CN115235463A - 一种gnss/ins组合导航系统完好性风险需求分配方法 - Google Patents

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CN115235463A CN202211058870.5A CN202211058870A CN115235463A CN 115235463 A CN115235463 A CN 115235463A CN 202211058870 A CN202211058870 A CN 202211058870A CN 115235463 A CN115235463 A CN 115235463A
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Abstract

本发明公开了一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，包括参数初始化；针对GNSS系统进行故障检测和排除；执行针对INS的故障检测；综合GNSS和INS的故障检测结果；第一类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；第二类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；分配完好性风险需求。本发明在进行完好性风险需求分配时能够兼顾GNSS和INS故障风险，有助于实现更为严谨的GNSS/INS组合导航保护级反演方法。

Description

一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法
技术领域
本发明属于GNSS/INS组合导航技术领域，具体涉及一种GNSS/INS组合导航完好性风险需求分配方法。
背景技术
完好性是描述导航系统性能的重要指标之一，是对导航系统所提供信息正确性的测量，也包括系统在无法用于导航时向用户发出告警的能力。完好性风险为导航系统未检测到故障但定位误差超出指定告警门限的概率。完好性监测技术通常通过将完好性风险反演为定位域的保护级以判断指定的完好性风险需求是否满足，而保护级反演依赖于完好性风险需求在不同故障模式下的分配。
现有完好性监测技术主要针对全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)设计，如发明专利CN202111461447.5，公开了一种APNT服务的定位和完好性监测方法及系统，该方法包括：确定目标场景下的定位精度需求；当所述定位精度需求为高精度定位时，采用组合定位算法确定航空器的位置，并采用多解分离方式对组合定位进行完好性监测；当所述定位精度需求为低精度定位时，判断航空器是否为高空用户；若否，则采用基于LDACS的高空用户与低空用户的空对空定位算法确定航空器的位置，并采用基于最小二乘残差法对空对空定位进行完好性监测。本发明能够根据用户对定位精度的不同需求和实际的应用条件，为航空器提供多种APNT备选方案，并针对各个备选方案进行故障检测算法研究，实现APNT服务的完好性监测。
发明专利CN201811372441.9公开了一种GNSS增强系统的完好性监测系统，其特征在于，包括：第一级监测模块和第二级监测模块，所述第一级监测模块与所述第二级监测模块连接；所述第一级监测模块包括播发前完好性监测模块，所述第二级监测模块包括播发后完好性监测模块。本发明还提供一种GNSS增强系统的完好性监测方法，其特征在于，包括：T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测的步骤；对播发前完好性监测结果进行电文编码播发的步骤；在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测的步骤；对播发后完好性监测结果进行电文编码并播发的步骤。本发明的GNSS增强系统的完好性监测系统及方法，能够在高精度服务中提供完好性监测解决方案，并且用户段受到故障影响的概率大大小于现有技术的完好性监测解决方案，因此具有极高的产业应用价值。
上述此类方法无法直接应用于GNSS/INS组合导航系统，进而无法保证组合导航定位结果的可靠性。部分针对GNSS/INS组合导航的完好性监测技术往往以惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)辅助GNSS(如发明专利CN201810088308.4提供的方法)，即不考虑INS故障的可能性。但在某些应用场景中，低成本INS故障所引发的完好性风险不容忽视，此时若只考虑GNSS故障，将难以保障完好性监测中保护级反演环节的严谨性。
因此，提供一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，是急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的在保护级反演过程中难以顾及INS故障风险的问题，本发明提供了一种在进行完好性风险需求分配时能够兼顾GNSS和INS故障风险，为更为严谨的保护级反演方案奠定理论基础的GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现。
一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，包括以下步骤：
步骤1、参数初始化，包括GNSS卫星先验故障概率Psat、INS先验故障概率Pins以及完好性风险需求值Ireq；
步骤2、针对GNSS系统进行故障检测和排除，将所有可能的故障检测排除结果分别记为：检测出GNSS故障且排除成功GDE，检测出GNSS故障但未排除成功
Figure BDA0003825859810000021
未检测出GNSS故障
Figure BDA0003825859810000022
如果GNSS故障检测排除结果为GDE或
Figure BDA0003825859810000023
执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3、执行针对INS的故障检测，若检测出INS故障，则记为ID；若未检测出INS故障则记为
Figure BDA0003825859810000024
步骤4、综合GNSS和INS的故障检测结果，共有五种可能的组合，分别为GDEID、
Figure BDA0003825859810000031
和
Figure BDA0003825859810000032
将
Figure BDA0003825859810000033
和
Figure BDA0003825859810000034
称为第一类故障检测结果，将GDEID和
Figure BDA0003825859810000035
称为第二类故障检测结果；如果为第一类故障检测结果，则执行步骤5，否则执行步骤6；
步骤5、第一类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；
步骤5-1、故障模式划分
此种情况下，需要同时考虑GNSS故障和INS故障。将GNSS故障分为无故障模式
Figure BDA0003825859810000036
单星故障模式GS和多星故障模式GM，将INS故障分为无故障模式
Figure BDA0003825859810000037
和故障模式I。
GNSS/INS组合导航系统所有可能的故障模式为GNSS故障和INS故障的组合，分别为：GNSS无故障且INS无故障
Figure BDA0003825859810000038
GNSS单星故障且INS无故障
Figure BDA0003825859810000039
GNSS多星故障且INS无故障
Figure BDA00038258598100000310
GNSS无故障且INS故障
Figure BDA00038258598100000311
GNSS单星故障且INS故障GSI、GNSS多星故障且INS故障GMI。
步骤5-2、计算各故障模式的先验概率
故障模式
Figure BDA00038258598100000312
先验概率
Figure BDA00038258598100000313
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000314
式中，n为当前时刻可见卫星数。
故障模式
Figure BDA00038258598100000315
先验概率
Figure BDA00038258598100000316
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000317
故障模式
Figure BDA00038258598100000318
先验概率
Figure BDA00038258598100000319
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000320
故障模式
Figure BDA00038258598100000321
先验概率
Figure BDA00038258598100000322
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000323
故障模式GSI先验概率P(GSI)的表达式为：
P(GSI)＝nPinsPsat(1-Psat)n-1
故障模式GMI先验概率P(GMI)的表达式为：
P(GMI)＝Pins[1-(1-Psat)n-Psat(1-Psat)n-1]
步骤5-3、判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求
初始化需要分配完好性风险需求的故障模式集合Smon和无需分配完好性风险需求的故障模式集合Snot,mon，即
Figure BDA00038258598100000324
(
Figure BDA00038258598100000325
表示空集)。
遍历以上六种故障模式，如果故障模式Mi(i＝1,2,…,6)满足P(Mi)≥Ireq，则表明该故障模式引起的完好性风险可能大于完好性风险需求，需要对该故障模式分配完好性风险需求并进行保护级反演，将该故障模式置入集合Smon，即Smon＝Smon∪{Mi}；否则，将该故障模式置入集合Snot,mon，即Snot,mon＝Snot,mon∪{Mi}，且将该故障模式引发的最大完好性风险记为先验发生概率。即PHMI,max(Mi)＝P(Mi)。
遍历结束后，直接执行步骤7。
步骤6、第二类故障检测结果故障模式先验故障概率计算
步骤6-1、故障模式划分
此种情况下，INS不参与导航定位过程，GNSS/INS组合导航系统退化为GNSS系统，完好性风险需求分配过程只需考虑GNS故障。此时，将所有可能的故障模式划分为无故障模式
Figure BDA0003825859810000041
单星故障模式GS和多星故障模式GM。
步骤6-2、计算各故障模式的先验概率
故障模式
Figure BDA0003825859810000042
先验概率
Figure BDA0003825859810000043
的表达式为：
Figure BDA0003825859810000044
故障模式GS先验概率P(GS)的表达式为：
P(GS)＝nPsat(1-Psat)n-1
故障模式GM先验概率P(GM)的表达式为：
P(GM)＝1-(1-4Psat)n-nPsat(1-Psat)n-1
步骤6-3、判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求
遍历以上三种故障模式，如果故障模式Mi(i＝1,2,3)满足P(Mi)≥Ireq，则表明该故障模式引起的完好性风险可能大于完好性风险需求，需要对该故障模式分配完好性风险需求并进行保护级反演，将该故障模式置入集合Smon，即Smon＝Smon∪{Mi}；否则，将该故障模式置入集合Snot,mon，即Snot,mon＝Snot,mon∪{Mi}，且将该故障模式引发的最大完好性风险记为先验发生概率。即PHMI,max(Mi)＝P(Mi)。
遍历结束后，直接执行步骤7。
步骤7、分配完好性风险需求
根据以上各故障模式先验概率计算结果，为集合Smon中的故障模式平均分配完好性风险需求，集合中每种故障模式的分配值记为Ireq,mode。
当集合Snot,mon非空时，Ireq,mode通过以下方式计算：
Figure BDA0003825859810000051
式中Nmon为集合Smon中的元素数量，Nnot,mon为集合Snot,mon中的元素数量，Mi为Snot,mon中的元素。
当集合Snot,mon为空时，Ireq,mode通过以下方式计算：
Figure BDA0003825859810000052
积极有益效果：本发明综合考虑了组合导航系统中的GNSS和INS故障风险，提出一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法。建立不同故障检测结果对应的完好性风险模型，通过对比各故障模式先验故障概率与完好性风险需求的大小关系确定需要分配完好性风险需求的故障模式，并为其建立完好性风险需求分配方案。本发明在进行完好性风险需求分配时能够兼顾GNSS和INS故障风险，有助于实现更为严谨的GNSS/INS组合导航保护级反演方法。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本发明优选实施例中GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明，通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，包括以下步骤：
步骤1、参数初始化，包括GNSS卫星先验故障概率Psat、INS先验故障概率Pins以及完好性风险需求值Ireq；
步骤2、针对GNSS系统进行故障检测和排除，将所有可能的故障检测排除结果分别记为：检测出GNSS故障且排除成功GDE，检测出GNSS故障但未排除成功
Figure BDA0003825859810000061
未检测出GNSS故障
Figure BDA0003825859810000062
如果GNSS故障检测排除结果为GDE或
Figure BDA0003825859810000063
执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3、执行针对INS的故障检测，若检测出INS故障，则记为ID；若未检测出INS故障则记为
Figure BDA0003825859810000064
步骤4、综合GNSS和INS的故障检测结果，共有五种可能的组合，分别为GDEID、
Figure BDA0003825859810000065
和
Figure BDA0003825859810000066
将
Figure BDA0003825859810000067
和
Figure BDA0003825859810000068
称为第一类故障检测结果，将GDEID和
Figure BDA0003825859810000069
称为第二类故障检测结果；如果为第一类故障检测结果，则执行步骤5，否则执行步骤6；
步骤5、第一类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；
步骤6、第二类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；
步骤7、分配完好性风险需求。
实施例1
该实施例针对使用GNSS/INS组合导航系统作为导航定位手段的无人机进行完好性风险需求分配。无人机的轨迹以及导航信息通过仿真生成。仿真过程中，无人机的飞行时间为900s，GNSS星座为GPS，INS的输出频率为40Hz，GPS的输出频率为1Hz。仿真过程中的传感器误差参数如表1所示。此外，仿真过程中未对GNSS和INS添加任何故障。
表1传感器误差参数
Figure BDA00038258598100000610
下面以第200历元(即第200s)的观测数据为例介绍本发明的实施流程。仿真过程中，第200历元可见卫星数为10，即n＝10。
如图1所示，本发明的一种GNSS/INS组合导航自主完好性监测方法。包括以下步骤：
步骤1、参数初始化
此步骤需要初始化的参数为：
·GNSS卫星先验故障概率Psat＝1×10-5
·INS先验故障概率Pins＝1×10-3
·完好性风险需求值Ireq＝0.5×10-7
步骤2、GNSS故障检测排除
使用最小二乘残差接收机自主完好性监测技术对GNSS进行故障检测，未检测到GNSS故障发生，因此GNSS故障检测排除结果为
Figure BDA0003825859810000071
此时需执行步骤3；
步骤3、GNSS故障检测
执行针对INS的故障检测，未检测到INS故障发生，因此INS故障检测排除结果为
Figure BDA0003825859810000072
此时需执行步骤4；
步骤4、综合GNSS和INS的故障检测结果
综合步骤3和步骤4得到的GNSS和INS的故障检测结果，此时的故障检测结果组合为
Figure BDA0003825859810000073
因此需执行步骤5；
步骤5、第一类故障检测结果
步骤5-1、故障模式划分
此种情况下，需要同时考虑GNSS故障和INS故障。将GNSS故障分为无故障模式
Figure BDA0003825859810000074
单星故障模式GS和多星故障模式GM，将INS故障分为无故障模式
Figure BDA0003825859810000075
和故障模式I。
GNSS/INS组合导航系统所有可能的故障模式为GNSS故障和INS故障的组合，分别为：GNSS无故障且INS无故障
Figure BDA0003825859810000076
GNSS单星故障且INS无故障
Figure BDA0003825859810000077
GNSS多星故障且INS无故障
Figure BDA0003825859810000078
GNSS无故障且INS故障
Figure BDA0003825859810000079
GNSS单星故障且INS故障GSI、GNSS多星故障且INS故障GMI。
步骤5-2、计算各故障模式的先验概率
故障模式
Figure BDA00038258598100000710
先验概率
Figure BDA00038258598100000711
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000712
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到
Figure BDA00038258598100000713
故障模式
Figure BDA00038258598100000714
先验概率
Figure BDA00038258598100000715
的表达式为：
Figure BDA00038258598100000716
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到
Figure BDA00038258598100000717
故障模式
Figure BDA00038258598100000718
先验概率
Figure BDA00038258598100000719
的表达式为：
Figure BDA0003825859810000081
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到
Figure BDA0003825859810000082
故障模式
Figure BDA0003825859810000083
先验概率
Figure BDA0003825859810000084
的表达式为：
Figure BDA0003825859810000085
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到
Figure BDA0003825859810000086
故障模式GSI先验概率P(GSI)的表达式为：
P(GSI)＝nPinsPsat(1-Psat)n-1
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到P(GSI)＝9.9991×10-8。
故障模式GMI先验概率P(GMI)的表达式为：
P(GMI)＝Pins[1-(1-Psat)n-nPsat(1-Psat)n-1]
根据给定的Psat和Pins取值，可计算得到P(GMI)＝4.4998×10-12。
步骤5-3、判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求
初始化需要分配完好性风险需求的故障模式集合Smon和无需分配完好性风险需求的故障模式集合Snot,mon，即
Figure BDA0003825859810000087
(
Figure BDA0003825859810000088
表示空集)。
遍历以上六种故障模式:
i＝1时，对于故障模式
Figure BDA0003825859810000089
Figure BDA00038258598100000810
因此需要将故障模式
Figure BDA00038258598100000811
置入集合Smon，此时
Figure BDA00038258598100000812
i＝2时，对于故障模式
Figure BDA00038258598100000813
因此需要将故障模式
Figure BDA00038258598100000814
置入集合Smon，此时
Figure BDA00038258598100000815
i＝3时，对于故障模式
Figure BDA00038258598100000816
因此需要将故障模式
Figure BDA00038258598100000817
置入集合Snot,mon，此时
Figure BDA00038258598100000818
Figure BDA00038258598100000819
i＝4时，对于故障模式
Figure BDA00038258598100000820
因此需要将故障模式
Figure BDA00038258598100000821
置入集合Smon，此时
Figure BDA00038258598100000822
i＝5时，对于故障模式GSI，P(GSI)＝9.9991×10-8＞Ireq，因此需要将故障模式GSI置入集合Smon，此时
Figure BDA00038258598100000823
i＝6时，对于故障模式GMI，P(GMI)＝4.4998×10-12＜Ireq，因此需要将故障模式GMI置入集合Snot,mon，此时
Figure BDA00038258598100000824
PHMI,max(GMI)＝P(GMI)＝4.4998×10-12；
遍历结束后，直接执行步骤7。
步骤7、分配完好性风险需求
根据以上各故障模式先验概率计算结果，为集合Smon中的故障模式平均分配完好性风险需求，集合中每种故障模式的分配值记为Ireq,mode。
此时Snot,mon非空，且Smon中元素数量为4，即Nmon＝4，Snot,mon中元素数量为2，即Nnot,mon＝2。
因此，Ireq,mode的计算公式为
Figure BDA0003825859810000091
即此时需要对故障模式
Figure BDA0003825859810000092
GSI进行保护级反演，且分配到每种故障模式的完好性风险需求为Ireq,mode＝1.1375×10-8。
综合以上优选实施例中的完好性风险需求分配过程，本发明所提供的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，能够综合考虑GNSS和INS的故障风险，并向部分故障模式合理分配完好性风险需求，进而有助于实现更为严谨的GNSS/INS组合导航保护级反演方法。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、参数初始化，包括GNSS卫星先验故障概率Psat、INS先验故障概率Pins以及完好性风险需求值Ireq；
步骤2、针对GNSS系统进行故障检测和排除，将所有可能的故障检测排除结果分别记为：检测出GNSS故障且排除成功GDE，检测出GNSS故障但未排除成功
Figure FDA0003825859800000011
未检测出GNSS故障
Figure FDA0003825859800000012
如果GNSS故障检测排除结果为GDE或
Figure FDA0003825859800000013
执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3、执行针对INS的故障检测，若检测出INS故障，则记为ID；若未检测出INS故障则记为
Figure FDA0003825859800000014
步骤4、综合GNSS和INS的故障检测结果，共有五种可能的组合，分别为GDEID、
Figure FDA0003825859800000015
和
Figure FDA0003825859800000016
将
Figure FDA0003825859800000017
和
Figure FDA0003825859800000018
称为第一类故障检测结果，将GDEID和
Figure FDA0003825859800000019
称为第二类故障检测结果；如果为第一类故障检测结果，则执行步骤5，否则执行步骤6；
步骤5、第一类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；
步骤6、第二类故障检测结果故障模式先验故障概率计算；
步骤7、分配完好性风险需求。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的第一类故障检测结果故障模式先验故障概率计算包括步骤5-1、故障模式划分、步骤5-2、计算各故障模式的先验概率和步骤5-3、判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求。
3.根据权利要求2所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤5-1故障模式划分为，此种情况下，需要同时考虑GNSS故障和INS故障；将GNSS故障分为无故障模式
Figure FDA00038258598000000110
单星故障模式GS和多星故障模式GM，将INS故障分为无故障模式
Figure FDA00038258598000000111
和故障模式I；
GNSS/INS组合导航系统所有可能的故障模式为GNSS故障和INS故障的组合，分别为：GNSS无故障且INS无故障
Figure FDA00038258598000000112
GNSS单星故障且INS无故障
Figure FDA00038258598000000113
GNSS多星故障且INS无故障
Figure FDA00038258598000000114
GNSS无故障且INS故障
Figure FDA00038258598000000115
GNSS单星故障且INS故障GSI或GNSS多星故障且INS故障GMI。
4.根据权利要求2所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤5-2计算各故障模式的先验概率的故障模式
Figure FDA0003825859800000021
先验概率
Figure FDA0003825859800000022
的表达式为：
Figure FDA0003825859800000023
式中，n为当前时刻可见卫星数。
故障模式
Figure FDA0003825859800000024
先验概率
Figure FDA0003825859800000025
的表达式为：
Figure FDA0003825859800000026
故障模式
Figure FDA0003825859800000027
先验概率
Figure FDA0003825859800000028
的表达式为：
Figure FDA0003825859800000029
故障模式
Figure FDA00038258598000000210
先验概率
Figure FDA00038258598000000211
的表达式为：
Figure FDA00038258598000000212
故障模式GSI先验概率P(GSI)的表达式为：
P(GSI)＝nPinsPsat(1-Psat)n-1
故障模式GMI先验概率P(GMI)的表达式为：
P(GMI)＝Pins[1-(1-Psat)n-Psat(1-Psat)n-1]。
5.根据权利要求2所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤5-3判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求为，
初始化需要分配完好性风险需求的故障模式集合Smon和无需分配完好性风险需求的故障模式集合Snot,mon，即
Figure FDA00038258598000000213
(
Figure FDA00038258598000000214
表示空集)；
遍历以上六种故障模式，如果故障模式Mi(i＝1,2,…,6)满足P(Mi)≥Ireq，则表明该故障模式引起的完好性风险可能大于完好性风险需求，需要对该故障模式分配完好性风险需求并进行保护级反演，将该故障模式置入集合Smon，即Smon＝Smon∪{Mi}；否则，将该故障模式置入集合Snot,mon，即Snot,mon＝Snot,mon∪{Mi}，且将该故障模式引发的最大完好性风险记为先验发生概率。即PHMI,max(Mi)＝P(Mi)；遍历结束后，直接执行步骤7。
6.根据权利要求1所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤6第二类故障检测结果故障模式先验故障概率计算包括步骤6-1、故障模式划分、步骤6-2、计算各故障模式的先验概率和步骤6-3、判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求。
7.根据权利要求6所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤6-1故障模式划分，此种情况下，INS不参与导航定位过程，GNSS/INS组合导航系统退化为GNSS系统，完好性风险需求分配过程只需考虑GNS故障；此时，将所有可能的故障模式划分为无故障模式
Figure FDA0003825859800000031
单星故障模式GS和多星故障模式GM。
8.根据权利要求6所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤6-2计算各故障模式的先验概率的
故障模式
Figure FDA0003825859800000032
先验概率
Figure FDA0003825859800000033
的表达式为：
Figure FDA0003825859800000034
故障模式GS先验概率P(GS)的表达式为：
P(GS)＝nPsat(1-Psat)n-1
故障模式GM先验概率P(GM)的表达式为：
P(GM)＝1-(1-Psat)n-nPsat(1-Psat)n-1
9.根据权利要求6所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：所述的步骤6-3的判断各故障模式是否需要分配完好性风险需求。
遍历以上三种故障模式，如果故障模式Mi(i＝1,2,3)满足P(Mi)≥Ireq，则表明该故障模式引起的完好性风险可能大于完好性风险需求，需要对该故障模式分配完好性风险需求并进行保护级反演，将该故障模式置入集合Smon，即Smon＝Smon∪{Mi}；否则，将该故障模式置入集合Snot,mon，即Snot,mon＝Snot,mon∪{Mi}，且将该故障模式引发的最大完好性风险记为先验发生概率。即PHMI,max(Mi)＝P(Mi)；遍历结束后，直接执行步骤7。
10.根据权利要求1所述的一种GNSS/INS组合导航系统完好性风险需求分配方法，其特征在于：步骤7、分配完好性风险需求，
根据以上各故障模式先验概率计算结果，为集合Smon中的故障模式平均分配完好性风险需求，集合中每种故障模式的分配值记为Ireq,mode；
当集合Snot,mon非空时，Ireq,mode通过以下方式计算：
Figure FDA0003825859800000035
式中Nmon为集合Smon中的元素数量，Nnot,mon为集合Snot,mon中的元素数量，Mi为Snot,mon中的元素；
当集合Snot,mon为空时，Ireq,mode通过以下方式计算：
Figure FDA0003825859800000041
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116859417A (zh) * 2023-07-07 2023-10-10 哈尔滨工程大学 用于北斗ppp-rtk/mems的完好性监测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160084962A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-24 Thales System for excluding a failure of a satellite in a gnss system
US20170139052A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Honeywell International Inc. Smart satellite distribution into araim clusters for use in monitoring integrity of computed navigation solutions
CN107479069A (zh) * 2017-08-01 2017-12-15 天津博创金成技术开发有限公司 一种慢变斜坡故障完好性监测方法
US10197678B1 (en) * 2018-07-17 2019-02-05 Beihang University H-ARAIM system of optimizing a horizontal protection level
CN110007317A (zh) * 2019-04-10 2019-07-12 南京航空航天大学 一种选星优化的高级接收机自主完好性监测方法
CN112033441A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 武汉大学 用于bds/mems组合导航下的联动编队完好性监测方法
CN114721017A (zh) * 2022-03-04 2022-07-08 北京理工大学 一种gnss/ins组合导航自主完好性监测方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160084962A1 (en) * 2014-09-22 2016-03-24 Thales System for excluding a failure of a satellite in a gnss system
US20170139052A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Honeywell International Inc. Smart satellite distribution into araim clusters for use in monitoring integrity of computed navigation solutions
CN107479069A (zh) * 2017-08-01 2017-12-15 天津博创金成技术开发有限公司 一种慢变斜坡故障完好性监测方法
US10197678B1 (en) * 2018-07-17 2019-02-05 Beihang University H-ARAIM system of optimizing a horizontal protection level
CN110007317A (zh) * 2019-04-10 2019-07-12 南京航空航天大学 一种选星优化的高级接收机自主完好性监测方法
CN112033441A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 武汉大学 用于bds/mems组合导航下的联动编队完好性监测方法
CN114721017A (zh) * 2022-03-04 2022-07-08 北京理工大学 一种gnss/ins组合导航自主完好性监测方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG ZHIPENG等: "Integrity monitoring of Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System integrated navigation system based on dynamic fading filter optimisation", 《ET RADAR, SONAR & NAVIGATION 》, vol. 16, no. 3, 6 November 2021 (2021-11-06), pages 515 - 530, XP006114336, DOI: 10.1049/rsn2.12199 *
傅亦正: "卫星导航接收机自主完好性监测技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, no. 07, 31 July 2021 (2021-07-31), pages 136 - 473 *
王凌轩等: "GPS动态导航接收机自主完好性监测算法", 《测绘科学》, vol. 40, no. 12, 31 December 2015 (2015-12-31), pages 130 - 133 *
管春洋等: "惯性卫星紧组合导航系统自主完好性算法研究", 《导航定位与授时》, vol. 5, no. 6, 30 November 2018 (2018-11-30), pages 36 - 41 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116859417A (zh) * 2023-07-07 2023-10-10 哈尔滨工程大学 用于北斗ppp-rtk/mems的完好性监测方法
CN116859417B (zh) * 2023-07-07 2024-04-30 哈尔滨工程大学 用于北斗ppp-rtk/mems的完好性监测方法

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