组合导航空基增强系统技术研究

【类型】学位论文

【作者】张新源 

【关键词】 卫星导航 空基增强系统 完好性 多故障识别 交互式多模型算法 相对接收机自主完好性监测

【摘要】空基增强技术是一种主要使用用户端获得的导航信息进行故障检测与识别的完好性增强技术。在所有完好性增强手段中，空基增强技术对地面辅助设施的要求最低，应用也最为广泛，是民用航空卫星导航接收机强制要求的功能之一。随着卫星导航系统的发展，传统空基增强技术所依赖的部分假设前提不再成立，将可能导致一系列新的问题，如多卫导系统同时参与导航所引发的多故障识别问题、惯性导航设备与卫星导航组合时缓变故障难以检测的问题，以及空基增强系统在精密进近过程中所能发挥的作用等问题。针对以上问题，本文以空基增强系统为核心研究对象，针对不同导航模式情况下的空基增强技术开展研究，并给出了适用于不同飞行阶段，不同应用条件下的的空基增强解决方案。本文主要的研究成果主要包括：1、 依据现有GPS故障风险的官方材料，结合其他卫星导航系统相关性能指标，证明了在多卫星导航系统兼容条件下，必须考虑同时发生的多故障识别问题。针对这一问题，本论文提出了基于多叉树分解的多故障识别策略，通过采用观测空间分解的方法，逐渐压缩并分解伪距故障空间集合，以达到将多故障识别问题分解为多次故障检测与单故障识别问题的目的。2、 针对惯性导航与卫星导航组合条件下的非线性与缓变故障问题，提出了惯性导航器件加速度观测信息与卫导系统伪距观测信息数据融合算法，并以此为基础提出了基于交互式多模型算法的IMU/GNSS组合完好性监测算法。克服了因数据融合与完好性监测分别处理而导致的漏检故障对滤波器状态的影响问题，从而解决了传统惯性导航-卫星导航组合完好性监测难以解决的缓变故障问题。3、 针对现有惯导/卫导组合条件下的空基增强系统缺乏针对性的保护门限计算方法，缺少该条件下定位误差可靠估计的问题，提出了一种针对基于交互式多模型算法的IMU/GNSS组合完好性监测算法的保护门限计算方法。并通过实验证明了该保护门限计算方法可以保证对数据融合时刻与纯惯性导航数据外推时刻两种状态下的定位误差进行有效包络。4、 提出了相对接收机自主完好性监测（RRAIM）滤波算法与相应的初始化策略，讨论了惯性导航信息在该算法中的作用。通过引入滤波算法与惯性导航系统观测量，实现完好性性能提升。实验分析证明了在载波相位外推周期不超过60秒时，本论文提出的算法能够支撑LPV-200水平的导航需求。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄智刚

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