GNSS接收机自主完好性监测算法研究

摘要

随着全球卫星导航系统（GNSS）的迅速发展，GNSS定位结果的精度越来越高，已经能满足绝大多数用户的需求，相比之下，人们更关注定位结果的安全性和可靠性。GNSS完好性作为导航性能指标之一，是指当GNSS系统出现故障时系统能够及时向用户发出告警的能力，完好性保证越来越重要。接收机自主完好性监测（RAIM）是在用户端自主进行的校验，仅依赖于当前接收的数据，具有快速响应、成本低、灵活的优点，是目前完好性研究主要方向。RAIM是嵌入接收机内部的，因此采用不同的定位算法的接收机对应了不同的RAIM。传统的接收机大部分是将GNSS系统非线性观测方程进行线性化，将此线性方程的最小二乘解作为定位结果。在线性化过程中本身就存在误差，因此对于GNSS观测方程而言，同时存在观测矩阵误差和观测误差，总体最小二乘模型比最小二乘模型更适合这种情况。
　　本文分析对比了总体最小二乘解和最小二乘解，得出了总体最小二乘解抗干扰性更强的结论，并提出了基于总体最小二乘法的RAIM，目前GNSS系统的迅速发展，同时有多颗卫星出现故障的情况不可忽略，而传统的单卫星故障排除算法并不适用于多卫星故障排除，针对此问题本文提出了一种多卫星故障排除算法，经仿真验证该算法能正确找出故障卫星，并且该算法同样适用于单卫星故障情况。相比最小二乘解仅仅利用了当前时刻的观测值，通过扩展卡尔曼滤波（EKF）得到的定位解则利用了所有时刻的观测值，其定位结果更加平滑、准确。因此，本文介绍了一种基于EKF新息的RAIM，并对该算法进行了仿真验证。新息RAIM同样只利用了当前时刻的新息数据，因此对于阶跃故障具有快速响应的能力，但是对于缓变故障，效果并不理想，因此本文提出了一种基于EKF新息累积的RAIM，新息累积RAIM是一种将当前时刻前推一段时间并将这些时刻的新息累积到当前时刻来进行故障检测和进行故障排除的算法。本文对基于EKF新息累积的RAIM进行了仿真验证，并对比了新息累积RAIM和新息RAIM分别在阶跃故障和缓变故障情况下故障检测性能。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 RAIM发展状况

1.3 论文研究内容及结构安排

第2章 GNSS伪距定位

2.1 GNSS时间系统

2.2 GNSS坐标系统

2.3 伪距定位基本原理

2.4 影响定位的误差分析

2.5 本章小结

第3章 接收机自主完好性监测

3.1 GNSS完好性监测相关概念

3.2 最小二乘残差法

3.3 RAIM可用性

3.4 本章小结

第4章 基于总体最小二乘法的RAIM

4.1 总体最小二乘残差法

4.2 总体最小二乘残差法仿真分析

4.3 本章小结

第5章 基于扩展卡尔曼滤波的RAIM

5.1 卡尔曼滤波简介

5.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）

5.3 基于EKF新息的RAIM

5.4 新息RAIM算法的仿真分析

5.5 基于EKF新息累积的RAIM算法及其仿真

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢