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文档简介

1、,导 航 学,主讲:朱 智 勤,(测绘工程专业),GNSS的完备性监测,导航性能的要求,精度,连续性,完备性,可用性,当导航系统发生任何故障或定位超过允许限值时不能胜任规定的导航工作时,系统能在给定的时间内及时报警,假定系统在初始阶段是可用的,那么其可用性将在运行阶段被保持,卫星导航的性能,系统为运动载体提供的位置/速度和其真实位置/速度的重合度,系统可用于提供导航服务的概率,导航性能要求(ICAO/SARPS 2004),GNSS的完备性监测的定义和分类,定义 指当导航系统发生任何故障或者导航定位超过允许限值时,导航系统应当具备及时发现故障并通知用户的能力 分类 外部增强系统的完备性监测 局

2、部增强系统LAAS(Local Area Augmentation System) 广域增强系统WAAS(Wide Area Augmentation System) 接收机自主完备性监测(RAIM) RAIM, Receiver Autonomous Integrity Monitoring,局域增强系统,局域增强系统(LAAS,Local Area Augmentation System) 局域增强系统是利用局域GPS差分技术并且在地面上设置少量发射源,该发射源类似于卫星的功能,称为伪卫星(Pseudolite, PL),这样即提高了用户的定位几何强度,又有效地提高了精度和完备性。,这种由

3、地面参考站和地面数据通信链为用户发送伪距改正信息和完备性信息的系统也称为地基增强系统GBAS(Ground-Based Augmentation Systems)。,LAAS 精密进近的性能要求,广域增强系统,广域增强系统(WAAS,Wide Area Augmentation System ) 广域增强系统是完备性通道(GIC)和广域GPS差分(WADGPS)的结合。,这种由地面参考站和地球同步组成的增强系统也称为空基增强系统SBAS(Space-Based Augmentation Systems)。,广域增强系统,广域增强系统主要由空间部分、地面部分、用户部分和数据链路组成。 2007年

4、7月,原来的两颗GEO卫星(Inmarsat AOR-W和Inmarsat POR)被Telsat ANIK-F1R和Intelsat GalaxyXV代替。 2007年9月WAAS覆盖了美国、加拿大和墨西哥地区(SatNavNews,2007)。WAAS由2个主控站、38个参考站、4个注入站、2颗地球同步卫星(GEO)和GPS星座组成。,现有的空基增强系统还有欧洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overly Service),不仅对GPS和GLONASS系统进行完备性监测,而且还将对正在组建中的Galileo系统实施完备性监测。,接收机的自主

5、完备性监测(RAIM),指用户接收机不依赖外部增强系统,由接收机利用冗余伪距观测的一致性检测来发现故障(包括卫星故障,星历错误、电离层暴和多路径等原因造成的错误)的功能。 接收机的自主完备性监测概念(Receiver Autonomous Integrity Monitoring) 最早出现在在上世纪80年代后期,最初称为“Self-Contained”。 “RAIM”由R.M.Kalafus (R.M.Kalafus,1987)提出,并且沿用至今。 RAIM要完成两步工作: 一是确定当前条件下RAIM是否可用,即RAIM的可用性,它由卫星的几何条件和完备性风险决定; 第二是如果RAIM可用,

6、当前的GNSS系统是否有故障,即故障检测,并进一步排除故障星。,方向余弦,导航定位数学模型,观测方程,误差方程,导航定位数学模型(多颗星),误差方程,参数估计,观测值残差,单位权中误差,协因数阵,坐标结果,钟差,导航定位数学模型,GNSS导航定位及粗差对定位解的影响,观测值误差与残差之间的关系,敏感性矩阵,当观测值之间相互随机独立时,观测值的协方差矩阵D为对角矩阵,适合RAIM粗差检测的统计检验方法,传统的RAIM粗差检测和定位方法,RAIM利用当前历元多余观测值的自检较来发现粗差的方法统称为“快照”(Snapshot)法,包括: 距离比较法(Y. Lee, 1986) 最小二乘残差法(B.

7、W. Parkinson,1988) 奇偶矢量法(M. A. Sturza,1988),最小二乘残差法,当检验统计量超出给定的误警概率下的门限值时,表明观测值中有粗差,从n颗可见卫星中依次剔除一颗可见卫星,用余下的n-1卫星重新构造统计检验量,然后再与门限值比较,直到不再检测出有错误观测值为止。,距离比较法,距离比较法是利用必要伪距观测求解出接收机的位置参数,然后反算出冗余观测值的预测伪距值,预测伪距值与实际观测值进行比较,按照一定的准则来判断哪一个是错误观测。 距离比较法中,计算门限值是由椭圆边界值来确定的,椭圆边界值的确定比较复杂,而且预测观测值的计算是庞大的。 若观测的卫星数为7,u为4,那么按照上式计算的需要解算的伪距方程数为35;若GPS和GLONASS联合导航,那么当n为11,u为5的时候,需要解算的伪距方程数为462!,向前或向后检测法,处理多个粗差的方法 一种处理多个粗差的方法是从全部观测值参加平差出发,进行数据探测,并去掉统计检验量最大的那个观测值(如w-检测)。在下一步由n-1个观测值参加平差,又一次进行数据探测,逐个地搜索并剔除粗差,这种方法称为“向前选择法”。残差法即采用了“向前选择法”。 还有一种“向后选择法”,即从最小可能的无粗差的数据组开始平差,根据平差结果来计算那些被怀疑而没有参加平差的观测值的改正数,对它们进行数据探测

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