專利名稱：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的衛(wèi)星完好性監(jiān)測技術(shù)，特別是 根據(jù)衛(wèi)星的幾何分布特性，快速有效的檢測和識別故障衛(wèi)星的衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)的故障衛(wèi)星4企測方法。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,簡稱GNSS) 廣泛應(yīng)用于軍事、交通、通信等各領(lǐng)域，其中，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完好 性、連續(xù)性和可用性是保證導(dǎo)航用戶可靠運行的基礎(chǔ)，特別是對于航行于沒 有地標(biāo)標(biāo)志區(qū)域(如天空、沙漠以及海洋等)的導(dǎo)航用戶來說，衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)的完好性是保證導(dǎo)航用戶可靠運行的必要條件。
對于民用航空用戶來說，導(dǎo)航定位過程中，在得到導(dǎo)航解的同時，必須 考慮偽距觀測量偏差對導(dǎo)航解的影響，以滿足航空用戶的需要。其中，引起 偽距觀測量偏差的主要因素有較大的衛(wèi)星鐘漂、導(dǎo)航電位數(shù)據(jù)的不正確上載 以及衛(wèi)星組成部分的故障，并將以上所有因素統(tǒng)稱為衛(wèi)星故障，且對于各種 衛(wèi)星星座來說，衛(wèi)星故障的發(fā)生是不可預(yù)料的，且每種星座均具有一定的衛(wèi) 星故障發(fā)生概率，如GPS星座的衛(wèi)星故障發(fā)生概率約為1(T7小時。對于不可 預(yù)料的衛(wèi)星故障，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過操作控制部分預(yù)測并將預(yù)測結(jié)果發(fā)播給 用戶作出告警反應(yīng)的時間通常為15分鐘到幾個小時，因此，對于民用航空用 戶，特別是民用飛機(jī)用戶來說，必須對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行完好性檢測，提供 超限報警能力，以滿足其需要。
目前，完好性檢測技術(shù)主要為內(nèi)部檢測方法，即采用衛(wèi)星的冗余信息和 用戶系統(tǒng)(如飛機(jī))內(nèi)部的傳感器信息來實現(xiàn)完好性^:測，并將該方法稱為接收機(jī)自主完好性檢觀'〗(Receiver Autonomous Integrity Monitoring, 簡 稱RAIM)技術(shù)。RAIM技術(shù)是內(nèi)嵌在導(dǎo)航接收機(jī)中的一種完好性檢測算法，根 據(jù)接收機(jī)收到的多顆衛(wèi)星信息實現(xiàn)故障檢測和識別，對衛(wèi)星故障反應(yīng)迅速， 且無須外界干預(yù)，但其算法的有效性受到可見衛(wèi)星數(shù)量以及用戶和衛(wèi)星星座 的相對幾何分布影響。
現(xiàn)有技術(shù)中對衛(wèi)星故障的完好性檢測技術(shù)主要是進(jìn)行單星故障檢測，即 通常假設(shè)只存在單顆故障衛(wèi)星，主要包括兩類算法 一是基于濾波的RAIM算 法，其對先驗誤差特性的依賴性較強(qiáng)，反應(yīng)速度慢，應(yīng)用較少；二是"快照 (Snapshot)" MIM算法，其僅依靠當(dāng)前觀測值，反應(yīng)速度較快，且容易實 現(xiàn)，應(yīng)用較為廣泛，其中，最小二乘殘差(Least Square Residual,簡稱LSR) 故障檢測和最大似然估計((Maximum Likelihood Estimation,簡稱MLE)故 障識別方法是"快照"算法的典型代表，利用LSR可以快速的檢測故障存在， 利用MLE可以快速地識別出故障衛(wèi)星。但是，對于一些導(dǎo)航用戶，如民航用 戶，為解決傳統(tǒng)導(dǎo)航方式對特定導(dǎo)航設(shè)備的依賴，推動使用導(dǎo)航新技術(shù)和 新應(yīng)用提高空中交通系統(tǒng)性能和安全性，國際民航組織(ICA0)定義了一 種至少包含一個或多個衛(wèi)星導(dǎo)航星座(如美國的GPS、中國的BD、俄羅斯 的GL0NASS和歐洲的Galileo)的系統(tǒng)，民航用戶利用多衛(wèi)星星座進(jìn)行導(dǎo)航， 導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量較多，多顆衛(wèi)星發(fā)生故障的概率必然增大，因此，在進(jìn)行衛(wèi)星 完好性檢測時不能假設(shè)僅存在單顆故障衛(wèi)星，必須進(jìn)行多星故障檢測，特別 是雙星故障進(jìn)行檢測。
目前對多星故障進(jìn)行檢測通常采用遍歷的思想，即通過對去掉多顆衛(wèi)星 的子集進(jìn)行判斷并檢測和識別故障衛(wèi)星，其檢測是對各顆衛(wèi)星依次判斷，采 用遍歷的檢測方法，并最終獲得故障衛(wèi)星，其具有較高的識別率，但故障衛(wèi) 星的檢測時間較長，無法滿足對衛(wèi)星故障完好性要求較高的用戶，特別是對 于民航飛機(jī)用戶而言，故障衛(wèi)星的檢測時間的快速性非常重要。
隨著導(dǎo)航定位技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于民航用戶，特別是民航飛機(jī)用戶而言，由于民航飛機(jī)用戶對衛(wèi)星的完好性要求較高，在對故障 衛(wèi)星進(jìn)行檢測時故障衛(wèi)星的檢測時間要短，故障衛(wèi)星的識別率要高，同時， 由于民航用戶利用多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中故 障衛(wèi)星發(fā)生概率增大，因此，目前的單星故障檢測無法滿足民航用戶對故障 衛(wèi)星識別率的要求，同時，現(xiàn)有技術(shù)中對多星故障進(jìn)行檢測方法中，故障衛(wèi)
星檢測的時間過長，無法滿足民航用戶對故障衛(wèi)星^r測時間的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，可以有效 解決現(xiàn)有技術(shù)在對衛(wèi)星進(jìn)行故障檢測時檢測時間較長的技術(shù)問題，可以對雙 星和單星故障進(jìn)行檢測并且具有較快的檢測速度，有效提高了故障衛(wèi)星的檢
測效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，
包括
根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星分組 和第二衛(wèi)星分組；
對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故障衛(wèi)星。
其中，所述根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第 一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組包括
按照衛(wèi)星頂視圖方位角，將所有可見衛(wèi)星組成圓形區(qū)域，并利用第一組 相交線將所述圓形區(qū)域劃分為第一區(qū)域、第二區(qū)域、第三區(qū)域和第四區(qū)域， 所述第一區(qū)域和第三區(qū)域為對角區(qū)域，所述第二區(qū)域和第四區(qū)域為對角區(qū)域， 且所述第一區(qū)域和第三區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量與第二區(qū)域和第四區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星數(shù) 量之差的絕對值最小；
將所述第一區(qū)域和第三區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第一衛(wèi)星分組，將所述第 二區(qū)域和第四區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第二衛(wèi)星分組。所述對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故障
衛(wèi)星包括
利用最小二乘殘差分別對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行一企測， 判斷所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星；
若所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組均存在故障衛(wèi)星，則假定所述第一 衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，通過最大似然估計分別識 別所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行檢 測，判斷所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括
若所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中只有一個衛(wèi)星分組中存在故障衛(wèi) 星，將所述故障衛(wèi)星所在分組作為第一故障集合；
利用與所述第 一組相交線不重和的第二組相交線將所述圓形區(qū)域重新劃 分為第五區(qū)域、第六區(qū)域、第七區(qū)域和第八區(qū)域，所述第五區(qū)域和第七區(qū)域 為對角區(qū)域，所述第六區(qū)域和第八區(qū)域為對角區(qū)域；
將所述第五區(qū)域和第七區(qū)域內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第三衛(wèi)星分組，將所述第 六區(qū)域和第八區(qū)域內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第四衛(wèi)星分組；
利用最小二乘殘差分別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測， 判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星；
若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組均存在故障衛(wèi)星，則假定所述第三 衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，通過最大似然估計分別識 別所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢 測，判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括
若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中只有其中一個衛(wèi)星分組存在故障 衛(wèi)星，將所述故障衛(wèi)星所在分組作為第二故障集合；
獲得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通過偽距比較識別所述交集中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢
測，判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括 若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中均沒有檢測到故障衛(wèi)星，則假定 所有可見衛(wèi)星中只有一個故障衛(wèi)星，通過最大似然估計對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行 識別，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，根據(jù)衛(wèi)星頂視 圖方位角對可見衛(wèi)星進(jìn)行分組，將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的衛(wèi) 星組成一組，并對分組后的衛(wèi)星分組分別進(jìn)行LSIU企測和MLE識別，可有 效檢測并識別可見衛(wèi)星中的故障衛(wèi)星。本發(fā)明技術(shù)方案可以有效地;險測和 識別雙星故障，檢測速度快，且具有較高的識別率和較低的誤檢率，提高 了故障衛(wèi)星的檢測效率；此外，本發(fā)明技術(shù)方案還可以實現(xiàn)雙星和單星故 障的同時檢測和識別，提高了故障衛(wèi)星檢測的速度和識別率，特別適用于 對故障衛(wèi)星檢測的完整性要求較高的導(dǎo)航用戶，適用于多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)中。


圖1為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例一的流程示意圖； 圖2為故障衛(wèi)星檢測的示意圖3為故障衛(wèi)星與正常衛(wèi)星的衛(wèi)星頂視圖方位角近似相反時故障衛(wèi)星檢 測的示意圖4為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例二的流程圖； 圖5為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法中對可見衛(wèi)星進(jìn)行第一 次分組的示意圖6為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例中對可見衛(wèi)星進(jìn) 行第二次分組的示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例 一 的流程示意圖。
本實施例包4舌
步驟1 、根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi) 星分組和第二衛(wèi)星分組；
步驟2、對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故 障衛(wèi)星。
本實施例技術(shù)方案中，當(dāng)確定可見衛(wèi)星中存在故障衛(wèi)星時，可根據(jù)衛(wèi)星 頂視圖方位角對所有可見衛(wèi)星分組，并對分組后的衛(wèi)星分組分別進(jìn)行檢測， 獲得故障衛(wèi)星。具體地，首先，依據(jù)衛(wèi)星的幾何分布，可將所有可見衛(wèi)星中 衛(wèi)星頂視圖方位角相近或者衛(wèi)星頂視圖方位角相反的衛(wèi)星分在一組，并使得 分組后的第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星數(shù)量基本一致；然后，可利 用LSR分別對第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行^r測，判斷各衛(wèi)星分組內(nèi)是 否存在故障衛(wèi)星，并可通過MLE對第一衛(wèi)星分組或第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行識 別，獲得故障衛(wèi)星。由于在一個區(qū)域內(nèi)，同一時刻衛(wèi)星發(fā)生故障的數(shù)量一般 在一顆或兩顆，因此，本實施例中，當(dāng)LSR檢測到第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星 分組均存在有故障衛(wèi)星時，可假定每個衛(wèi)星分組內(nèi)只有一顆故障衛(wèi)星，此時， 可通過MLE分別識別第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組內(nèi)的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星； 當(dāng)LSR檢測只有一個衛(wèi)星分組存在故障衛(wèi)星時，假設(shè)第一衛(wèi)星分組內(nèi)存在故 障衛(wèi)星，則可繼續(xù)對所有可見衛(wèi)星重新分成不同于第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星 分組的兩個衛(wèi)星分組，并對重新分組得到的兩個衛(wèi)星分組進(jìn)行LSR檢測，判 斷故障衛(wèi)星所在的分組，進(jìn)行MLE識別并獲得故障衛(wèi)星。由于LSR具有較高 故障檢測效率，因此，首先利用LSR對衛(wèi)星分組進(jìn)行故障檢測，判斷衛(wèi)星分 組中是否有故障衛(wèi)星，然后再利用MLE對確定有故障衛(wèi)星的衛(wèi)星分組進(jìn)行識別，有效減少了 MLE識別衛(wèi)星的數(shù)量，提高了MLE識別的效率，同時，由于 衛(wèi)星分組內(nèi)的衛(wèi)星為由衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的衛(wèi)星組成，因此， 可以有效提高故障衛(wèi)星的檢測速度和識別率，提高故障衛(wèi)星的檢測效率。
圖2為故障衛(wèi)星檢測的示意圖；圖3為故障衛(wèi)星與正常衛(wèi)星的衛(wèi)星頂視 圖方位角近似相反時故障衛(wèi)星檢測的示意圖。在進(jìn)行故障衛(wèi)星檢測時， 一般 至少需要三顆衛(wèi)星，假設(shè)用戶m的觀測區(qū)域內(nèi)存在三顆可見衛(wèi)星k、k2和 k3,如圖2所示，在用戶m對衛(wèi)星進(jìn)行故障檢測時，假設(shè)衛(wèi)星k,出現(xiàn)故障，且 產(chǎn)生的測距偏差為b,則用戶m的實際定位就會存在定位誤差 =附/W i l，其中 附
是用戶m根據(jù)三顆可見衛(wèi)星所確定的位置，則在進(jìn)行故障衛(wèi)星;f僉測時，各衛(wèi) 星的殘差平方和為5 = 。2+《+《，其中，r,為各衛(wèi)星的偽距殘差，/ = 1，2，3, 如果S大于給定的門限則可檢測出故障衛(wèi)星k"如圖3所示，當(dāng)衛(wèi)星k,與衛(wèi) 星k2的衛(wèi)星頂視圖方位角近似相反，即衛(wèi)星頂視圖方位角近似為180°時，衛(wèi) 星ld與衛(wèi)星k2處于近似相反的方向時，用戶m的定位誤差p b/2, r, b/2， r2 b/2， r3 0，此時，各衛(wèi)星的殘差平方和為S = ^2+r22+r32 62/2 。由此可 以看出，當(dāng)故障衛(wèi)星相近或近似相反的方向有衛(wèi)星時S越大，越容易檢測出 故障衛(wèi)星，因此，本實施例技術(shù)方案中，根據(jù)衛(wèi)星的幾何分布，將衛(wèi)星頂視 圖方位角相近或近似相反的衛(wèi)星分成一組，利用MLE對各衛(wèi)星分組進(jìn)行故障 衛(wèi)星;f全測時，可以更加快速準(zhǔn)確地4企測出故障衛(wèi)星。由此可以看出，衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)中各星座中的衛(wèi)星具有如下幾何分布特性在各衛(wèi)星組成的幾何分布 中，當(dāng)故障衛(wèi)星所在分組中具有與其衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的衛(wèi) 星時，可以比較容易的檢測出該故障衛(wèi)星。因此，在對導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星進(jìn) 行分組時，可根據(jù)上述的衛(wèi)星的幾何分布特性，將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或 近似相反的衛(wèi)星分成一組，由上述衛(wèi)星的幾何分布特性可知，當(dāng)獲得的衛(wèi)星 分組中有故障衛(wèi)星時，可以快速準(zhǔn)確地識別出故障衛(wèi)星，提高故障衛(wèi)星的識 別率。
可以看出，本實施例技術(shù)方案中，依據(jù)衛(wèi)星的幾何分布特性，根據(jù)可見衛(wèi)星的衛(wèi)星頂視圖方位角，將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分 組，且第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組內(nèi)的衛(wèi)星由衛(wèi)星頂-現(xiàn)圖方位角相近或近 似相反的衛(wèi)星組成，在進(jìn)行故障檢測時可以快速有效的識別出衛(wèi)星分組內(nèi)的 故障衛(wèi)星，提高衛(wèi)星分組的檢測速度。
本實施例技術(shù)方案中，根據(jù)衛(wèi)星頂視圖方位角以及衛(wèi)星的幾何分布特性
將可見衛(wèi)星分成兩組，并對分組后的衛(wèi)星分組分別進(jìn)^f于故障;險測，在對衛(wèi)星 分組進(jìn)行故障檢測時，由于可以先利用LSR對每個衛(wèi)星分組進(jìn)行分別檢測， 并判斷各衛(wèi)星分組內(nèi)是否存在故障衛(wèi)星，若均存在故障衛(wèi)星，則可假定每個 衛(wèi)星分組內(nèi)均存在一顆故障衛(wèi)星，并可利用MLE分別對兩個衛(wèi)星分組進(jìn)行識 別，獲得兩顆故障衛(wèi)星；同時，若只檢測到一個衛(wèi)星分組內(nèi)存在故障衛(wèi)星， 則可重新對可見衛(wèi)星進(jìn)行分組，并最終確認(rèn)故障衛(wèi)星所在集合，檢測得到故 障衛(wèi)星，相對于現(xiàn)有技術(shù)中利用遍歷思想對兩顆故障衛(wèi)星進(jìn)朽"險測的方法， 本實施例技術(shù)方案的衛(wèi)星故障檢測快速準(zhǔn)確，特別適用于雙星故障檢測中， 可有效提高雙星故障檢測的速度，同時具有較好的故障檢測效率，有效滿足 了民用4元空用戶的導(dǎo)航需要。
圖4為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例二的流程圖。本 實施例包括
步驟IO、利用LSR對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行;險測，判斷是否有故障衛(wèi)星，是 則執(zhí)行步驟20,否則，無故障衛(wèi)星，結(jié)束；
步驟20、才艮據(jù)衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星分組和第 二衛(wèi)星分組；
步驟30、利用LSR分別對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測； 步驟40、判斷所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星，
是則執(zhí)行步驟50,否則執(zhí)行步驟60;
步驟50、假定所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，
通過MLE分別識別所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束；
步驟60、將所有可見衛(wèi)星重新分成第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組，并對 所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行LSR檢測；
步驟70、判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星， 是則執(zhí)行步驟80,否則執(zhí)行步驟90;
步驟80、假定所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星， 并通過MLE分別識別所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障 衛(wèi)星，結(jié)束；
步驟90、判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中是否只有一個衛(wèi)星分 組中存在故障衛(wèi)星，是則執(zhí)行步驟IOI，否則執(zhí)行步驟102;
步驟101、獲得所述故障衛(wèi)星所在的衛(wèi)星分組與所述第一衛(wèi)星分組和第二 衛(wèi)星分組中的故障衛(wèi)星所在的衛(wèi)星分組的交集，并通過偽距比較識別所述交 集中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束；
步驟102、假定所有可見衛(wèi)星中只有一顆故障衛(wèi)星，并利用MLE對所有可 見衛(wèi)星進(jìn)行識別，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
本實施例技術(shù)方案中，首先利用LSR對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行檢測，當(dāng)判斷 存在故障衛(wèi)星后再對可見衛(wèi)星進(jìn)行分組檢測，否則說明沒有故障衛(wèi)星，可結(jié) 束下面步驟的檢測過程，減少不必要的檢測。圖5為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的 故障衛(wèi)星檢測方法中對可見衛(wèi)星進(jìn)行第一次分組的示意圖。具體地,上述步 驟20中可具體包括以下步驟
步驟201、按照衛(wèi)星頂視圖方位角，將所有可見衛(wèi)星組成圓形區(qū)域，并利 用第一組相交線將所述圓形區(qū)域劃分為第一區(qū)域1、第二區(qū)域2、第三區(qū)域3 和第四區(qū)域4，所述第一區(qū)域1和第三區(qū)域3為對角區(qū)域，所述第二區(qū)域2和 第四區(qū)域4為對角區(qū)域，且所述第一區(qū)域1和第三區(qū)域3內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量與第 二區(qū)域2和第四區(qū)域4內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量之差的絕對值最??；
步驟202、將所述第一區(qū)域1和第三區(qū)域3內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第一衛(wèi)星分組A，將所述第二區(qū)域2和第四區(qū)域4內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第二衛(wèi)星分組B。
可以看出，通過以上分組，可使得處于第一衛(wèi)星分組A或第二衛(wèi)星分組B 內(nèi)的衛(wèi)星為由衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的衛(wèi)星組成，且第一衛(wèi)星分 組A和第二衛(wèi)星B分組內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量近似相等。由圖2和3中的故障;險測示 意圖可以看出，衛(wèi)星的幾何分布中，當(dāng)衛(wèi)星頂一見圖方位角相近或近似相反的 衛(wèi)星分組中存在故障衛(wèi)星時，可以更加準(zhǔn)確可靠的識別出故障衛(wèi)星，因此， 上述分組利用衛(wèi)星的幾何分布特性，將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的 衛(wèi)星分在一組，分組簡單快速，有利于快速有效地^r測到故障衛(wèi)星，使得故 障檢測時具有較高的識別率和檢測效率。
圖6為本發(fā)明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法實施例中對可見衛(wèi)星進(jìn) 行第二次分組的示意圖。具體地，上述步驟60具體可包括若所述第一衛(wèi)星 分組A和第二衛(wèi)星分組B中只有一個衛(wèi)星分組中存在故障衛(wèi)星，將所述故障 衛(wèi)星所在分組作為第 一故障集合；利用與所述第 一組相交線不重和的第二組 相交線將所述圓形區(qū)域重新劃分為第五區(qū)域5、第六區(qū)域6、第七區(qū)域7和第 八區(qū)域8，所述第五區(qū)域5和第七區(qū)域7為對角區(qū)域，所述第六區(qū)域6和第八 區(qū)域8為對角區(qū)域；將所述第五區(qū)域5和第七區(qū)域7內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第三 衛(wèi)星分組C,將所述第六區(qū)域6和第八區(qū)域8內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第四衛(wèi)星分組 D;利用LSR分別對所述第三衛(wèi)星分組C和第四衛(wèi)星分組D進(jìn)行檢測。其中， 所述第二組相交線為所述第一組相交線的角平分線，這樣可使得第三衛(wèi)星分 組C和第四衛(wèi)星分組D內(nèi)的衛(wèi)星盡可能與第一衛(wèi)星分組A和第二分組B內(nèi)的 衛(wèi)星均具有最小的衛(wèi)星重疊率，在對衛(wèi)星分組進(jìn)行LSR檢測時，可以更快且 準(zhǔn)確的檢測出故障衛(wèi)星，避免了重復(fù)無效的檢測，有效提高了第三衛(wèi)星分組C 和第四衛(wèi)星分組D的故障衛(wèi)星的檢測效率和檢測的效果，保證了檢測的有效 性。此外，本實施例技術(shù)方案中，第二組相交線也可以是與第一組相交線具 有一定角度的相交線，并4吏得第二組相交線將所有可見衛(wèi)星分成的兩組具有 基本相同衛(wèi)星數(shù)量的分組，且可保證第三衛(wèi)星分組C和第四衛(wèi)星分組D與第一衛(wèi)星分組A和第二衛(wèi)星分組B具有較小的衛(wèi)星重疊率，提高衛(wèi)星故障檢測 的效率。
上述步驟101中，若所述第三衛(wèi)星分組C和第四衛(wèi)星分組D中只有其中 一個衛(wèi)星分組存在故障衛(wèi)星，可將所述故障衛(wèi)星所在分組作為第二故障集合； 并獲得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通過偽距比較識別所述 交集中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星。具體地，由于第一故障集合為對第一衛(wèi)星分 組A和第二衛(wèi)星分組B進(jìn)行LSR檢測后確定的故障衛(wèi)星所在的集合，而第二 故障集合為對第三衛(wèi)星分組C和第四衛(wèi)星分組D進(jìn)行LSR ;f企測后確定的故障 衛(wèi)星所在的集合，因此可以確定，故障衛(wèi)星必然存在于第一故障集合和第二 故障集合的交集中，此時可以利用偽距比較來對交集中的衛(wèi)星進(jìn)行識別，并 獲得故障衛(wèi)星。具體地，在對衛(wèi)星進(jìn)行偽距比較時，衛(wèi)星定位的線性化測量 方程可表示為
少二 d + s
其中，x表示四維位置誤差矢量；y表示偽距測量值與由衛(wèi)星位置和用 戶位置計算得到的期望值之差；G表示觀測矩陣；s表示n維誤差矢量。 其中，x的最小二乘估計表示為
殘差矢量表示為
r =少—G. ^各分量表示為
71
_y = g ."f
r a
r = y _ g &
將以上各公式整理后可得估計偽距和實際測量得到的偽距殘差矢量
為
同時，可通過已經(jīng)檢測為正常的衛(wèi)星獲得的殘差矢量的正常值，并可將殘差矢量的正常值作為預(yù)設(shè)門限，對交集中各衛(wèi)星進(jìn)行偽距比較識別時， 可將各衛(wèi)星對應(yīng)的殘差矢量比較，若F大于預(yù)設(shè)門限，則相應(yīng)的衛(wèi)星即為 故障衛(wèi)星，通過偽距比較可以檢測出該交集中單顆或兩顆故障衛(wèi)星或多顆 故障衛(wèi)星，同時，由于偽距比較是通過與根據(jù)正常衛(wèi)星獲得的殘差矢量的 正常值比較而獲得故障衛(wèi)星，因此故障衛(wèi)星的識別率高，檢測結(jié)果準(zhǔn)確可 靠，可以看出，通過偽距比較來識別交集中的衛(wèi)星，可以快速有效的獲得 故障衛(wèi)星。
本實施例技術(shù)方案中在利用LSR對各衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測時，可按衛(wèi)星 數(shù)目分配誤檢率，具體地，假設(shè)用戶要求的誤檢率為PFD,第一衛(wèi)星分組的 衛(wèi)星數(shù)目為n!,第二衛(wèi)星分組的衛(wèi)星數(shù)目為n2，總可見衛(wèi)星的數(shù)目為n, 則第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組的誤^r率分別為PF。xrh/n和PF。xn2/n，并 在進(jìn)行LSR檢測時按照此誤檢率來設(shè)定門限，以利于在LSR檢測時具有較 好的檢測效果。同樣地，在對第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行LSIU企測 時，也采用按衛(wèi)星數(shù)目來分配誤檢率。
實際應(yīng)用中，在進(jìn)行故障衛(wèi)星檢測時，當(dāng)利用LSR檢測可見衛(wèi)星中存 在故障衛(wèi)星時，可4艮定存在一顆或兩顆故障衛(wèi)星，此時，可利用衛(wèi)星頂i見 圖方位角對可見衛(wèi)星進(jìn)行第一次分組，將所有可見衛(wèi)星分成衛(wèi)星個數(shù)近似 相等的兩組，依據(jù)衛(wèi)星的幾何分布特性，并將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近 似相反的衛(wèi)星分在一組內(nèi)；第一次分組后，可利用LSR分別對兩個衛(wèi)星組 進(jìn)行檢測，判斷兩個衛(wèi)星分組內(nèi)是否存在故障衛(wèi)星，若兩個衛(wèi)星分組內(nèi)均 存在故障衛(wèi)星時，則可假定每個衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，并利用 MLE分別識別兩個衛(wèi)星分組內(nèi)的衛(wèi)星，獲得兩顆故障衛(wèi)星，實現(xiàn)雙星故障 檢測，并可通知用戶排除衛(wèi)星故障；若第一次分組的兩個衛(wèi)星分組中只有 一個衛(wèi)星分組內(nèi)存在故障衛(wèi)星時，則可在第一次分組的基礎(chǔ)上，按照同樣 地方法對可見衛(wèi)星進(jìn)行第二次分組，且盡可能保證兩次分組得到的衛(wèi)星分 組具有較少的衛(wèi)星重疊，以提高衛(wèi)星檢測的效果；第二次分組后，可對第二次分組的兩個衛(wèi)星分組分別進(jìn)行LSR 4全測，判斷第二次分組后的兩個衛(wèi) 星分組內(nèi)是否存在故障衛(wèi)星，若第二次分組的兩個衛(wèi)星分組均存在故障衛(wèi) 星，則，i定每個衛(wèi)星分組中均在一顆可見衛(wèi)星，利用MLE對對該兩個衛(wèi)星 分組進(jìn)行識別，獲得兩顆故障衛(wèi)星；若第二次分組的兩個衛(wèi)星分組中只有 一個衛(wèi)星分組存在故障衛(wèi)星時，則可將獲得兩次衛(wèi)星分組后檢測到有故障 衛(wèi)星的衛(wèi)星分組的交集，并利用偽距比較來獲得故障衛(wèi)星；同時，若第二 次分組的兩個衛(wèi)星分組中均不存在故障衛(wèi)星時，則可假定可見衛(wèi)星中只存 在一顆故障衛(wèi)星，此時可對第一次分組中存在故障衛(wèi)星的衛(wèi)星分組進(jìn)行 MLE檢測，獲得單顆故障衛(wèi)星，并可通知用戶排除衛(wèi)星故障。
由以上技術(shù)方案可以看出，本實施例通過根據(jù)衛(wèi)星頂視圖方位角以及 衛(wèi)星的幾何分布特性對可見衛(wèi)星進(jìn)行分組，將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近 似相反的衛(wèi)星組成一組，并對分組后的衛(wèi)星分組分別進(jìn)行LSR纟全測和MLE 識別，可有效判斷并獲得可見衛(wèi)星中的故障衛(wèi)星。本實施例技術(shù)方案可以 有效地檢測和識別雙星故障，檢測速度快，且具有較高的識別率和較低的 誤檢率；此外，本實施例技術(shù)方案還可以實現(xiàn)雙星和單星故障的同時檢測 和識別，提高了故障衛(wèi)星檢測的速度和識別率，特別適用于對故障衛(wèi)星檢 測的完整性要求較高的導(dǎo)航用戶，適用于多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn) 行限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換， 而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的 精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在于，包括根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組；對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故障衛(wèi)星。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星 分組和第二衛(wèi)星分組包括按照衛(wèi)星頂視圖方位角，將所有可見衛(wèi)星組成圓形區(qū)域，并利用第一組 相交線將所述圓形區(qū)域劃分為第一區(qū)域、第二區(qū)域、第三區(qū)域和第四區(qū)域， 所述第一區(qū)域和第三區(qū)域為對角區(qū)域，所述第二區(qū)域和第四區(qū)域為對角區(qū)域， 且所述第一區(qū)域和第三區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量與第二區(qū)域和第四區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星數(shù) 量之差的絕對值最??；將所述第一區(qū)域和第三區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第一衛(wèi)星分組，將所述第 二區(qū)域和第四區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星組成所述第二衛(wèi)星分組。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故障 衛(wèi)星包括利用最小二乘殘差分別對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測， 判斷所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星；若所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組均存在故障衛(wèi)星，則假定所述第一 衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，通過最大似然估計分別識 別所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述利用最小二乘殘差分別對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組進(jìn)行檢 溯'J，判斷所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括若所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組中只有一個衛(wèi)星分組中存在故障衛(wèi)星，將所述故障衛(wèi)星所在分組作為第一故障集合；利用與所述第一組相交線不重和的第二組相交線將所述圓形區(qū)域劃分為 第五區(qū)域、第六區(qū)域、第七區(qū)域和第八區(qū)域，所述第五區(qū)域和第七區(qū)域為對 角區(qū)域，所述第六區(qū)域和第八區(qū)域為對角區(qū)域；將所述第五區(qū)域和第七區(qū)域內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第三衛(wèi)星分組，將所述第 六區(qū)域和第八區(qū)域內(nèi)的可見衛(wèi)星組成第四衛(wèi)星分組；利用最小二乘殘差分別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測， 判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星；若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組均存在故障衛(wèi)星，則假定所述第三 衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中均存在一顆故障衛(wèi)星，通過最大似然估計分別識 別所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述第二組相交線為所述第一組相交線的角平分線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢 測，判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中只有其中一個衛(wèi)星分組存在故障 衛(wèi)星，將所述故障衛(wèi)星所在分組作為第二故障集合；獲得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，并通過偽距比較識別所 述交集中的衛(wèi)星，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，其特征在 于，所述利用最小二乘殘差別對所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組進(jìn)行檢測， 判斷所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組是否均存在故障衛(wèi)星之后還包括若所述第三衛(wèi)星分組和第四衛(wèi)星分組中均沒有4企測到故障衛(wèi)星，則^f艮定 所有可見衛(wèi)星中只有一個故障衛(wèi)星，通過最大似然估計對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行識別，獲得故障衛(wèi)星，結(jié)束。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星;f企測方法，其特征在于，所述根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星 分組和第二衛(wèi)星分組之前還包括對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行最小二乘殘差故障檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的故障衛(wèi)星檢測方法，包括根據(jù)導(dǎo)航星座中的衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分成第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組；對所述第一衛(wèi)星分組和第二衛(wèi)星分組分別進(jìn)行故障檢測，獲得故障衛(wèi)星。本發(fā)明技術(shù)方案根據(jù)導(dǎo)航星座中衛(wèi)星頂視圖方位角將所有可見衛(wèi)星分組，且依據(jù)衛(wèi)星的幾何分布特性將衛(wèi)星頂視圖方位角相近或近似相反的衛(wèi)星分成一組，對分組后的衛(wèi)星分組分別進(jìn)行LSR檢測和MLE識別，有效提高了故障衛(wèi)星的檢測速度和識別率，適用于雙星和單星故障檢測，可應(yīng)用于多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中。
文檔編號G01S1/00GK101520503SQ20091008035
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者倩 孫, 軍 張, 張淼艷, 朱衍波, 王志鵬, 瑞 薛 申請人:北京航空航天大學(xué)