惡劣條件下GPS的RAIM算法研究.pdf

1、隨著 GPS在民用航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,航空導(dǎo)航高精度、高安全性和高可靠性的特殊需要對導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性監(jiān)測能力提出了很高要求,加強(qiáng)對GPS完好性監(jiān)測技術(shù)研究,及時有效的檢測和識別衛(wèi)星故障具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文針對接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM)技術(shù)展開研究,分析衛(wèi)星故障引起的微小偽距偏差變化和GPS可視衛(wèi)星數(shù)目較少等情況對RAIM算法的影響,提出改進(jìn)

2、的RAIM算法,設(shè)計并實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航完好性監(jiān)測技術(shù)仿真系統(tǒng)以驗證算法。
　　首先,本文對GPS完好性監(jiān)測技術(shù)及其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)梳理,詳細(xì)闡述了基于最小二乘殘差RAIM算法的基本原理和算法流程,結(jié)合GPS系統(tǒng)運行實際和飛機(jī)進(jìn)場特殊要求分析了傳統(tǒng)RAIM算法的局限性和改進(jìn)方向。
　　其次,針對GPS發(fā)生衛(wèi)星故障對應(yīng)微小偽距偏差變化時傳統(tǒng)RAIM無法有效進(jìn)行故障檢測的問題,分析微小偽距偏差對傳統(tǒng)RAIM檢測效果的影響;進(jìn)一步研究

3、偽距殘差統(tǒng)計規(guī)律變化,通過引入模糊推理系統(tǒng),提出一種基于模糊參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的改進(jìn)RAIM算法,詳細(xì)推導(dǎo)和闡述算法數(shù)學(xué)模型和基本原理,并結(jié)合偽距微小慢變故障和偽距微小突發(fā)故障兩種情況進(jìn)行仿真對比實驗。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)RAIM算法能夠在保證誤警率和漏檢率的情況下有效檢測和識別對應(yīng)微小偽距偏差變化的故障衛(wèi)星,明顯縮短了故障檢測時間,可以極大增強(qiáng)導(dǎo)航的連續(xù)性、安全性和可靠性。
　　針對GPS可視衛(wèi)星數(shù)目小于6顆導(dǎo)致傳統(tǒng)RAIM無法檢測和

4、識別衛(wèi)星故障的情況,分別提出了慣導(dǎo)輔助與鐘差輔助RAIM算法。簡要介紹了慣導(dǎo)輔助RAIM和鐘差輔助RAIM的基本原理,詳細(xì)闡述了GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)緊密組合模式以及松散組合模式的構(gòu)成特點,借助緊組合導(dǎo)航數(shù)字仿真系統(tǒng)進(jìn)行了輔助RAIM仿真實驗,檢驗了慣導(dǎo)輔助RAIM和鐘差輔助RAIM算法的可行性,進(jìn)一步驗證了改進(jìn)RAIM算法在輔助RAIM條件下的有效性。
　　最后,設(shè)計了集數(shù)據(jù)處理、可用性判斷、故障檢測、故障識別、定位解算、結(jié)

5、果顯示六個功能模塊于一體的衛(wèi)星導(dǎo)航完好性監(jiān)測仿真系統(tǒng)。利用該軟件對傳統(tǒng)RAIM算法、改進(jìn)RAIM算法、慣導(dǎo)輔助RAIM算法和鐘差輔助RAIM算法進(jìn)行了仿真驗證。該軟件具有良好的交互界面和方便移植拓展的模塊化設(shè)計,為探索和研究完好性監(jiān)測技術(shù)提供了良好的仿真實驗平臺。
　　本文所完成的工作為解決GPS衛(wèi)星幾何分布條件較差、可視星數(shù)目不足和發(fā)生微小偽距偏差衛(wèi)星故障等情況下接收機(jī)端的自主完好性監(jiān)測過程中的關(guān)鍵問題提供了理論依據(jù)與仿真結(jié)果,