KR100543373B1 - Integrity Monitoring Method by Multiple Failures of Satellite Navigation System - Google Patents

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KR100543373B1
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    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/20Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment

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Abstract

본 발명은 위성항법시스템(GPS : Global Positioning System)이 구성품의 오동작으로 잘못된 항법정보를 내보낼 경우 이를 이용하는 지상 이용자들이 잘못된 정보를 참값으로 인식하고 항법시스템에 이용시 정확도가 떨어지며 정밀 항법시 사고를 유발할 수 있는 GPS 고장을 검출하는 방법에 있어서, 다중고장의 경우에도 고장신호를 보다 빨리 찾아내는 위성항법 시스템 다중고장에 의한 무결성 모니터링 방법에 관한 것이다.According to the present invention, when a GPS (Global Positioning System) sends wrong navigation information due to a malfunction of a component, ground users using the navigation system recognize the wrong information as a true value, and when the navigation system is used in a navigation system, the accuracy is lowered and an accident may occur during precise navigation. The present invention relates to a method for detecting a GPS failure in which a satellite navigation system detects a failure signal more quickly even in the case of multiple failures.

항공항법에서는 GPS 이용시 항공기의 안전을 위하여 항법 정확성뿐만 아니라 신뢰성이 보장되어야 하므로 이를 확인하는 기능으로서 무결성 모니터링(integrity monitoring)을 수행하고 있으며, 상기 무결성 모니터링은 위성 항법해의 일관성이 유지되고 있는지 확인하는 작업으로 GPS 시스템의 고장이 발생되면 지상의 이용자 시스템이 이를 발견하고 이러한 사실을 적절한 시간내 이용자에게 경고를 발생함으로써 이용자가 이에 대처할 수 있도록 하는 기능을 말한다.Aeronautical navigation requires integrity monitoring as well as navigation accuracy to ensure the safety of the aircraft when using GPS. Integrity monitoring is performed as a function to check this. The integrity monitoring checks whether satellite navigation solutions are maintained. When a GPS system breaks down due to work, the ground-based user system detects this and alerts the user within a reasonable time so that the user can cope with it.

이러한 무결성 모니터링의 구현방법은 크게 GPS 수신기 자체에서 단독으로 수행하는 방법과 지상보정시스템이나 항공기에 탑재된 타 항법관련 장비를 이용하는 방법이 있으며, RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)은 상기의 방법 가운데 GPS수신기 자체에서 무결성에 대한 모니터링을 수행하는 방법으로서, 아직까지는 RAIM기법에서 1개의 위성이 고장인 가정 하에서 고장을 감지하고 식별하는 기법이 발표되어 왔으나 2개 이상의 위성이 동시에 고장이 발생한 경우에 대해 서는 발생 가능성이 낮다는 가정하에 바이어스 신호의 상호 감쇄효과로 식별에 어려움이 있어 연구결과들이 거의 발표되어 있지 않다.Implementing such integrity monitoring is largely performed by the GPS receiver itself or using other navigation-related equipment mounted on the ground compensation system or aircraft, and RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) is one of the above methods. As a method of monitoring the integrity on its own, a method of detecting and identifying a failure under the assumption that one satellite has failed in the RAIM technique has been announced, but occurs when two or more satellites have failed at the same time. Under the assumption of low probability, there are few studies because of the difficulty of identification due to the mutual attenuation effect of bias signal.

본 발명에서는 실제 적용시 발생할 수 있는 GPS 다중고장의 경우 오차요인들의 상호간섭으로 정확한 식별이 어려운 문제를 페러티 공간에서 수직변환에 의한 페러티 벡터의 재생성을 통하여 페러티 벡터의 상호간섭을 피함으로써 다중고장에 대한 식별방법을 달성하는 것이다.In the present invention, by avoiding the interference of the parity vector through the regeneration of the parity vector by the vertical transformation in the parity space, the problem that is difficult to accurately identify due to the interference of the error factors in the case of GPS multi-fault that can occur in actual application To achieve identification of multiple faults.

항공항법, GPS, RAIM, 무결성 모니터링, 다중고장진단Aviation Navigation, GPS, RAIM, Integrity Monitoring, Multi-Fault Diagnosis

Description

위성항법시스템 다중고장에 의한 무결성 모니터링 방법{omitted}Integrity Monitoring Method by Multiple Failures of Satellite Navigation System {omitted}

도 1은 기존방법에 의한 고장진단 전처리 흐름도1 is a flow chart for troubleshooting pretreatment by the existing method

도 2는 본 발명의 페러티 공간에서 고장진단 전처리 흐름도2 is a flow chart of fault diagnosis preprocessing in the parity space of the present invention.

도 3은 본 발명의 고장진단 흐름도3 is a flowchart of troubleshooting of the present invention.

도 4는 연산에 필요한 경우의 수를 나타낸 표4 is a table showing the number of cases required for calculation

본 발명은 항공기의 위성항법시스템(GPS) 무결성 모니터링(Integrity Monitoring)에 관한 기술로서 특히 GPS 수신기 자체에서 무결성 모니터링이 이루어지는 GPS RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a satellite navigation system (GPS) integrity monitoring (GPS) Integrity Monitoring, and more particularly, to GPS Receiver Autonomous Integrity Monitoring where integrity monitoring is performed in the GPS receiver itself.

GPS를 이용한 항공항법의 경우 신뢰성 관점에서 GPS 위성 신호가 고장이 없는 무결한 신호인지를 모니터링 하는 기능이 필요하여 무결성 모니터링 기능을 포함하고 있는 기존의 항공용 GPS수신기 가운데에는 GPS위성의 단일고장의 경우에 적용하고 있으나, 본 발명은 다중고장의 경우에도 GPS 위성의 고장을 감지하고 식별할 수 있고 연산 속도에서도 빠르게 처리할 수 있도록 함으로써 항공항법의 무결성 모니터링 수행에 있어서 GPS 고장진단의 성능을 높일 수 있는 것이다.In the case of aeronautical navigation using GPS, a single fault of a GPS satellite among existing aeronautical GPS receivers including integrity monitoring is required in order to monitor whether a GPS satellite signal is a defect-free signal from a reliability point of view. However, the present invention can detect and identify a GPS satellite failure even in the case of multiple failures, and can quickly process at a calculation speed, thereby increasing the performance of GPS failure diagnosis performance in performing integrity monitoring of aeronautical navigation. will be.

RAIM에 대한 연구는 1980년대 후반부터 시작되어 항법해에 고장위성이 포함되었는지 여부를 판별하는 고장감지와 고장위성을 찾아내어 이를 항법해로부터 배제하는 고장식별에 대한 연구로 수행되었다.The research on RAIM has been conducted since the late 1980's to find out the fault detection and fault identification to determine whether a navigation satellite is included in the navigation solution and to identify the failure satellite and exclude it from the navigation solution.

고장감지에 대한 연구로서 Lee, Y. C.은 "Analysis of Range and Position Comparison Methods as a Means to Provide GPS Integrity in the User Receiver," Proceeding of the Annual Meeting of the ION, June 24-26, 1986. pp.1~4에서 n개의 가시위성 가운데 4개 위성으로부터 구한 항법해로 (n-4)개의 의사거리를 추정한 후 이 추정치와 실제 측정치의 차이를 잉여값으로 구한 후 이를 임계값과 비교하였으며, Brown과 McBurney는 "Self-contained GPS failure Detection: The Kalman Filter Approach," Proceedings of the ION Satellite Division Technical Meeting, 1987.에서 n개의 가시위성 중에서 1개의 위성을 배제한 (n-1)의 위성 배치군으로 n개의 항법해를 각각 구하고 이들 항법해 가운데 고장위성을 포함한 위성군에서 항법해 천이가 시간에 따라 증가함으로 천이로 인한 항법해 사이의 최대거리를 임계값과 비교하였다.As a study on fault detection, Lee, YC, "Analysis of Range and Position Comparison Methods as a Means to Provide GPS Integrity in the User Receiver," Proceeding of the Annual Meeting of the ION, June 24-26, 1986. pp.1 From (4) to (n-4) pseudoranges were estimated using the navigation solution from four satellites of n visible satellites, the difference between this estimate and the actual measurement was calculated as a surplus, and compared with the threshold. McBurney is a (n-1) satellite deployment group that excludes one satellite from n visible satellites in "Self-contained GPS failure Detection: The Kalman Filter Approach," Proceedings of the ION Satellite Division Technical Meeting, 1987. As the navigation solutions were obtained and the navigation transitions increased over time in satellite groups including fault satellites, the maximum distance between navigation solutions due to the transition was compared with the threshold.

Parkinson과 Axelrad는 "Autonomous GPS Integrity Monitoring Using the Pseudorange Residual," Navigation, Vol.35, No.2, 1988, pp. 255~274.에서 n개의 가시위성에 대하여 최소자승 기법으로 구한 의사거리 추정치와 측정치간의 차이를 잉여값으로 구한 후 이를 임계값과 비교하였으며, Sturza와 Brown는 "Comparision of Fixed and Variable Threshold," ION GPS-90, Sep 19~20.에서 (n-4)개의 잉여 측정치에 대하여 페러티 공간에서의 페러티 벡터를 계산한 후 페러티 벡터의 크기 를 임계값과 비교하였다.Parkinson and Axelrad report "Autonomous GPS Integrity Monitoring Using the Pseudorange Residual," Navigation , Vol. 35, No. 2, 1988, pp. From 255 to 274., the difference between the pseudorange estimate and the measured value obtained by the least-squares method for n visible satellites was obtained as a surplus and compared with the threshold. Sturza and Brown wrote "Comparision of Fixed and Variable Threshold," In GPS-90, Sep 19-20, we calculated the parity vector in the parity space for (n-4) surplus measurements and compared the magnitude of the parity vector with the threshold.

고장식별에 대한 연구로서 Sturza와 Brown은 "The Effect of Geometry on Integrity Monitoring Performance," Proceedings of the Institute of Navigation Annual Meeting, June 1990.에서 n개의 각각의 가시위성에 대한 HDOP i 과 전체 위성에 대한 HDOP의 차이가 가장 큰 위성(δH max)을 고장위성으로 식별하였으며, 또한 페러티 벡터의 방향성을 이용하여 페러티 공간에서 특성벡터가 페러티 벡터와 가장 일치하는 가시위성을 고장위성으로 식별하였다. Brown[8]은 "Update on GPS Integrity Requirements of the RTCA MOPS", ION GPS-91, SEP 11∼13에서 GPS 의사거리에 대한 수평위치 오차변화율을 가시위성에 대하여 각각 구한 후 이들 가운데 기울기가 최대( SLOP max )인 위성을 고장으로 식별하였다.A study on the failure to identify Sturza and Brown "The Effect of Geometry on Integrity Monitoring Performance," Proceedings of the Institute of Navigation Annual Meeting, June 1990. In HDOP HDOP i for the entire satellite for each of the n satellites The satellite with the largest difference of δH max was identified as the fault satellite, and the visible satellite whose feature vector most closely matches the parity vector in the parity space was identified as the fault satellite using the direction of the parity vector. Brown [8] calculated the rate of change of horizontal position error with respect to the GPS pseudorange for the visible satellites in "Update on GPS Integrity Requirements of the RTCA MOPS", ION GPS-91, and SEP 11-13. The satellite with SLOP max ) was identified as fault.

이들 기법 중에서 의사거리 비교기법, 최소자승기법, 그리고 페러티 벡터기법은 판별값(Test Statistic)을 계산한 결과가 동일하며 최대 항법해의 간격을 비교하는 방법은 고장진단 및 배제방법과 유사하며 대신 수학적으로 표현하는데 어려움이 있다. 최소자승기법은 수학적 표현이 분명하기 때문에 해석하기 용이하나 비중심 x2분포에 따른 수치적 파라미터 계산이 요구되며, 페러티 벡터기법은 가우시안분포를 가지며 해석적으로 임계값 설정이 가능하고 고장진단뿐만 아니라 고장식별까지 할 수 있으나 페러티 벡터를 결정하는 것이 쉽지 않다.Among these techniques, the pseudo distance comparison method, least square method, and parity vector method have the same result of calculating the Test Statistic, and the method of comparing the interval of the maximum navigation solution is similar to the failure diagnosis and exclusion method. Difficult to express mathematically. The least-squares method is easy to interpret because the mathematical expression is clear, but the calculation of numerical parameters according to the noncentral x 2 distribution is required, and the parity vector method has Gaussian distribution, and it is possible to set the threshold analytically, Failure identification can be done, but it is not easy to determine the parity vector.

아직까지는 RAIM기법에서 1개의 위성이 고장인 가정 하에서 고장감지와 식별에 대한 알고리즘이 제안되고 실험결과들이 발표되어 왔으며 2개 이상의 위성이 동 시에 고장이 발생한 경우에 대해서는 바이어스 신호의 상호 감쇄효과로 식별에 어려움이 있어 제한된 연구결과들이 발표되었다. Brown은 "Solution of the Two-Failure GPS RAIM Problem Under Worst-Case Bias Conditions : Parity Space Approach, Journal of The ION, Vol. 44, No. 4, Winter 1997-1998, pp. 425~431에서 페러티 공간에서 GPS 의사거리에 대한 위치오차의 변화율의 최대값의 최대값(

Figure 112003524617518-pat00022
)을 구함으로써 2개 고장의 경우 식별 가능성을 제시하였다.In the RAIM technique, algorithms for fault detection and identification have been proposed under the assumption that one satellite has failed, and experimental results have been published. Difficulties in identification have resulted in limited research. Brown says, "Solution of the Two-Failure GPS RAIM Problem Under Worst-Case Bias Conditions: Parity Space Approach, Journal of The ION , Vol. 44, No. 4, Winter 1997-1998, pp. 425-431. Maximum value of the rate of change of position error with respect to the GPS pseudorange in
Figure 112003524617518-pat00022
) Gives the possibility of identification in case of two failures.

RAIM의 기본원리는 일정시간에 수신된 신호에서 이용 가능한 거리방향의 잉여 측정치를 이용하며 공칭 항법해로부터 선형화시킨 다음의 측정식을 사용한다.The basic principle of RAIM is to use the distance measurement available in the direction of the signal received at a given time and then use the following equation, linearized from the nominal navigation solution.

Figure 112003524617518-pat00001
Figure 112003524617518-pat00001

여기서 y는 실제와 추정한 의사거리간의 차로서 (n×1)벡터이며, x는 위치변화량과 수신기 시계오차 변화량으로 (4×1)벡터이며, H는 관측행렬로서 (n×4)행렬이며, ε는 측정에러이다.Where y is the (n × 1) vector as the difference between the actual and estimated pseudoranges, x is the (4 × 1) vector as the positional change and the change in the receiver's clock error, and H is the (n × 4) matrix as the observation matrix. and ε are measurement errors.

식(1)에서 최소자승추정에 의한 항법해는 다음과 같다.In Eq. (1), the navigation solution by least squares estimation is

Figure 112003524617518-pat00002
Figure 112003524617518-pat00002

측정치 잔차(residual)는 다음과 같다.The measurement residual is as follows.

Figure 112003524617518-pat00003
Figure 112003524617518-pat00003

식(3)의 잔차의 크기를 이용한 고장진단을 위한 판단값(test statistic)은 다음과 같이 정의하며 이에 대한 확률분포는

Figure 112005059989818-pat00048
분포를 가진다.The test statistic for fault diagnosis using the residual size of equation (3) is defined as follows and the probability distribution for this is
Figure 112005059989818-pat00048
Has a distribution.

Figure 112003524617518-pat00004
Figure 112003524617518-pat00004

고장유무 판단을 위하여 판단값과 비교하는 임계값(threshold)은 RTCA SC-159에 의해 제안된 최대 오경고발생율(maximum false alarm rate)를

Figure 112005059989818-pat00049
분포 확률밀도함수에 적용함으로써 계산할 수 있다.The threshold that compares to the judged value for the determination of failure is based on the maximum false alarm rate proposed by RTCA SC-159.
Figure 112005059989818-pat00049
It can be calculated by applying to the distribution probability density function.

고장감지 뿐만 아니라 고장식별을 수행하여 보자.Let's perform fault identification as well as fault detection.

n개의 측정치에서 k개의 측정치를 제외한 (n-k)개의 위성데이터로부터 잔차의 크기를 nCk개 경우의 수에 대하여 계산을 한다.The size of the residual is calculated for the number of n C k cases from (nk) satellite data excluding k measurements from n measurements.

Figure 112003524617518-pat00005
Figure 112003524617518-pat00005

여기서

Figure 112005059989818-pat00023
는 k번째 위성을 배제한 위성군의 잔차이다.here
Figure 112005059989818-pat00023
Is the residual of the satellite group excluding the k-th satellite.

식(5)의 판단값은 고장이 포함되지 않은 위성군의 경우에 잔차가 가장 작은 값을 가지며 이때 배제된 위성을 고장으로 식별한다.The determination value of Equation (5) has the smallest residual value in the case of the satellite group that does not include the failure, and identifies the excluded satellite as the failure.

이러한 방법은 도 1에서 보는 바와 같이 n이 가시위성 개수, k가 고장위성 개수라 할 때 nCk, 경우 수 만큼의 최소자승 추정과정이 요구되며, 이는 고장의 개수가 많아질수 록 도 4와 같이 경우의 수가 늘어나며 따라서 계산량은 증가하여 결과적으로 실시간 계산이 어려워짐으로써 실제 GPS수신기에 적용할 수 없게 되므로 이러한 연산속도를 줄이는 과정이 필요하다.In this method, as shown in FIG. 1, when n is the number of visible satellites and k is the number of fault satellites, n C k is required. Similarly, the number of cases increases, so the computational amount increases, and as a result, real-time calculation becomes difficult, so that it cannot be applied to the actual GPS receiver.

식(1)에서 관측행렬 H 의 수직변환 행렬로서 (n-4)×n 행렬p를 식(6)와 같이 도입함으로써 페러티 공간에서 고장진단을 수행하기 위한 페러티 벡터를 정의할 수 있다.In (1), by introducing (n-4) × n matrix p as equation (6) as the vertical transformation matrix of the observation matrix H , it is possible to define a parity vector for performing troubleshooting in the parity space.

Figure 112003524617518-pat00006
Figure 112003524617518-pat00006

이를 통하여 식(7)와 같이 페러티 벡터를 상태변수에 관계없이 고장을 포함하는 오차만으로 표현할 수 있다.Through this, as shown in equation (7), the parity vector can be expressed by only an error including a failure regardless of the state variable.

Figure 112003524617518-pat00007
Figure 112003524617518-pat00007

페러티 변환행렬 p는 식(8)의 관계를 가진다.The parity transformation matrix p has the relation of equation (8).

Figure 112003524617518-pat00008
Figure 112003524617518-pat00008

페러티 변환행렬 p는 식(1)의 관측행렬 H 에 수직변환 행렬 Q를 곱하여 상위부분삼각행렬과 하위 영행렬로 이루어진 행렬 R을 만드는 QTH = R의 QR행렬분리기법을 일반적으로 사용하고 있다.The parity transformation matrix p generally uses the QR matrix separation technique of Q T H = R , which multiplies the observation matrix H in equation (1) by the vertical transformation matrix Q to form a matrix R of upper and lower triangular matrices. have.

식(7)의 페러티 벡터의 크기는 고장감지를 위한 판단값으로서 사용하며 가우시안 확률분포를 가진다. 따라서 판단값을 비교하기 위한 임계값은 가우시안 확률분포 밀도함수를 통하여 구할 수 있다.The magnitude of the parity vector of equation (7) is used as a judgment value for fault detection and has a Gaussian probability distribution. Therefore, the threshold for comparing the judgment value can be obtained through Gaussian probability distribution density function.

마찬가지로 고장식별을 수행하기 위하여 페러티 벡터를 확장을 하면 다음과 같다. 페러티 변환행렬 P를 고장이 없는 열 P 1과 고장을 포함한 열 P 2로 구별을 한다.Likewise, when the parity vector is extended to perform fault identification, it is as follows. Distinguish the parity conversion matrix P into a column P 1 without faults and a column P 2 with faults.

Figure 112005059989818-pat00050
Figure 112005059989818-pat00050

여기서 위성의 개수를 n이라 할때 P는 (n-4)×n 행렬, P 1는 (n-4)×(n-2), P 2는 (n-4)×2행렬이다.Here, when the number of satellites is n, P is a (n-4) × n matrix, P 1 is (n-4) × (n-2), and P 2 is a (n-4) × 2 matrix.

그리고 P 2에 수직인 또 다른 변환행렬 G(n-6)×(n-4)를 다음과 같이 정의한다.Further, another transformation matrix G (n-6) × (n-4) perpendicular to P 2 is defined as follows.

Figure 112003524617518-pat00010
Figure 112003524617518-pat00010

식(11)은 페러티 공간에서와 같이 다음의 관계식을 얻을 수 있다.Equation (11) gives the following relation as in the parity space.

Figure 112003524617518-pat00011
Figure 112003524617518-pat00011

상기의 변환행렬 G를 이용한 새로운 페러티 벡터

Figure 112005059989818-pat00024
를 정의하면 다음과 같다.New Parity Vector Using the Transformation Matrix G Above
Figure 112005059989818-pat00024
If is defined as:

Figure 112005059989818-pat00051
Figure 112005059989818-pat00051

여기서 ε1, ε2 는 측정오차이다.Where ε 1 and ε 2 are measurement errors.

Figure 112005059989818-pat00025
는 고장위성을 제외한 경우에 유도된 페러티 벡터이므로 페러티 벡터의 크기는 가장 작은 값을 가진다. n개의 가시위성의 경우 k개의 위성을 고장으로 가정하면 (n-4)×k행렬의 P 2를 정의하고 nCk, 경우의 수에 대한
Figure 112005059989818-pat00026
(k = 1,2,…nCk)를 각각 계산한 다음 min
Figure 112005059989818-pat00027
인 경우의 P 2행렬에 포함된 k개 위성을 고장으로 식별한다.
Figure 112005059989818-pat00025
Since is a derived parity vector excluding the fault satellite, the size of the parity vector has the smallest value. For n visible satellites, assuming that k satellites are faulty, we define P 2 of (n-4) × k matrices and n C k ,
Figure 112005059989818-pat00026
Calculate ( k = 1,2,… n C k ) respectively and then min
Figure 112005059989818-pat00027
We identify k satellites included in the P 2 matrix in case of a failure.

이러한 고장진단 전처리 흐름도는 도 2와 같다.This fault diagnosis preprocessing flowchart is shown in FIG.

Figure 112005059989818-pat00052
각각 두가지 위성군으로 구별할 때 H 1에 대한 측정식과 페러티 벡터 표현은 다음과 같다.
Figure 112005059989818-pat00052
For each of the two satellite groups, the measurement equation for H 1 and the representation of the parity vector are as follows.

Figure 112003524617518-pat00013
Figure 112003524617518-pat00013

식(14)에 대한 페러티 변환행렬은 다음의 관계에 있다.The parity transformation matrix for equation (14) has the following relationship.

Figure 112003524617518-pat00014
Figure 112003524617518-pat00014

이러한 페러티 변환행렬

Figure 112005059989818-pat00029
과 앞에서 정의한 관측행렬 H에 대한 페러티 변환행렬
Figure 112005059989818-pat00053
간에 다음의 관계식이 성립한다.These parity transformation matrices
Figure 112005059989818-pat00029
Parity transformation matrix for and observation matrix H defined above
Figure 112005059989818-pat00053
However, the following relation holds.

Figure 112003524617518-pat00015
Figure 112003524617518-pat00015

식(10),(11),(16)으로부터 다음 관계식을 얻을 수 있다.From the equations (10), (11) and (16), the following relational expression can be obtained.

Figure 112003524617518-pat00016
Figure 112003524617518-pat00016

즉, 페러티 변환행렬

Figure 112005059989818-pat00054
에서 GP 2=0가 되도록 하여 재생성된 페러티 백터
Figure 112005059989818-pat00030
는 관측행렬
Figure 112005059989818-pat00055
와 측정오차
Figure 112005059989818-pat00056
에서 H 1로부터 구한 페러티 변환행렬
Figure 112005059989818-pat00033
과 측정오차 ε1에 의해 구한 페러티 벡터와 동일하며,
Figure 112005059989818-pat00034
의 크기는 최소자승기법에서 의사거리 측정치 y 1에 대한 잔차의 크기와 같다.That is, the parity transformation matrix
Figure 112005059989818-pat00054
Parity vector regenerated with GP 2 = 0 in
Figure 112005059989818-pat00030
Is the observation matrix
Figure 112005059989818-pat00055
And measurement error
Figure 112005059989818-pat00056
Transformation matrix obtained from H 1
Figure 112005059989818-pat00033
Is the same as the parity vector found by and the measurement error ε 1 ,
Figure 112005059989818-pat00034
The magnitude of is equal to the magnitude of the residual for the pseudorange measurement y 1 in the least-squares method.

Figure 112003524617518-pat00017
Figure 112003524617518-pat00017

페러티 공간에서 단순 페러티 벡터기법으로부터 페러티 변환행렬을 재구성한 방법과 의사거리 공간에서 측정치를 재구성하여 페러티 벡터를 생성한 방법간에는 상사성을 가지며 이러한 상사성은 재변환 페러티 변환행렬 G에 의하여 이루어진다.Has similarities between how a reconfigure Ferrer tea transformation matrix from simple Ferrer T vector technique in Ferrer tee area and a doctor method that generated the Ferrer T vector to reconstruct the measurement in the distance space such similarities reconverted to Ferrer tea transformation matrix G It is done by

그렇지만 실시간 구현을 위한 연산속도 관점에서는 단순 페러티 벡터기법에서 페러티 변환행렬을 재구성한 방법이 보다 효율적이다.However, in terms of computation speed for real-time implementation, the method of reconstructing the parity transform matrix from the simple parity vector technique is more efficient.

도 1과 같이 측정치를 재구성하여 페러티 벡터를 생성하는 방법에서는 먼저 H

Figure 112005059989818-pat00057
로 분리하고 H 1에 대한 최소자승 추정치 계산을 한 후에 페러티 벡터 또는 측정 잔차를 구해야 하므로 nCk, 경우의 수마다 H를 재분리하고 각각에 대하여 최소자승 추정연산을 해야 한다.By reconfiguring the measurement value as shown in Figure 1 in a method for generating a first vector T Ferrer H
Figure 112005059989818-pat00057
Since we need to calculate the least squares estimate for H 1 and calculate the residual vector or n C k , we need to re-separate H for each number of cases and perform the least-squares estimate for each.

반면에 도 2와 같이 페러티 변환행렬을 재구성한 방법에서는 H로부터 한번의 최소자승추정을 통해 구한 페러티 변환행렬

Figure 112005059989818-pat00058
에 대하여 nCk 경우의 수만큼 P를 재분리 후 각각에 대하여 페러티 벡터 또는 측정 잔차를 계산하면 되므로 경우의 수마다 최소자승 추정을 할 필요가 없다.On the other hand, in a reconstruction method to Ferrer transformation matrix T as it is shown in FIG. 2 Ferrer tea obtained through a least squares estimate from a single transformation matrix H
Figure 112005059989818-pat00058
After re-separating P by the number of cases of n C k , we need to calculate the parity vector or the residual for each, so there is no need to estimate the least-squares for each case.

결과적으로 측정치로부터 k번째 위성을 배제한 nCk 위성군에 대하여 잔차 또는 페러티 벡터의 크기를 비교하여 가장 작은 값을 가지는 위성군에서 배제된 위성 k를 고장으로 진단하는 방법에서는 단일고장 뿐만 아니라 다중고장의 경우에도 적용할 수 있다.As a result, the method of diagnosing satellite k excluded from the satellite group having the smallest value by comparing the magnitude of the residual or the parity vector with respect to the n C k satellite group excluding the k-th satellite from the measured value results in multiple faults as well as single failures. The same applies in case of failure.

단순 페러티 벡터로부터 페러티 변환행렬 재구성을 통하여 재생성된 페러티 벡터는 다중고장의 경우에도 고장감지 및 식별을 위한 판별값을 제공하며 실시간 적용면에서 의사거리 측정치로부터 위성군을 탐색하는 방법에 비하여 보다 효율적이다.The parity vector reconstructed from the simple parity vector through the reconstruction of the parity matrix provides the discriminant for fault detection and identification even in the case of multiple faults, and compared to the method of searching for satellite groups from pseudorange measurements in real time. More efficient.

Claims (2)

GPS 수신기로부터 원시데이터(
Figure 112005059989818-pat00037
)를 수신한 후(제1 과정), 수신기 위치값(
Figure 112005059989818-pat00038
)을 추정하고(제2 과정), 측정행렬(
Figure 112005059989818-pat00039
)를 계산하고(제3 과정), 의사거리 측정치 변화량(
Figure 112005059989818-pat00040
)을 계산하고(제4 과정), 수신기 위치 변화량을 측정(
Figure 112005059989818-pat00041
)하고(제5 과정), 수신기 위치값을 개선(
Figure 112005059989818-pat00042
)하고(제6 과정), 수신기 위치 변화량을 에러값과 비교(
Figure 112005059989818-pat00043
)하여 수신기 위치값(
Figure 112005059989818-pat00044
)으로 항법해를 추정하고(제7 과정), 잔차 또는 페러티 벡터(p)를 생성하며(제8 과정), 판별값(T.S|k)을 생성한 후 임계치(Threshold)와 비교하여 고장유무를 알아내는 고장진단을 수행(제9 과정)함에 있어서,
Raw data from the GPS receiver (
Figure 112005059989818-pat00037
) After receiving (step 1), the receiver position value (
Figure 112005059989818-pat00038
) And the measurement matrix (
Figure 112005059989818-pat00039
), The third step, and the pseudorange measurement change (
Figure 112005059989818-pat00040
) (Step 4), and measure the change in receiver position (
Figure 112005059989818-pat00041
(Step 5), and improve the receiver position (
Figure 112005059989818-pat00042
(Step 6), and compare the receiver position change amount with the error value (
Figure 112005059989818-pat00043
) To the receiver position (
Figure 112005059989818-pat00044
), Estimate the navigation solution (step 7), generate the residual or parity vector ( p ) (step 8), generate the discriminant value TS | k , and compare it with the threshold to see if there is a failure. In performing the troubleshooting (step 9) to find out,
상기 제8 과정에서 생성된 페러티 벡터(p)에 대해 패러티 변환 행렬(
Figure 112005059989818-pat00059
)을 재구성하되, 상기 패러티 변환 행렬(P)을 고장위성이 없는 열(P1 )과 고장위성을 포함하는 열(P2 )로 분류하는 제10 과정; 및
A parity transformation matrix for the parity vector p generated in the eighth process
Figure 112005059989818-pat00059
Reconstructing), but classifying the parity transformation matrix P into a column without a fault satellite ( P 1 ) and a column ( P 2 ) including a fault satellite; And
상기 페러티 벡터(p)에 대해 변환행렬(G)로부터 재구성되는 새로운 페러티 벡터(
Figure 112005059989818-pat00060
)를 생성하고 상기 제9 과정의 고장진단을 수행하는 제11 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템 다중고장에 대한 무결성 모니터링 방법.
A new parity vector reconstructed from the transformation matrix G for the parity vector p
Figure 112005059989818-pat00060
And an eleventh process of performing fault diagnosis of the ninth process.
여기서, P은 (n-4)×n행렬, P1 은 (n-4)×(n-2) 행렬, P2 는 (n-4)×2 행렬이고, 새로운 페러티 벡터(
Figure 112005059989818-pat00061
)는
Figure 112005059989818-pat00062
1, ε2 는 측정오차)로, G
Figure 112005059989818-pat00063
로 정의됨.
Where P is a (n-4) × n matrix, P 1 is a (n-4) × (n-2) matrix, P 2 is a (n-4) × 2 matrix, and a new parity vector (
Figure 112005059989818-pat00061
)
Figure 112005059989818-pat00062
1 , ε 2 is measurement error), G is
Figure 112005059989818-pat00063
Defined as.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고장진단을 수행하는 제9 과정에서,In a ninth process of performing the troubleshooting, 고장위성 개수를 모르는 상태에서 고장위성 개수 k=1인 경우부터 min
Figure 112005059989818-pat00047
(k = 1,2,…nCk)를 계산하고,
Min when the number of fault satellites k = 1 without knowing the number of fault satellites
Figure 112005059989818-pat00047
( k = 1,2,… n C k ),
k 위성 배제 후 상기 판별값(T.S|k)을 계산한 후 이를 임계치(Threshold)와 비교하는데, 상기 판별값(T.S|k)이 임계치(Threshold) 보다 작으면 고장위성(P2 )이 배제된 경우(
Figure 112005059989818-pat00064
)이므로 이러한 경우를 발견할 때까지 고장위성 개수 k값을 1씩 증가시키면서 min
Figure 112005059989818-pat00065
계산 및 상기 판별값(T.S|k)을 계산한 후 이를 임계치(Threshold)와 비교하는 과정을 반복수행하고,
After eliminating k satellites, the determination value TS | k is calculated and compared with a threshold value. When the determination value TS | k is smaller than the threshold value, the fault satellite P 2 is excluded. Occation(
Figure 112005059989818-pat00064
), So until it finds such a case, increasing the number of satellite failures k value by 1 min
Figure 112005059989818-pat00065
Calculate and calculate the determination value TS | k and compare it with a threshold, and repeat the process.
상기 판별값(T.S|k)이 임계치(Threshold) 보다 작으면 고장위성이 1개(k = 1)인 경우에는 전체 위성군에 대한 판별값(T.S)을 계산한 후 임계치(Threshold)와 비교하는데, 상기 판별값(T.S)이 임계치(Threshold) 보다 적을 경우에는 고장위성이 없는 것으로 판단하며, 상기 전체 위성군에 대한 판별값(T.S)이 임계치(Threshold) 보다 크면 고장위성이 1개 존재하며, 고장위성이 1개 이상 (k > 1)이면 고장위성이 k개 로서 P2 로 정의된 위성들이 고장위성이라고 식별하는 것을 특징으로 하는 위성항법시스템 다중고장에 대한 무결성 모니터링 방법.If the determination value TS | k is smaller than the threshold, when the fault satellite is one ( k = 1), the determination value TS for the entire satellite group is calculated and then compared with the threshold. If the determination value TS is less than the threshold, it is determined that there is no failure satellite. If the determination value TS of the entire satellite group is larger than the threshold, one failure satellite exists. A method for monitoring integrity of multiple satellite navigation systems, characterized in that if one or more fault satellites ( k> 1), the satellites defined as P 2 are identified as fault satellites as k fault satellites.
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