无阈值接收机自主完好性监测方法与流程

1.本发明涉及卫星导航与定位领域，尤其涉及一种无阈值接收机自主完好性监测方法。


背景技术：

2.当前，卫星定位已全面进入多全球卫星导航系统(global navigation satellite system,gnss)时代。世界四大核心gnss星座(中国北斗、美国gps、俄罗斯glonass以及欧洲galileo)共计提供了超过一百颗导航卫星。位于全球各地的用户可以随时接收到来自十多颗甚至三十多颗gnss卫星的信号。因此，卫星导航定位的现状已经发生了很大的变化。在许多城市定位场景中，用户所面临的主要问题已不再是无法获得足够数量的可视卫星，而是要正确检测并排除那些受非视距(non line of sight,nlos)与多径(multi-path)干扰等误差影响严重的卫星，以确保获得一个稳定和可靠的定位结果。
3.因此，接收机自主完好性监测算法(receiver autonomous integrity monitoring,raim)已成为现代接收机终端已成为现代接收机终端的标配功能之一，其中包括许多消费级终端。raim算法的概念最早产生和发展于民用航空领域，目的是为了自主监测导航卫星信号的健康状况，并在出现异常或故障时及时向用户发出告警。其基本原理是对测量值的一致性进行检查，即与“纯净”、视距(line ofsight,los)的卫星测量值相比，受nlos和多径污染严重的测量值所产生的位置解一致性较差。换言之，使用正确测量值所获得的位置解，比使用那些受nlos和多径误差影响的测量值所获得位置解的一致性更高。因此，可据此对测量值进行评估与筛选。通过排除故障测量值，从而获得更准确和可靠的位置解算结果。
4.随着研究人员的不断努力，一些变种和改良的raim算法也被陆续提出，以更好地剔除异常或粗差测量值、保证定位结果的可靠性。然而，决定其性能的关键因素之一，都是如何确定检测量及其阈值。通常，raim算法使用卫星定位后伪距残余作为检测量，并认为当检测量超过某个给定门限阈值δ时，相应的卫星测量值具有严重误差，应予以淘汰；否则，认为测量值是可靠的，应予以保留。因此，raim及其变种算法最关键一点的就是确定检测门限阈值δ(它实际上取决于伪距测量值误差σ)，它直接决定了检测结果的准确性。但是，由于难以估算和确定伪距测量值误差σ的准确值，因此一般只能由用户根据自身经验事先给出。此外，σ还随着定位环境(例如开阔或者遮挡)和卫星星座的变化而变化。因此，在实际定位工作中，用户定义的测量值误差σ及其检测门限阈值δ一般很难良好地匹配实际情况。另一个尴尬的问题是，尽管raim可以识别并消除那些具有严重误差的测量值，但却不一定能够获得最佳的位置解。这是因为gnss定位精度不但取决于伪距测量误差，还与卫星星座几何精度因子(dilution ofprecision,dop)的大小密切相关。因此，raim算法可能由于删除了某些特定空间方向上的卫星，而导致星座dop值的恶化，从而最终不一定能获得最优定位结果。这些情况，严重制约了raim算法的实际性能和对不同定位场景的适应性。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提出了一种无阈值接收机自主完好性监测方法，用于消除raim算法需要对检测门限阈值进行人为设置的依赖，能够适用于不同定位场景、提高用户接收机定位性能。
6.为实现上述发明目的，本发明提供一种无阈值接收机自主完好性监测方法，包括：
7.步骤一，利用gnss卫星及其伪距测量值求解得到接收机初始位置解向量δx0；
8.步骤二，根据所述接收机初值位置解向量δx0，计算得到各所述gnss卫星的定位后伪距残余值其中n为所述gnss卫星的数量；
9.步骤三，找到各所述定位后伪距残余值中的最大值并为参数σ
max
赋值，其中所述参数σ
max
满足：
10.步骤四，将所述参数σ
max
分为k等份，其中k≥2，并由此得到k个子区间，范围分别为：
11.步骤五，为各所述gnss卫星分别设置一个初值为零的计数器qi(i＝1,2,
…
,n)；
12.步骤六，对于每一所述子区间，逐一检查各所述gnss卫星的所述定位后伪距残余值是否在所述子区间的所述范围内，如果是，则将与所述gnss卫星相对应的所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数加1，否则计数不变；
13.步骤七，利用所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数值，构造对角形式权值矩阵w：w＝diag(q1,q2,
…
,qn)，采用加权最小二乘算法重新求解得到新的接收机位置解向量δx。
14.利用本发明所提供的无阈值接收机自主完好性监测方法，通过对gnss卫星的定位后伪距残余进行0/1离散化采样处理，统计得到各gnss卫星测量值的置信度，并由此构建权值矩阵、自适应地抑制那些置信度较低(即测量误差较大)的测量值。从而，既起到了优于传统raim算法的性能和效果，也同时消除了传统raim算法中需要人为根据经验设置检测门限阈值的缺陷。
附图说明
15.图1为根据本发明的无阈值接收机自主完好性监测方法。
具体实施方式
16.为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
17.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地
改变。
18.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
19.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
20.针对传统raim算法中存在的上述问题，本发明的发明人提供了一种无阈值接收机自主完好性监测方法，包括以下步骤：
21.步骤一，利用gnss卫星及其伪距测量值求解得到接收机初始位置解向量δx0；
22.步骤二，根据所述接收机初值位置解向量δx0，计算得到各所述gnss卫星的定位后伪距残余值其中n为所述gnss卫星的数量；
23.步骤三，找到各所述定位后伪距残余值中的最大值并为参数σ
max
赋值，其中所述参数σ
max
满足：
24.步骤四，将所述参数σ
max
分为k等份，其中k≥2，并由此得到k个子区间，范围分别为：
25.步骤五，为各所述gnss卫星分别设置一个初值为零的计数器qi(i＝1,2,
…
,n)；
26.步骤六，对于每一所述子区间，逐一检查各所述gnss卫星的所述定位后伪距残余值是否在所述子区间的所述范围内，如果是，则将与所述gnss卫星相对应的所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数加1，否则计数不变；
27.步骤七，利用所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数值，构造对角形式权值矩阵w：w＝diag(q1,q2,
…
,qn)，采用加权最小二乘算法重新求解得到新的接收机位置解向量δx。
28.具体来说，在所述步骤一中，主要是利用各可用的gnss卫星及其伪距测量值，采用最小二乘算法，求解得到接收机初值位置解向量δx0。
29.根据卫星导航定位基本原理，gnss观测方程组具有如式(1)所示的矩阵形式：
30.gδx0＝b
ꢀꢀ
(1)
31.式中：g为卫星方向余弦矩阵；δx0为用户接收机三维坐标位置及钟差组成的初始位置解向量；b为gnss卫星定位前的伪距观测值残余向量。
32.使用最小二乘算法对式(1)进行求解，有：
33.δx0＝(g
t
g)-1gtbꢀꢀ
(2)
34.在所述步骤二中，根据所述接收机初值位置解向量δx0，计算得到各所述gnss卫星的定位后伪距残余值其中n为所述gnss卫星的数量。优选地，并不一定非要先求解出定位方程式(2)后才能计算定位后伪距残余假定用户接收
机三维坐标位置与钟差的变化量很小，那么定位前后的卫星方向余弦矩阵g可以认为是相等的，因此可利用式(3)快速将定位前伪距残余向量b转换为定位后伪距残余向量
[0035][0036]
在所述步骤三中，找到各定位后伪距残余值(即向量)中的最大值并为参数σ
max
赋值，其中所述参数σ
max
满足：优选地，在实际使用中，参数σ
max
的值一般取即可。
[0037]
在所述步骤四中，将所述参数σ
max
分为k等份，其中k≥2，并由此得到k个子区间，范围分别为：优选地，在实际使用中，参数k可取5≤k≤10。
[0038]
在所述步骤五中，为各所述gnss卫星分别设置一个初值为零的计数器qi(i＝1,2,
…
,n)。
[0039]
在所述步骤六中，对于步骤四中的每一所述子区间，逐一检查各所述gnss卫星的所述定位后伪距残余值是否在所述子区间的所述范围内，如果是，则将与所述gnss卫星相对应的所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数加1，否则计数不变。
[0040]
在所述步骤七中，利用所述计数器qi(i＝1,2,
…
,n)的计数值，构造对角形式权值矩阵w：w＝diag(q1,q2,
…
,qn)，采用加权最小二乘算法重新求解得到新的接收机位置解向量δx。
[0041]
采用加权最小二乘算法求解时的定位方程式为：
[0042]
δx＝(g
t
cg)-1gt
cb
ꢀꢀ
(4)
[0043]
式中，c＝w
t
w。
[0044]
利用本发明所提供的无阈值接收机自主完好性监测方法，能够自适应地抑制那些置信度较低(即认为其测量误差较大)的测量值。从而，既能够获得由于传统raim算法的性能和效果，也同时消除了传统raim算法中需要人为根据经验设置检测门限阈值的缺陷，能够适应不同的定位场景、提高用户接收机定位性能。
[0045]
以上对本发明多个实施例进行了详细说明，但本发明不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本发明构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本发明所要求保护的范围之内。