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内容简介：

基于MATLAB的卫星导航系统突变故障处理方法研究摘要随着民航对安全性能要求的日益提高，民航机上的导航系统也呈现多信息化、智能化、集成化的发展趋势。精确性与安全可靠性成为民航导航系统的重要特点。而精确定位定姿、故障检测隔离，已成为民航领域的重要学科技术，越来越受到人们的重视，近几年来得到了迅猛的发展。为了保证飞行安全，GPS用于民用航空导航时，在得到导航解的同时，必须顾及伪距观测量偏差对导航解的影响。引起 GPS 伪距观测量偏差的主要因素有较大的卫星钟漂、导航电文数据的不正确上载以及卫星组成部分的故障，这里统称为卫星故障。论文将对于发生故障的概率进行有效评估。为了寻求更好的研究方法和解决方案，力求更好地处理此类故障，探索软件仿真（MTALAB）与故障检测相结合的方法。给出并有效评估几种突发故障处理方法。关键词：GPS 故障检测 软件仿真 处理方法 1 绪论1.1 选题背景随着经济和科技的发展，全球卫星定位导航系统（GPS）的应用越来越广泛。民航也是GPS重要的应用领域之一，而随着民航对安全性能要求的日益提高，民航机上的导航系统也呈现多信息化、智能化、集成化的发展趋势。精确性与安全可靠性成为民航导航系统的重要特点。而精确定位定姿、故障检测隔离，已成为民航领域的重要学科技术，近几年来得到了迅猛的发展。GPS突发故障的处理方法的研究也逐渐受到人们重视。1.2 研究意义基于MATLAB的卫星导航突变故障处理方法研究是一个很符合当今全球定位系统的项目。如果能够成功寻找到一种高效的故障处理方法，不仅能够减少故障的发生，还能够在故障发生时做出及时的反应和处理，更加高效安全的卫星导航将展现在人们眼前。1.3 研究目的 要解决不同卫星定位系统轨迹及时间特性的融合，应用卫星定位系统与导航系统，达到提高导航精度的同时，还做到对突发故障的有效处理，并且大大改善卫星导航系统导航精度和导航性能；力求实现卫星导航数据转换、处理，故障检测及故障隔离，进行故障的报警和排除。1.4 研究内容理论简介，介绍所要的基础理论知识；技术简介，介绍仿真软件MATLAB；突发故障的研究方法与仿真软件的结合应用。2 完备性监测以及RAIM算法简介2.1完备性监测Integrity是随着GPS的广域增强系统WASS的概念，作为导航系统的性能指标之一而被大家熟知的。在英文字典，对integrity的定义为正直、诚实、完整、可信等，如同形容一个人的品质，所以，对于任何系统完备性都是至关重要的，它作为系统的一个重要参数来评价系统的安全性。而在目前的国内研宄中，对integrity般定义为完备性、完好性、完善性、完整性等。完备性通常被定义为当系统不适宜用于导航时，系统向用户发出及时警告的能力。完备性的概念主要包括以下四个指标：（1）报警限值：在对应的飞行阶段，用户的定位误差超过保证系统规定的安全操作的限值时，系统须向用户发出警告，包括水平报警限值和垂直报警限值；（2）报警时间：指当系统发现故障的时刻到系统向用户发出警报的时刻的时间差，即TTA；（3）告警能力：在导航系统的覆盖区域内，系统向用户发出及时警报的面积与覆盖区域的百分比；（4）失误概率：即处于告警能力以内的用户的定位误差超过报警限值，又超过规定的报警时间时，系统没有向用户发出及时报警的概率，又称为完备性风险。2.2 经典RAIM算法RAIM是Receiver Autonomous Integrity Monitoring的缩写，即接收机自体完好性监控。根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性，其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星，并保障导航定位精度。一般地说，要求可见卫星数5颗以上才可进行GPS完备性检测；6颗以上才可能辨识出故障卫星。RAIM算法有不同方法实现，其中之一是进行各种可见卫星定位子集的一致性检查。如果一致性失败，可以给飞行提供预警。RAIM算法对于安全性有严格要求的应用非常重要，如民航、航空之类。2.3故障卫星的探测方法研究目前利用GPS信号进行检测的传统RAIM算法主要有残差最小二乘法和奇偶空间法。从故障卫星的探测上来讲两种算法在数学上是等价的。2.3.1残差最小二乘法最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。残差指观测值与预测值（拟合值）之间的差,即是实际观察值与回归估计值的差。2.3.2奇偶空间矢量法2.4故障卫星的分离方法研究3仿真软件介绍3.1MTALAb简介MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。3.2MATLAb仿真原理3.3技术上的可行性MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、