GNSS完好性仿真與監(jiān)測技術研究.pdf

1、完好性作為衛(wèi)星導航系統(tǒng)不可或缺的關鍵性能指標，其仿真及監(jiān)測技術是保證衛(wèi)星導航系統(tǒng)順利建成并安全可靠運行的一項重要技術。特別是對于我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在起步晚、指標要求高的條件下，采用完好性仿真系統(tǒng)先期確定系統(tǒng)技術狀態(tài)，可以大幅度降低系統(tǒng)研制風險。同時，進一步提高完好性監(jiān)測系統(tǒng)對故障檢測及處理方面的性能可以有效推廣北斗導航系統(tǒng)在更多領域下的應用。因此，研究完好性仿真及監(jiān)測技術具有重要的工程價值和實際意義。在此背景下，論文開展了以下幾個方面

2、的研究工作：
　　（1）針對GNSS完好性仿真系統(tǒng)中，使用分段高階多項式模型計算含有完好性故障的仿真?zhèn)尉鄷r，偽距計算精度與實時性的矛盾，以及常用偽距高階導數(shù)計算方法在高動態(tài)場景下計算精度較差的不足，提出了基于加窗拉格朗日插值的衛(wèi)星軌道計算方法（WLI）和基于三階Hermite插值的偽距導數(shù)計算方法，并將兩者結合得到了新的高精度實時仿真?zhèn)尉嘤嬎惴椒?。仿真結果表明，在求導步長為0.001s，時間間隔為1s條件下，本文方法與三階樣條插值

3、計算方法比較，偽距誤差標準差由0.369mm減小為0.172mm，計算精度提高了約1倍。而計算量僅為后者的10％。
　?。?）針對采用真實設備搭建的衛(wèi)星導航完好性仿真系統(tǒng)中，模擬生成導航信號所使用的傳統(tǒng)動態(tài)時延生成方法存在的時域和相關域延時測量一致性、延時控制復雜度和實現(xiàn)資源消耗難以兼顧的問題，提出了群時延極大極小化準則條件下的可變分數(shù)延遲（VFD）濾波器設計方法和基于VFD濾波器的動態(tài)時延生成方法。設計實例表明，相同設計條件下提

4、出的VFD濾波器設計方法與迭代加權最小二乘設計法比較，最大群時延絕對誤差由3.596×10-3減少為9.287×10-4，時延生成精度提高了約74.17%。同時在偽距、速度、加速度和加加速度的精度要求分別為1cm，1mm/s，1cm/s2和1cm/s3條件下，提出的動態(tài)時延生成方法最大時延誤差為0.8mm，最大偽碼多普勒誤差為0.02mHz。
　　（3）針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)用戶段可能出現(xiàn)多個衛(wèi)星故障的情況及當前多故障RAIM算法計算量

5、較大的問題，提出了一種基于信噪比異常檢測的多故障RAIM算法。該算法通過計算信噪比異常檢測統(tǒng)計量來實時檢測故障衛(wèi)星，并結合最優(yōu)選星、定位解估計和接收機鐘差檢驗等處理過程，在檢測和排除多個故障衛(wèi)星后提高定位精度的同時，有效減少了計算復雜度。實測數(shù)據(jù)結果表明，在模擬3顆衛(wèi)星故障的條件下，可以有效檢測出存在信噪比異常的故障衛(wèi)星，與傳統(tǒng) RAIM方法比較，定位誤差由14.6m減少為3.5m，定位精度提高了約76%。進一步通過分析信噪比線性模型及

6、異常檢測統(tǒng)計量的概率特性，得出統(tǒng)計結果與理論推導相一致。
　?。?）針對現(xiàn)有RAIM算法無法有效檢測微小緩變偽距偏差的不足，建立了以非相干積累增大歸一化等效偽距偏差的故障檢測模型，分別提出了基于非相干積累的奇偶矢量RAIM法和基于預測殘差滑動積累的抗差EKF法。仿真結果表明：對于改進的奇偶矢量法，對偽距偏差符號不敏感，在要求檢測性能一致且積累歷元數(shù)目為10的條件下，提出方法的可檢測最小偽距偏差由傳統(tǒng)方法的2.4m減小為0.78m。