GNSS接收機自主完備性監測的高級算法與性能研究

《GNSS接收機自主完備性監測的高級算法與性能研究》是依託武漢大學，由吳雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：GNSS接收機自主完備性監測的高級算法與性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳雲
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

本項目旨在研究RAIM的嚴密算法-Advanced RAIM(ARAIM), 使之適應於對GNSS完備性和生命安全要求較高的套用領域，如LPV-200。 本項目就現在正在發展中的ARAIM算法中存在的問題提出解決方法：建立在定位域和殘差域同時對衛星的故障狀態進行檢測的方法：基於多假設故障狀態的雙域檢測法；研究在故障衛星剔除後的GNSS完備性風險嚴密計算方法, 最終實現故障衛星的檢測與ARAIM多假設（Multiple Hypotheses）理論一致，完備性風險的計算與實際GNSS導航定位結果風險一致的ARAIM嚴密算法。在此研究基礎上製作GNSS ARAIM全球性能分析模擬軟體。此研究成果將有助於改變GNSS完備性監測依賴於地面龐大的監測設備的局面，推動GNSS在完備性要求更高的領域的套用。

結題摘要

為了將GNSS套用於對完備性和生命安全要求更高的領域，如民航飛機的：LPV-200階段的進近，“基於多故障假設”理論，本項目推導了RAIM（Receiver Autonomous Integrity Monitoring）的嚴密算法ARAIM （Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring）。本項目推導的ARAIM算法在定位域和觀測值域（殘差域）同時對衛星故障進行檢測，並且推導了“基於多故障假設”的VPL和EMT的計算方法。 以上算法兼顧和考慮了錯誤剔除健康衛星保留故障衛星導致的完備性風險。 編寫了GNSS ARAIM全球性能分析模擬軟體，此軟體可以就GPS/BeiDou/Glonass/Galieo任意組合在不同的ISM參數下的ARAIM可用性做出分析。模擬分析表明，Acc95（%）的可用性主要依賴SISE的精度；相反，VPL和EMT對衛星的幾何強度要求較高且更加敏感，並且對SIS的故障機率也比較敏感，當任意三個或者三個以上的導航系統聯合導航時（根據其ICD的標準星座，僅MEO衛星），當衛星的故障機率不大於10e-5，並且URA不大於2米，均可用滿足全球100%用戶的99.5%的可用性（時間上的百分比）。本項目就GPS/BeiDou/Glonass實測數據的ARAIM性能作出了分析，分析表明本項目推導的ARAIM算法計算得到的VPL均大於實際的VPE，能夠為用戶提供安全保護；ARAIM的故障檢測和剔除算法能夠識別並剔除衛星故障，當衛星數不足或者不能成功剔除故障時，能向用戶發出告警；目前現實的GPS/BeiDou/Glonass，即使在亞洲區域（有較多的BeiDou可見衛星），GPS/BeiDou/Glonass還不能滿足LPV-200的可用性。與本項目模擬分析比較，現實的GNSS還需要更強的幾何強度和更好的SIS（Signal-in-space）的性能來滿足LPV-200的導航要求。 本項目的理論研究為GNSS RAIM提供了更嚴密的算法，推動了GNSS在完備性要求更高的領域的套用。其實測數據驗證了本項目算法的有效性，並分析了現實GNSS ARAIM的可用性；模擬分析出了將來GNSS在全球範圍內實現為LPV-200階段導航提供所應該具備的條件， 為未來的GNSS發展提供了參考依據。