[发明专利]一种列车定位专用的卫星接收机自主完好性方法

权利要求书

1.一种列车定位专用的卫星接收机自主完好性方法，其特征在于，包括：从卫星的历书信息、线路数据中提取卫星运行参数，具体包括从卫星的历书信息中提取卫星运行数据，该卫星运行数据包括卫星运行的偏心率、卫星倾角、历书时间，从地图数据库中提取卫星线路数据，所述卫星线路数据包括卫星的经度、纬度、高程、航向角参数，将提取的所述卫星运行数据、所述卫星线路数据进行整理并在地图上显示；

根据预测位置、卫星位置和所述卫星运行参数建立观测矩阵；根据所述卫星的历书信息计算出卫星在ECEF坐标系下的位置信息，根据所述卫星和所述预测位置在ECEF坐标系下的位置信息，计算出卫星在ECEF坐标系下的高度角，将所述高度角和卫星的遮蔽角进行比较，根据比较结果计算出可见卫星的数目，当可见卫星的数目不小于5，则根据预测位置、卫星位置、所述卫星运行数据和所述卫星线路数据建立观测矩阵H；

BDS定位的线性化模型为y＝Hx+ε，其中，y是N×1的伪距观测矩阵，x是4×1维的待测用户状态矢量，ε是测量误差的矢量，H表示单点无方向运行时的观测矩阵，N为可见卫星数，其中：

El_i为每颗卫星的高度角，AZ_i为卫星方位角，i＝(1,2,....N)，表示第i颗可见卫星；

利用所述观测矩阵计算出所述预测位置的水平保护级值，将所述预测位置的水平保护级值与设定的水平告警门限值进行比较，根据比较结果确定所述预测位置的自主完好性监测结果；

利用观测矩阵计算所述预测位置的沿股道方向的保护级别ATPL，当列车沿股道方向前进时，所述预测位置的沿股道方向的保护级别ATPL的计算公式如下：

ATPL＝K_AT·d_AT

其中，K_AT为常数，d_AT表示模型分布方差，可由下式获得：N为可见卫星数，σ_i为误差项；

S_AT,i由下式得出

式中：，

式中，El_i为每颗卫星的高度角，AZ_i为卫星方位角，yaw为列车航向角，H₁为沿股道方向时的观测矩阵，S₁表示沿股道方向时H₁的投影矩阵；

将所述预测位置的沿股道方向的水平保护级值ATPL与设定的水平告警门限值HAL进行比较，若ATPL大于HAL，则确定所述预测位置的沿股道方向的自主完好性监测不可用；若ATPL不大于HAL，则确定所述预测位置的沿股道方向的自主完好性监测可用；

进行列车定位专用的卫星接收机的自主完好性监测的故障检测，计算出每个卫星的最小二乘解

其中，A是N×4线性关联矩阵，它前3列元素由各卫星的方向余弦构成，第4列全部为1，表示接收机时钟的状态；y是N×1的矢量，构成元素为带噪声的伪距观测值与基于在标称位置和时钟偏差的伪距预测值之间的差值；每个卫星的伪距残差量R_w的计算公式为：

其中，W表示单位向量，S_w＝I_N-A(A^TWA)^-1A^TW，I_N为单位矩阵，ε是测量误差的矢量，它包括随机噪声和确定偏差，R_w中包含了各颗卫星的伪距误差量，可以用它来判断卫星有无故障；设SSE＝R_w^TR_w，用来代表所有卫星伪距残差量的平方和；因而构造统计量

设卫星故障检测时的最大误警概率为P_FA，整体统计量SSE/σ²服从自由度为N-4的χ²分布，则卫星的故障检测门限值T_D的计算公式为：

其中，χ²是一个概率统计中的分布函数，x表示待测用户的状态矢量；

将实时计算的统计量T_x和T_D进行比较：若T_x＞T_D，则确定列车定位专用的卫星接收机自主完好性监测的发生故障，发出告警；若T_x≤T_D，则没有故障。