GPS接收机定位可靠性数据处理算法研究

【摘要】：随着全球定位系统（GPS）的发展以及用户对于卫星导航定位服务性能要求的不断提高，卫星导航的可用性和可靠性日益受到重视。可靠性是导航系统中的一个重要因素。由于系统发生故障而导致出现偏差信息需要通过完好性监测进行性能辅助，因此，接收机自主完好性监测（RAIM）系统被认为是航空电子导航系统中最重要的部分之一。 本文针对传统的GPS卫星故障检测算法在较小幅度故障下故障检测能力下降的问题，提出一种基于小波变换方法的GPS卫星故障检测算法。运用小波分析技术对GPS接收机的伪距观测值和位置信息进行数据处理，通过在不同尺度的奇异性变化找到信号突变点进行故障检测。小波分析方法可以很好地检测出参数序列中的较小突变，提高了故障检测的准确性，验证了小波分析方法在GPS卫星故障检测中的可行性和有效性。 针对RAIM技术需要具有冗余的观测信息，在应用RAIM检测和隔离故障卫星之前，需要对选择的卫星组合进行RAIM可用性分析。以全球定位系统为研究对象，研究水平定位误差保护级，阐述RAIM算法的故障检测和可用性原理。结合导航性能在航空飞行阶段应用中的需求，对影响RAIM可用性的因素进行数据仿真分析。研究结果为采用RAIM算法进行故障卫星的检测和隔离提供了可用性的依据。 本文通过使用粒子滤波和似然比检验相结合的GPS完好性监测方法应用于故障检测与隔离问题。在GPS测量获得数据中人为加入两种不同类型故障即阶跃偏差和慢变偏差。仿真结果验证该方法可以检测GPS测量故障，特别是在故障显著时表现出更为卓越的检测性能。为快速有效地识别GPS双故障，提高卫星导航系统的可靠性，将粒子滤波算法与层次滤波算法相结合用于RAIM中。对算法进行数学建模，通过比较系统各状态累加对数似然比的方法对双故障卫星进行检测和隔离。通过实测数据验证，结果表明，该算法在非高斯量测噪声情况下成功地检测并隔离了双故障卫星，从而验证了将粒子滤波与层次滤波相结合应用于接收机自主完好性监测的有效性。