CN117949985A - 适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法及系统，包括：采集信号频点的信号观测量，并对采集到的信号观测量分别进行定位解算，得到各频点解算结果构成的频点组合，并计算故障检测的检验统计量；结合预设的虚警概率构建故障检测门限计算式，并通过计算式求解故障检测门限；根据检验统计量和故障检测门限，对采集的频点组合进行初步故障检测，判断频点组合中是否存在故障频点；当频点组合中存在故障频点时，通过分组容错处理的方式对故障频点进行故障隔离和故障识别检测，得到最优解基线向量解。本发明可以对解算过程中发生的故障进行有效检测，还可以对载波相位的多故障进行可靠性检测，增强差分定位的可靠性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及通信卫星导航定位技术领域，具体涉及一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法及系统。
背景技术
导航定位作为民用和军事领域的重要组成部分，在救援搜索和精确打击等活动中发挥着不可替代的作用。目前常用的导航方式包括惯性导航、地磁导航以及卫星导航，其中卫星导航以其全球、全天候和高精度的定位效果获得了广泛的研究应用。
为了能够全面提高卫星导航定位系统的可靠性和鲁棒性，进一步改善定位测量的精度，这就要求系统采用多个频段的观测数据进行联合求解，充分利用多频信号的优势增强系统的可靠性和可用性。但是，在进行多频融合定位时，不可避免会增加导航定位故障发生的概率。针对这一问题，相关研究人员提出了多种解决方案，如基于接收机自主完好性监测方法和自主探测-识别-修复方法的故障检测方法、传统GNSS多频多模载波相位差分定位方法。
其中，接收机自主完好性监测方法主要运用在对接收机测量伪距的质量控制；自主探测-识别-修复方法除了可以对接收机测量伪距，也可以对测量载波的特定故障进行质量控制；传统GNSS多频多模载波相位差分定位技术所采用的故障检测识别方法大多只能对单一故障进行检测和修复的不足，并且存在只对观测量进行预处理而忽略对解算过程监控的问题。目前没有合适的方法对多频测量载波的任意故障进行有效故障检测、识别与修复。同时对定位系统的故障检测识别排除大多运用在定位系统的预处理阶段，未能对解算过程进行有效的质量检测。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，能够解决现有故障检测识别方法只能对单一故障进行检测和修复，且只对观测量进行预处理而忽略对解算过程监控的问题。
本发明采用如下的技术方案。
一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，包括如下步骤：
步骤1，通过卫星导航接收机采集各信号频点的信号观测量，并对采集到的各信号观测量分别进行定位解算，得到各频点定位解算结果，将各频点定位解算结果作为频点组合，并基于每个信号频点的定位解算结果计算故障检测的检验统计量TSSE；
步骤2，根据预设的虚警概率PFA，构建故障检测门限计算式，并通过故障检测门限计算式求解故障检测门限TD；
步骤3、根据检验统计量TSSE和故障检测门限TD，对步骤1得到的频点组合进行初步故障检测，根据初步故障检测结果判断频点组合中是否存在故障频点；
步骤4，当频点组合中存在故障频点时，通过分组容错处理的方式对故障频点进行故障隔离和故障识别检测，得到最优解基线向量解。
优选地，所述步骤1中：采用RTK基线解算方法对卫星导航接收机采集的n个频点的信号观测量分别进行定位解算，得到RTK基线解算结果；
根据得到的RTK基线解算结果计算观测量残差矢量估计值w，并基于观测量残差矢量估计值计算故障检测的检验统计量TSSE。
优选地，所述故障检测的检验统计量TSSE满足：
TSSE＝wTw
式中，wT表示观测量残差矢量估计值w的转置。
优选地，所述步骤2中，构建的故障检测门限计算式如下：
其中，f(x)为第一函数，且满足：
式中，k表示卡方分布的自由度，k＝n-4，n为步骤1中卫星导航接收机采集的信号频点个数。
优选地，所述步骤3具体包括：
步骤3-1，判断故障检测的检验统计量TSSE是否大于故障检测门限TD，若是则进入步骤3-2，否则进入步骤3-3；
步骤3-2，若检验统计量大于故障检测门限TD，则认为频点组合中不存在故障频点，此时对频点组合内各频点的定位解算结果进行最优加权平均得到最优基线向量解；
步骤3-3，若检验统计量小于故障检测门限TD，则认为频点组合中存在故障频点，则需要通过步骤4进行故障隔离并进行故障识别和检测。
优选地，所述步骤4具体包括：
步骤4-1，当检测到频点组合中一个信号频点故障时，则对故障频点进行故障识别；
步骤4-2，将频点组合中故障频点剔除，将剔除故障频点后的频点组合进行步骤3中的初步故障检测；
步骤4-3，在剩余n-1个频点组合中重复步骤3中的初步故障检测过程，如存在某一个频点组合检验统计量大于等于故障检测门限TD，则认为故障频点已被隔离，该频点组合可进行最优加权平均得到最优基线向量解；
步骤4-4，若上述n-1个组合中所有频点组合的检验统计量都小于故障检测门限TD，则认为仍然存在故障频点，故障频点为至少两个；
步骤4-5，将依次隔离出两个信号频点，将剩余n-2个频点组成的频点组合分别进行故障检测，重复步骤4-3的内容判定故障频点是否已被隔离，若是则求解得到最优基线向量解，若不是则继续进行信号频点隔离；
重复上述步骤直至需要隔离n-1个频点，此时待检测频点为1，则认为剩余的唯一待检测频点为最优基线向量解。
优选地，所述步骤4-3中，进行最优加权平均时，根据卫星导航接收机的参数确定不同系统不同信号频点的测量精度以测量精度的倒数作为各频点的频点权重，将同一时刻不同系统不同信号频点的基线向量解进行最优加权平均，得到最优基线向量解b：
式中，，wi表示第i个信号频点权重，bi为第i个信号频点的观测量残差矢量估计值，且i∈[1，k]，信号频点权重wi满足：
一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理系统，包括：信号采集模块、故障检测模块和故障识别模块；
信号采集模块包括卫星导航接收机，用于采集各信号频点的信号观测量；
故障检测模块根据采集的信号观测量进行初步故障检测，判断信号观测量中是否存在故障频点；
故障识别模块用于对存在故障频点的信号观测量组合通过分组容错处理的方式进行故障隔离和故障识别。
优选地，所述故障检测模块对采集到的各信号观测量分别进行定位解算，得到各频点定位解算结果，并根据每个信号频点的定位解算结果求解故障检测门限。
优选地，所述故障检测模块对通过构建故障检测门限计算式和设置虚警概率，求解故障检测门限，并结合故障检测门限判断信号观测量中是否存在故障频点。
本发明还提供了一种终端，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明针对卫星导航多频差分定位解算结果的特点，采用分组容错处理方法，针对频点的基线解算结果进行故障检测，其解算结果能够反映各种误差对定位结果的影响，不仅可以对解算过程中发生的故障进行有效的检测、识别，还可以对载波相位的多故障进行可靠性检测，进一步增强差分定位的可靠性和精度。
附图说明
图1是本发明中卫星导航多频差分定位分组容错处理方法的流程图；
图2是本发明中卫星导航多频差分定位分组容错处理系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明设计种一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，总体执行流程图如图1所示，包括如下步骤：
步骤1，通过卫星导航接收机采集n个信号频点的信号观测量，并对采集到的各信号观测量分别进行定位解算，得到各信号频点定位解算结果构成的频点组合，并基于每个信号频点的定位解算结果计算故障检测的检验统计量TSSE；
对卫星导航接收机采集的n个频点的信号观测量分别进行定位解算，本发明中的定位解算方法为RTK基线解算，解算后得到RTK基线解算结果；
根据得到的RTK基线解算结果计算观测量残差矢量估计值w，并基于观测量残差矢量估计值计算故障检测的检验统计量TSSE；
具体的，故障检测的检验统计量TSSE满足：
TSSE＝wTw
得到的每个频点的解算结果作为检测量进行故障检测。
步骤2，根据预设的虚警概率PFA，构建故障检测门限计算式，并通过故障检测门限计算式求解故障检测门限TD，
其中，虚警概率PFA由本领域技术人员预先设置；
虚警概率PFA优选设置为10-5。
构建的故障检测门限TD计算式如下：
其中，f(x)为第一函数，且满足：
式中，k表示卡方分布的自由度，k＝n-4，n为步骤1中卫星导航接收机的信号频点个数。
求解上述故障检测门限计算式方程，得到故障检测门限TD。
步骤3、根据检验统计量TSSE和故障检测门限TD，对步骤1采集的频点组合进行初步故障检测，根据初步故障检测结果判断频点组合中是否存在故障频点；
具体的，步骤3还包括：
步骤3-1，判断故障检测的检验统计量TSSE是否大于故障检测门限TD，若是则进入步骤3-2，否则进入步骤3-3；
步骤3-2，若检验统计量大于故障检测门限TD，则认为该频点组合中不存在故障频点，此时对组合内各频点的定位解算结果进行最优加权平均得到最优基线向量解；
步骤3-3，若检验统计量小于故障检测门限TD，则认为该频点组合中存在故障频点，则需要通过步骤4进行故障隔离并进行故障识别和检测；
步骤4，当频点组合中存在故障频点时，通过分组容错处理的方式对故障频点进行故障隔离和故障识别检测；
具体的，步骤4还包括：
步骤4-1，设该频点组合中只存在一个频点故障，并对其进行故障识别；
步骤4-2，依次隔离出一个频点，将剩余n-1个频点组成的组合分别进行步骤3中的初步故障检测；
即每次隔离一个频点并对剩余n-1个频点进行故障检测，共计隔离n次，可以得到n个隔离组合，每个组合中有n-1个频点。
步骤4-3，在剩余n-1个频点组合中重复步骤3中的初步故障检测过程，如存在某一个频点组合检验统计量大于等于门限值，则认为故障频点已被隔离，此时被隔离的信号频点判定为故障频点，对隔离后的剩余n-1个频点组合可进行最优加权平均得到最优基线向量解；
其中，在最优加权平均时，对于得到的无故障频点，本领域技术人员可以根据接收机参数确定不同系统不同频点的测量精度以测量精度的倒数作为各频点的加权值，将同一时刻不同系统不同频点的基线向量解进行最优加权平均，得到最优基线向量解b满足：
式中，wi表示第i个信号频点权重，bi为第i个信号频点的观测量残差矢量估计值，且i∈[1，k]，信号频点权重wi满足：
式中，表示第i个频点对应的测量精度。
其中，以5个频点为例，计算其最优基线向量解b：
式中，bi为每个频点的基线解算结果，且频点权重分别满足：
步骤4-4，若这n-1个组合中所有组合的检验统计量都小于门限值，则认为仍然存在故障频点，即故障频点为至少两个；
步骤4-5、将依次隔离出两个频点，将剩余n-2个频点组成的组合分别进行故障检测，重复步骤4-3的内容判定故障频点是否已被隔离，若是则得到故障频点并基于剩余频点组合求解得到最优基线向量解，若不是则继续进行频点隔离；
以此类推，直到需要隔离n-1个频点，即待检测频点为1时，则认为剩余的唯一待检测频点为最优基线向量解。
如图2所示，本发明还提出了一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理系统，上述适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法能够通过该系统实现，该系统具体包括：信号采集模块、故障检测模块和故障识别模块；
信号采集模块包括卫星导航接收机，用于采集各信号频点的信号观测量；
故障检测模块根据采集的信号观测量进行初步故障检测，判断信号观测量中是否存在故障频点；
故障识别模块用于对存在故障频点的信号观测量组合通过分组容错处理的方式进行故障隔离和故障识别。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明针对卫星导航多频差分定位解算结果的特点，采用分组容错处理方法，针对频点的基线解算结果进行故障检测，其解算结果能够反映各种误差对定位结果的影响，不仅可以对解算过程中发生的故障进行有效的检测、识别，还可以对载波相位的多故障进行可靠性检测，进一步增强差分定位的可靠性和精度。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，通过卫星导航接收机采集各信号频点的信号观测量，并对采集到的各信号观测量分别进行定位解算，得到各频点定位解算结果，将各频点定位解算结果作为频点组合，并基于每个信号频点的定位解算结果计算故障检测的检验统计量TSSE；
步骤2，根据预设的虚警概率PFA，构建故障检测门限计算式，并通过故障检测门限计算式求解故障检测门限TD；
步骤3、根据检验统计量TSSE和故障检测门限TD，对步骤1得到的频点组合进行初步故障检测，根据初步故障检测结果判断频点组合中是否存在故障频点；
步骤4，当频点组合中存在故障频点时，通过分组容错处理的方式对故障频点进行故障隔离和故障识别检测，得到最优解基线向量解。
2.根据权利要求1所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述步骤1中：采用RTK基线解算方法对卫星导航接收机采集的n个频点的信号观测量分别进行定位解算，得到RTK基线解算结果；
根据得到的RTK基线解算结果计算观测量残差矢量估计值w，并基于观测量残差矢量估计值计算故障检测的检验统计量TSSE。
3.根据权利要求2所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述故障检测的检验统计量TSSE满足：
TSSE＝wTw
式中，wT表示观测量残差矢量估计值w的转置。
4.根据权利要求1所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述步骤2中，构建的故障检测门限计算式如下：
其中，f(x)为第一函数，且满足：
式中，k表示卡方分布的自由度，k＝n-4，n为步骤1中卫星导航接收机采集的信号频点个数。
5.根据权利要求1所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述步骤3具体包括：
步骤3-1，判断故障检测的检验统计量TSSE是否大于故障检测门限TD，若是则进入步骤3-2，否则进入步骤3-3；
步骤3-2，若检验统计量大于故障检测门限TD，则认为频点组合中不存在故障频点，此时对频点组合内各频点的定位解算结果进行最优加权平均得到最优基线向量解；
步骤3-3，若检验统计量小于故障检测门限TD，则认为频点组合中存在故障频点，则需要通过步骤4进行故障隔离并进行故障识别和检测。
6.根据权利要求1所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述步骤4具体包括：
步骤4-1，当检测到频点组合中一个信号频点故障时，则对故障频点进行故障识别；
步骤4-2，将频点组合中故障频点剔除，将剔除故障频点后的频点组合进行步骤3中的初步故障检测；
步骤4-3，在剩余n-1个频点组合中重复步骤3中的初步故障检测过程，如存在某一个频点组合检验统计量大于等于故障检测门限TD，则认为故障频点已被隔离，该频点组合可进行最优加权平均得到最优基线向量解；
步骤4-4，若上述n-1个组合中所有频点组合的检验统计量都小于故障检测门限TD，则认为仍然存在故障频点，故障频点为至少两个；
步骤4-5，将依次隔离出两个信号频点，将剩余n-2个频点组成的频点组合分别进行故障检测，重复步骤4-3的内容判定故障频点是否已被隔离，若是则求解得到最优基线向量解，若不是则继续进行信号频点隔离；
重复上述步骤直至需要隔离n-1个频点，此时待检测频点为1，则认为剩余的唯一待检测频点为最优基线向量解。
7.根据权利要求6所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法，其特征在于，
所述步骤4-3中，进行最优加权平均时，根据卫星导航接收机的参数确定不同系统不同信号频点的测量精度以测量精度的倒数作为各频点的频点权重，将同一时刻不同系统不同信号频点的基线向量解进行最优加权平均，得到最优基线向量解b：
式中，，wi表示第i个信号频点权重，bi为第i个信号频点的观测量残差矢量估计值，且i∈[1,k]，信号频点权重wi满足：
8.一种利用权利要求1-7任一项权利要求所述适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理方法的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理系统，其特征在于，包括：信号采集模块、故障检测模块和故障识别模块；
信号采集模块包括卫星导航接收机，用于采集各信号频点的信号观测量；
故障检测模块根据采集的信号观测量进行初步故障检测，判断信号观测量中是否存在故障频点；
故障识别模块用于对存在故障频点的信号观测量组合通过分组容错处理的方式进行故障隔离和故障识别。
9.根据权利要求8所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理系统，其特征在于，
所述故障检测模块对采集到的各信号观测量分别进行定位解算，得到各频点定位解算结果，并根据每个信号频点的定位解算结果求解故障检测门限。
10.根据权利要求9所述的适用于卫星导航多频差分定位的分组容错处理系统，其特征在于，
所述故障检测模块对通过构建故障检测门限计算式和设置虚警概率，求解故障检测门限，并结合故障检测门限判断信号观测量中是否存在故障频点。
11.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
12.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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