[发明专利]一种基于伪距测量特征值提取的ARAIM故障检测方法

说明书

本发明提供了一种基于伪距测量特征值提取的ARAIM故障检测方法，包括：计算各个故障模式下的完好性风险总和，以及各故障模式下完好性风险值的最大值，利用各个模式下的完好性风险总和，与最大故障的完好性风险的比值计算故障模式的数量，将对应的伪距测量值的样本数量作为有效样本数；将某一时间段T，与所述有效样本数的比值，作为有效采样时间；以所述有效采样时间，对接收机采集的伪距测量值样本进行采样，得到有效伪距测量集；利用所述伪距有效测量集，计算检验统计量，并进行完好性故障检测。本发明降低了机载接收机数据处理量，减少机载接收机的负担，提高了算法实时性。

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种基于伪距测量特征值提取的ARAIM故障检测方法。

背景技术

先进接收机自主完好性监测(Advanced Receiver AutonomousIntegrityMonitoring,ARAIM)作为新一代卫星导航机载接收机的完好性监测技术，具备使用多个GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)星座、双频率，以及多故障监测的能力，可支持200英尺高度以下(LPV-200)的垂直导航，且升级成本较低，性能提升明显，是目前GNSS民航应用领域研究的热点方向。ARAIM基准算法是以卫星导航系统传输的数据作为输入，通过卫星播发的星历进行导航定位和完好性评估。相应的输出保护级、精度、可用性等表征目标位置精度和完好性的指标。对于ARAIM而言，作为一项完好性监测技术，如何保证其完好性指标，实时输出其可用性尤为重要。

故障检测是指导航接收机对接收到的卫星导航信号是否存在非正常偏差进行检测。当导航接收机接收到除了定位必需的测量值之外仍有冗余观测量时，这些冗余观测量和用于检测的所有观测量是否具有一致性，从而判断是否存在故障。ARAIM接收机利用这种原理进行自主故障检测，从而保证航空运行安全。

故障检测的目的是保证卫星在无法正确发出导航信号时接收机能够及时发出告警，从而保证导航服务的安全可靠。故障检测的基本思想是利用冗余信息对检验统计量进行一致性检验。目前，按照故障检测检验统计量的不同，所有的ARAIM故障检测方法可以被分为两类：位置域的方法与伪距域的方法。ARAIM的基本检测方法是伪距域的解分离算法，通过比较检验统计量和阈值达到故障检测的目的。假设某颗卫星存在故障，则包含该故障星的子集定位解势必与仅包含健康卫星的子集定位解产生分离，从而发现故障。

然而解分离算法每一次假设检验都要进行一次定位解算，最终会产生与故障假设数相同的检验统计量；由于故障检测过程是在机载接收机上进行的，大量的解算过程必将影响实时性，随着接收机收到的可见星数目增多，观测量和故障模式的数量随之增多，解分离算法面临的大量计算问题亟待解决。

完好性是指当导航系统由于某种故障导致提供的定位信息无法满足操作需求时，系统及时给出告警的能力。完好性的核心指标包括告警时间、告警限和完好性风险概率值。当卫星导航系统无法满足导航运行需求时，可通过接收机自主故障检测来解决；然而故障检测也可能出现漏检的情况，使得定位误差超过了告警限但没有告警，此时将会产生完好性风险，影响整个ARAIM服务的完好性。发生完好性风险时的定位信息称为危险误导信息(Hazardously Misleading Information,HMI)，完好性风险是由危险误导信息发生的概率确定的。

ARAIM作为多星座卫星导航系统，除常见的单星或多星等卫星故障外，星座故障也要考虑。星座故障是由空间段或者地面段导致的具有相关性的故障，这类故障会影响多颗卫星的导航信号或者电文，这就导致该导航星座中卫星伪距测量值均保持一致性，不存在冗余观测量，因而运用解分离算法无法进行一致性检测。星座故障会导致接收机获得具有一致性的伪距测量值，缺少冗余观测量的对比，无法使用接收机自主检测进行故障检测。

因此，为了解决现有技术中解分离算法的实时性问题，以及星座故障条件下的不可用问题，本发明提出了一种基于伪距测量特征值提取的ARAIM故障检测方法。

发明内容