陸基增強(qiáng)系統(tǒng)定位與完好性監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、為使陸基增強(qiáng)系統(tǒng)作用范圍內(nèi)的航空用戶能夠滿足垂直引導(dǎo)進(jìn)近及以上等級(jí)所需導(dǎo)航性能要求，有必要提高用戶端和地面站系統(tǒng)的完好性監(jiān)測性能，即從精度、完好性、可用性和連續(xù)性四個(gè)方面改進(jìn)陸基增強(qiáng)系統(tǒng)的完好性監(jiān)測性能。由于完好性監(jiān)測本質(zhì)上是對(duì)影響用戶定位潛在誤差源的置信度分析，而陸基增強(qiáng)系統(tǒng)是以差分定位技術(shù)為基礎(chǔ)，因此從定位技術(shù)到完好性監(jiān)測技術(shù)，論文都是圍繞如何抑制和監(jiān)測地面站系統(tǒng)和用戶端主要誤差源展開論述。
　　 由于航空用戶和地面站系統(tǒng)所

2、處導(dǎo)航環(huán)境的差異性，即使同種誤差對(duì)用戶端和地面站系統(tǒng)的干擾原理也不盡相同，因此有必要從用戶端和地面站系統(tǒng)分別進(jìn)行論述。根據(jù)陸基增強(qiáng)系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的目的，本文在定位技術(shù)和完好性監(jiān)測技術(shù)兩個(gè)方面深入研究和改進(jìn)，以努力滿足高等級(jí)的所需導(dǎo)航性能。論文主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.分析了單點(diǎn)定位模式下多誤差源對(duì)載波相位平滑偽距平滑誤差的影響，將Kalman濾波引入到載波相位平滑偽距中，利用極大似然準(zhǔn)則推導(dǎo)了一種新的應(yīng)用于載波相位平滑偽距的自

3、適應(yīng)Kalman濾波算法，這種濾波算法利用新息方差分別對(duì)系統(tǒng)過程噪聲方差和量測噪聲方差實(shí)時(shí)自適應(yīng)估計(jì)和調(diào)整，研究在保證系統(tǒng)濾波穩(wěn)定性的前提下，得到適用于動(dòng)態(tài)單點(diǎn)定位載波相位平滑偽距所需的最優(yōu)平滑時(shí)間。
　　 2.研究電離層延遲誤差和多徑誤差的空時(shí)效應(yīng)對(duì)差分模式下載波相位平滑偽距的影響，提出一種新的自適應(yīng)載波相位平滑偽距算法，以抑制差分修正量中的非共性誤差。該算法通過分析差分修正量的誤差方差，利用極值理論得到地面基站和動(dòng)態(tài)用戶的自

4、適應(yīng)平滑時(shí)間，以抑制非共性誤差中的電離層延遲誤差和多徑誤差，實(shí)現(xiàn)提高差分修正量精度的目的。飛行測試實(shí)驗(yàn)證明了所提出算法對(duì)非共性誤差的優(yōu)化作用。
　　 3.采用基于多普勒觀測量的“滑動(dòng)窗”自適應(yīng)鐘差預(yù)測模型和解分離算法相結(jié)合輔助傳統(tǒng)接收機(jī)自主完好性監(jiān)測算法，通過調(diào)節(jié)鐘差預(yù)測模型的平滑時(shí)間可有效提高定位精度及可用性水平。為進(jìn)一步滿足航空用戶對(duì)垂直方向?qū)Ш叫阅艿男枨?，采用基于地圖匹配輔助的GPS/DR/DEM緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)。為檢測來自

5、于地圖誤匹配產(chǎn)生的小幅值故障，采用可變誤警率的算法提高故障檢測的性能。車載實(shí)驗(yàn)證明，基于自主插值完好性監(jiān)測算法的系統(tǒng)可用性水平可以滿足垂直引導(dǎo)Ⅰ類所需導(dǎo)航性能需求。
　　 4.由于傳統(tǒng)基于識(shí)別門限的衛(wèi)星故障識(shí)別算法存在漏檢和誤警致使識(shí)別率較低，為此提出一種可用于識(shí)別雙星故障的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測算法。該算法通過構(gòu)造新的奇偶矢量與故障特征平面，利用奇偶矢量與故障特征平面之間的幾何關(guān)系來識(shí)別衛(wèi)星故障，使得算法不再受限于識(shí)別門限的影響

6、，從而有效地避免了由于識(shí)別門限引起的識(shí)別效率較低的問題。
　　 5.由于修正誤差的非理想性，即當(dāng)修正誤差包含非零均值高斯誤差和非高斯誤差時(shí)，傳統(tǒng)sigma膨脹算法難以滿足陸基增強(qiáng)系統(tǒng)高可用性水平的要求。在滿足誤差覆蓋的約束條件下，將sigma膨脹、均值膨脹和非高斯膨脹結(jié)合起來，通過選取最優(yōu)膨脹系數(shù)集，最大限度地提高系統(tǒng)的可用性水平。仿真實(shí)驗(yàn)證明即使在關(guān)鍵衛(wèi)星發(fā)生故障的情況下，基于膨脹系數(shù)集的Sigma膨脹算法能夠?qū)⑾到y(tǒng)可用性至少

7、提高至95％。
　　 6.針對(duì)傳統(tǒng)測距域基于極大使然準(zhǔn)則的B值在多參考一致性檢測應(yīng)用時(shí)完好性監(jiān)測性能較低的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于Kalman濾波的位置域特征檢測值取代傳統(tǒng)B值以提高地面多參考站故障檢測與識(shí)別性能。構(gòu)建基于多考接收機(jī)故障假設(shè)的系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)模型，在Kalman濾波中引入自適應(yīng)衰減調(diào)節(jié)因子以維持濾波穩(wěn)定性和完好性風(fēng)險(xiǎn)之間的平衡。戶外實(shí)驗(yàn)證明在輸入各類型故障時(shí)，在可用性損失可接受的范圍內(nèi)，基于Ka man濾波的多參考一致性檢測