当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA大于等于5颗，并且位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA小于等于5，并且地速GPSDATAGS_COMMA小于等于飞机最大实际速度，并且距上次定位有效时间间隔是否小于1.5s，并且两次定位之间的位置变化量小于等于飞机最大实际飞行距离差时：GPS有效计数器GPSValidCount开始累计；
4.1.1.2当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间大于2分钟时：
4.1.1.2.1进一步运用其他辅助条件进行判断，当大气有效且速度大于100km/h时：
4.1.1.2.1.1判断本秒GPS的经度与前一秒的经度相比较是否不变，且本秒GPS的纬度与前一秒的纬度相比较是否不变；
4.1.1.2.1.1.1当本秒GPS的经度等于前一秒的经度，并且本秒GPS的纬度等于前一秒的纬度时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；
4.1.1.2.1.1.2当本秒GPS的经度不等于前一秒的经度，或者本秒GPS的纬度不等于前一秒的纬度时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；
4.1.1.2.2当大气无效或者速度小于等于100km/h时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为有效；
4.1.1.3当GPS有效计数器GPSValidCount累计时间小于等于2分钟时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；
4.1.2当定位星数GPSDATASTAR_NUM_COMMA小于5颗，或者位置精度因子GPSDATAPDOP_COMMA大于5，或者地速GPSDATAGS_COMMA大于飞机最大实际速度，或者距上次定位有效时间间隔大于1.5s，或者两次定位之间的位置变化量大于飞机最大实际飞行距离差时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
8.根据权利要求7所述的一种用于捷联航姿系统的GPS数据源有效性判断方法，其特征在于，步骤4.2包括：
4.2.1判断RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效性、GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效性；
4.2.1.1当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA无效或者GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA无效时：连续无效计数器ConNoValidCount累加；
4.2.1.1.1当连续无效计数器ConNoValidCount大于5s时，GPS有效计数器GPSValidCount清零，GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；
4.2.1.1.2当连续无效计数器ConNoValidCount小于等于5s时，GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效；
4.2.1.2当RMC有效标志GPSDATARMC_VALID_COMMA有效并且GPGGA有效标志GPSDATAGGA_VALID_COMMA有效时：GPS数据有效GPSDATADataValid置为无效。
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