陸基增強系統(tǒng)定位與完好性監(jiān)測技術研究.pdf

1、為使陸基增強系統(tǒng)作用范圍內(nèi)的航空用戶能夠滿足垂直引導進近及以上等級所需導航性能要求，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)性四個方面改進陸基增強系統(tǒng)的完好性監(jiān)測性能。由于完好性監(jiān)測本質(zhì)上是對影響用戶定位潛在誤差源的置信度分析，而陸基增強系統(tǒng)是以差分定位技術為基礎，因此從定位技術到完好性監(jiān)測技術，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、處導航環(huán)境的差異性，即使同種誤差對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)分別進行論述。根據(jù)陸基增強系統(tǒng)所需實現(xiàn)的目的，本文在定位技術和完好性監(jiān)測技術兩個方面深入研究和改進，以努力滿足高等級的所需導航性能。論文主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.分析了單點定位模式下多誤差源對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，利用極大似然準則推導了一種新的應用于載波相位平滑偽距的自

3、適應Kalman濾波算法，這種濾波算法利用新息方差分別對系統(tǒng)過程噪聲方差和量測噪聲方差實時自適應估計和調(diào)整，研究在保證系統(tǒng)濾波穩(wěn)定性的前提下，得到適用于動態(tài)單點定位載波相位平滑偽距所需的最優(yōu)平滑時間。
　　 2.研究電離層延遲誤差和多徑誤差的空時效應對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態(tài)用戶的自

4、適應平滑時間，以抑制非共性誤差中的電離層延遲誤差和多徑誤差，實現(xiàn)提高差分修正量精度的目的。飛行測試實驗證明了所提出算法對非共性誤差的優(yōu)化作用。
　　 3.采用基于多普勒觀測量的“滑動窗”自適應鐘差預測模型和解分離算法相結合輔助傳統(tǒng)接收機自主完好性監(jiān)測算法，通過調(diào)節(jié)鐘差預測模型的平滑時間可有效提高定位精度及可用性水平。為進一步滿足航空用戶對垂直方向?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。車載實驗證明，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Ⅰ類所需導航性能需求。
　　 4.由于傳統(tǒng)基于識別門限的衛(wèi)星故障識別算法存在漏檢和誤警致使識別率較低，為此提出一種可用于識別雙星故障的接收機自主完好性監(jiān)測算法。該算法通過構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系來識別衛(wèi)星故障，使得算法不再受限于識別門限的影響

6、，從而有效地避免了由于識別門限引起的識別效率較低的問題。
　　 5.由于修正誤差的非理想性，即當修正誤差包含非零均值高斯誤差和非高斯誤差時，傳統(tǒng)sigma膨脹算法難以滿足陸基增強系統(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。仿真實驗證明即使在關鍵衛(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.針對傳統(tǒng)測距域基于極大使然準則的B值在多參考一致性檢測應用時完好性監(jiān)測性能較低的缺點，設計基于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別性能。構建基于多考接收機故障假設的系統(tǒng)完好性風險模型，在Kalman濾波中引入自適應衰減調(diào)節(jié)因子以維持濾波穩(wěn)定性和完好性風險之間的平衡。戶外實驗證明在輸入各類型故障時，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