GPS局域增強系統(tǒng)的完善性監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、為了能夠?qū)PS作為主要的導航手段應(yīng)用到民用航空的精密進場與著陸階段，需要進一步提高系統(tǒng)的定位精度、連續(xù)性、完善性和可用性等性能。20世紀90年代提出的局域增強系統(tǒng)，它采用載波平滑的差分定位技術(shù)，極大地提高了GPS系統(tǒng)的定位精度，因此引起了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者和民用航空機構(gòu)的廣泛關(guān)注。實踐已經(jīng)證明，LAAS很容易滿足Ⅰ類精密進場的性能要求，但是對于Ⅱ類和Ⅲ精密進場階段，則還需進一步完善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。 在飛機精密進場階段所需的各種性能

2、指標中，最難滿足的是完善性方面的性能需求。完善性監(jiān)測的主要目的是保證系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)，提高導航數(shù)據(jù)的可信度。常用的完善性監(jiān)測手段包括LAAS地面站設(shè)備的完善性監(jiān)測和接收機自主完善性檢測。本文主要針對GPS局域增強系統(tǒng)的完善性技術(shù)進行研究，通過一些監(jiān)測手段和算法的改進，以有效降低完善性監(jiān)測存在的風險。論文主要研究工作如下： 1．對LGF廣播修正誤差在非零均值高斯分布和非高斯分布下膨脹系數(shù)的確定方法進行了深入研究。對于非零均值的高

3、斯分布模型，通過向量范數(shù)的不等式轉(zhuǎn)化關(guān)系，得到了標準差膨脹和均值膨脹兩種確定方法；對于修正誤差的非高斯分布模型，通過高斯混合模型擬合修正誤差的概率密度分布，進而將非高斯分布下確定標準差的膨脹系數(shù)轉(zhuǎn)化為高斯混合模型下確定標準差的膨脹系數(shù)，采用EM算法估計高斯混合模型的參數(shù)，通過BIC準則和SEM算法對模型的結(jié)構(gòu)進行選擇和優(yōu)化，通過仿真試驗證明在這種處理方法下得到的修正誤差的高斯混合模型滿足確定膨脹系數(shù)的要求，并給出相應(yīng)的膨脹系數(shù)計算公式。

4、 2．結(jié)合修正誤差的有限采樣點限制和不同分布模型的影響，給出了LGF廣播標準差的總膨脹系數(shù)，在偽衛(wèi)星增強、采用相對精確的標準差模型以及采用膨脹的標準差等情況下，計算垂直保護水平，并得到如下結(jié)論：如果修正誤差的標準差不進行膨脹，則無論是否使用偽衛(wèi)星增強，GPS局域增強系統(tǒng)能夠滿足各階段精密進場的性能要求，但這種計算結(jié)果很難保證定位誤差小于保護水平，從而產(chǎn)生完善性風險；如果采用膨脹的標準差計算VPL，無論是否使用偽衛(wèi)星增強，系統(tǒng)只滿

5、足CATI的可用性要求，但是偽衛(wèi)星增強 后，系統(tǒng)可用性明顯提高，而且性能更加穩(wěn)定；如果使用相對精確的標準差模型計算VPL，在偽衛(wèi)星增強后，系統(tǒng)可以滿足CAT Ⅱ的可用性要求，但是這只能用于理論分析。 3．對廣播修正誤差的標準差和均值監(jiān)測進行了深入的研究，針對CUSUM算法不能一步檢測較大的標準差和均值偏移的缺陷，提出了應(yīng)用Shewhart—CUSUM組合算法監(jiān)測均值和標準差異常。以平均運行長度為指標，對 CUSUM

6、、Shewhart和Shewhart—CUSUM這三種算法的特性進行了詳細地分析，結(jié)果表明，組合算法的檢測門限只需比CUSUM算法稍大，便可以獲得與CUSUM算法相近的失控狀態(tài)平均運行長度。最后通過仿真試驗驗證了組合算法在標準差和均值監(jiān)測中的性能，結(jié)果表明：組合算法可以一步檢測較大的異常，在檢測累積型異常時與CUSUM算法性能相同，并且失控狀態(tài)下的平均運行長度與理論計算的相等。 4．針對“快照”的奇偶空間的RAIM算法受到測量方

7、程的數(shù)學模型限制，當測量誤差是非零均值高斯分布或帶有不確定的擾動輸入時，故障檢測的誤警率和漏警率增大。改進測量方程的數(shù)學模型，在其中加入不確定輸入項增加了算法的魯棒性和抗干擾能力，通過估計方法將這種不確定性輸入轉(zhuǎn)化為確定性的輸入，并利用雙重最優(yōu)解耦，將奇偶向量和故障向量分離。最后通過仿真證明了這種改進的RAIM算法的確可以有效降低衛(wèi)星故障檢測的漏警率和誤警率。 5．提出了一種多維累積RAIM算法—MCRAIM，它通過多維累積和處