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卫星导航系统完好性指标分析与算法研究

蒋凯  
【摘要】:随着卫星导航系统的发展,其在军用和民用领域中发挥着越来越大的作用。完好性是指卫星导航系统在不能使用时及时向用户发出告警的能力,是衡量卫星导航系统可靠性的重要指标。对于某些安全性要求严格的应用,导航系统的完好性是用户最为关注的性能需求。因此完好性的研究对于卫星导航系统的建设和评估具有重要的意义。 基于系统分析与优化的角度,本论文从系统级完好性特征和用户级自主完好性两个层面出发,研究完好性概念、指标及反馈。以北斗卫星导航系统为完好性仿真背景,研究了多故障RAIM算法、完好性方程的指标分析,监测站网络的布局以及多组合导航的完好性协同策略。具体研究内容及创新如下: (1)研究总结了接收机自主完好性监测算法(RAIM),包括单故障RAIM算法和两个故障的RAIM算法,然后在此基础上提出了一种基于极大似然思想和BIC判断准则的改进多故障RAIM算法,可以判断出卫星故障个数和位置。 (2)研究了卫星导航系统的完好性计算误差来源和故障树模型,基于完好性方程,结合北斗异质星座的特点进行了完好性指标分析。针对完好性指标的计算,提出了一种改进的最差用户位置(WUL)算法,理论分析和仿真结果表明改进的WUL算法在计算效率和准确度上都比原来的算法有较明显的提高。 (3)基于完好性方程,对北斗导航系统的监测站进行了网络布局分析,分析从完好性出发得到的网络布局和从传统的PDOP角度出发得到的网络布局的异同。(4)针对多类导航系统的组合导航,结合GPS,Galileo,北斗卫星导航系统的系统级特征,基于完好性方程研究了多类导航系统的系统级完好性协同。并与以GPS和SBAS系统完好性概念为基础的系统级完好性协同进行对比。对这两种协同策略进行了仿真比较和结果分析。 研究结论可为卫星导航系统的建设及卫星导航应用提供基础理论和技术支撑。


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