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接收机自主完好性监测及系统仿真研究

娄上月  
【摘要】:随着GPS卫星导航系统的飞速发展及其应用领域的多样化,人们对导航应用相关服务安全性的需要日益增加,要求导航系统除了能够提供定位和授时等基本功能之外,还必须具有系统出现故障时能及时向用户告警的能力,这种能力称为系统的完好性。完好性监测的本质就是对系统所提供信息正确性的置信度测量。目前,比较常用的完好性监测方式是接收机自主完好性监测,这种方式可以通过嵌含在接收机内部的算法进行完好性监测工作,不依赖外部增强系统而独立自主工作,对故障反应迅速且无需外界干预,具有成本低、使用灵活等优点,得到了非常广泛的应用。 传统的接收机自主完好性监测算法要求当前历元至少存在5颗可见卫星时才能进行故障检测,至少存在6颗可见卫星时才能进行故障识别与排除,对冗余变量个数有严格要求,在冗余变量个数过少的情况下无法高效率的完成卫星故障检测与识别工作,极大的限制了完好性监测性能。同时,传统“快照”算法是使用当前历元中的伪距观测数据进行集合统计计算,没有考虑到时域信息在故障检测过程中的实用性,对微弱故障及缓慢增长故障的检测效率不高,无法满足当前高精度导航定位对复杂定位源的检测需求,因此有必要对传统完好性监测算法进行改进和创新。 本课题首先对传统完好性监测算法进行了详细的推导和分析,针对传统“快照”算法的缺陷提出了基于卡尔曼新息方差的新完好性监测算法,采用了卡尔曼新息这种时域数据,弥补了传统算法对可见卫星个数要求过高的缺陷,提高了卫星故障检测性能。计算机仿真表明,在少星情况下,奇偶矢量法无法进行故障检测工作,新息方差法仍然能够正确检测到卫星故障的存在,在输入故障偏差为78m时可以达到90%的检测成功率,说明新息方差算法对故障的敏感度更高,具有比传统“快照”算法更强的检测性能,充分说明了新息方差法在故障检测过程中的优越性。 考虑到真实接收机实验数据中的完好性异常存在不多,对完好性监测算法的验证比较困难,因此以Windows操作系统为平台,在VC++6.0环境下开发了一款完好性监测仿真软件并给出了GPS卫星运行仿真模型,用户可以根据模型自行生成星历和观测文件,并可以人为在任意历元加入卫星故障以方便对监测算法的验证,为完好性监测的后续研究提供了方便。


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