基本介紹
- 中文名：接收機自主完整性監測
- 外文名：Receiver autonomous integrity monitoring
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介紹
GPS本身不包含任何有關其信號完整性的內部信息。如果GPS衛星廣播稍微不正確的信息，導致導航信息不正確，接收機無法使用標準技術辨識該情況。RAIM採用冗餘信號產生多個GPS定位並對其進行比較，根據統計方法確定故障是否與某個信號有關。如果有24個或以上的GPS信號可操作，則RAIM被認為可用。如果信號數量低於該數字，則必須使用經批准的地面預測軟體檢查RAIM可用性。
數個與GPS相關的系統也提供了獨立於GPS的完整性信號。例如廣域增強系統（WAAS）使用不同衛星廣播的單獨信號直接指出這些問題。
描述
RAIM通過冗餘GPS偽距測量來檢測故障。也就是說，當有更多的衛星可用於產生定位所需的衛星時，額外的偽距應該都與計算的位置一致。與預期值（即，異常值）顯著不同的偽距可以指示相關衛星的故障或另一信號完整性問題（例如，電離層分散）。傳統的RAIM僅使用故障檢測（FD），但較新的GPS接收器包含故障檢測和排除（FDE），使其能夠在出現GPS故障時繼續運行。
使用的測試統計量是偽距測量殘差（預期測量值和觀察到的測量值之間的差值）和冗餘量的函式。將測試統計值與閾值進行比較，該閾值基於所需的誤報機率（Pfa）來確定。
RAIM
接收機自主完整性監測（RAIM）為航空套用提供GPS的完整性監測。為了使GPS接收器執行RAIM或故障檢測（FD）功能，必須至少可以看到五個具有令人滿意的幾何形狀的可見衛星。 RAIM有各種各樣的實現;其中一個在利用各種可見衛星子集獲得的所有位置解之間進行一致性檢查。如果一致性檢查失敗，接收器會向飛行員發出警報。
當在安全關鍵套用（例如航空套用）中使用這種算法時，RAIM可用性是一個重要問題;事實上，由於幾何和衛星服務的維護，RAIM並不總是可用，這意味著接收器的天線有時可能會少於五顆衛星。
可用性也是RAIM算法的性能指標。可用性是視野中的星座的幾何形狀和其他環境條件的函式。如果以這種方式看到可用性，很明顯它不是一個開關特徵，這意味著該算法可用，但不具備在發生故障時檢測故障所需的性能。因此，可用性是算法的性能因素，並且表征了不同種類的RAIM算法和方法中的每一種。
故障檢測和排除
在一些接收器中採用的增強版RAIM被稱為故障檢測和排除（FDE）。它至少使用六顆衛星，不僅可以檢測到可能有故障的衛星，還可以將其從導航解決方案中排除，這樣導航功能可以不間斷地繼續。故障檢測的目標是檢測定位故障的存在。在檢測到時，適當的故障排除確定並排除故障源（不必識別導致問題的單個源），從而允許GNSS導航繼續而不中斷。由於軌道的性質，中緯度地區的RAIM和FDE的可用性略低，而赤道和高緯度地區則略高。使用來自多個GNSS星座的衛星或使用SBAS衛星作為附加測距源可以提高RAIM和FDE的可用性。
RAIM預測
GNSS與傳統導航系統不同，因為衛星和覆蓋範圍退化的區域處於不斷運動狀態。因此，如果衛星發生故障或停止維修，則無法立即確定空域的哪些區域會受到影響（如果有的話）。可以藉助計算機分析預測這些中斷的位置和持續時間，並在飛行前規划過程中向飛行員報告。然而，該預測過程並不完全代表不同接收機模型中的所有RAIM實現。預測工具通常是保守的，因此預測可用性低于飛行中實際遇到的可用性，以便為最低端接收機模型提供保護。
由於RAIM自主運行，即沒有外部信號的輔助，因此需要冗餘偽距測量。要獲得3D位置解決方案，至少需要進行四次測量。要檢測故障，至少需要進行5次測量，並且要隔離和排除故障，至少需要進行六次測量，但通常需要根據衛星幾何結構進行更多測量。通常，視野中有7到12顆衛星。
使用的測試統計量是偽距測量殘差（預期測量值和觀察到的測量值之間的差值）和冗餘量的函式。 將測試統計值與閾值進行比較，該閾值基於對虛警機率（Pfa）和預期測量噪聲的要求來確定。 在航空系統中，Pfa固定為1/15000。
水平完整性限制（HIL）或水平保護限制（HPL）是一個數字，表示以GPS位置解決方案為中心的圓的半徑，並保證包含接收器的真實位置，使其符合RAIM的規範 計畫（即符合Pfa和Pmd）。 HPL計算為RAIM閾值和測量時衛星幾何的函式。 將HPL與水平警報限制（HAL）進行比較，以確定RAIM是否可用。
RAIM預測網站
為了使飛行員能夠快速確定是否可以獲得航路或近程RAIM，FAA和EUROCONTROL創建了“調度級”網站，預測RAIM狀態以滿足飛行前檢查要求。
美國聯邦航空局的RAIM預測網站“AC 90-100”以圖形地圖格式覆蓋美國地區（RAIM顯示為綠色，RAIM顯示為紅色）。
EUROCONTROL為全球航空航路點資料庫中的大多數航路點提供國際覆蓋，並在“時間線”欄中顯示結果，顯示是否可以使用巴洛輔助或非巴洛輔助RAIM。
EUROCONTROL對其數據作出免責聲明（聲明USCG數據優先），而FAA證明其網站符合監管要求。截至2012年7月1日，AUGUR的覆蓋範圍僅限於ECAC空域。
自2006年以來，由NAVBLUE主持的N-RAIM預測服務為所有PBN套用提供全球覆蓋，包括RNP 10，RNAV 5，RNAV 2，RNAV 1，RNP 4，RNP 1，RNP方法和RNP AR方法，低至0.1NM 。線上工具是直接集成到飛行計畫軟體中的自動服務的替代方案。它與ICAO PBN手冊的新版本以及任何全球特定法規保持同步。
由FLIGHTKEYS開發和託管的SPACEKEYS RAIM預測和避免系統為任何類型的RAIM預測提供全球覆蓋，涵蓋從RNP10（航路）到RNP方法和RNP AR方法（低至0.1NM）的所有完整性等級。線上工具允許RAIM預測位置和完整軌跡（路線）以及基於區域的RAIM預測。 REST和SOAP API也可用於第三方系統集成。
