衛星導航系統的故障衛星檢測方法
2023-05-20 06:36:36 1
專利名稱：衛星導航系統的故障衛星檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於衛星導航領域的衛星完好性監測技術，特別是 根據衛星的幾何分布特性，快速有效的檢測和識別故障衛星的衛星導航系 統的故障衛星4企測方法。
背景技術：
全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System,簡稱GNSS) 廣泛應用於軍事、交通、通信等各領域，其中，衛星導航系統的精度、完好 性、連續性和可用性是保證導航用戶可靠運行的基礎，特別是對於航行於沒 有地標標誌區域(如天空、沙漠以及海洋等)的導航用戶來說，衛星導航系 統的完好性是保證導航用戶可靠運行的必要條件。
對於民用航空用戶來說，導航定位過程中，在得到導航解的同時，必須 考慮偽距觀測量偏差對導航解的影響，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星鐘漂、導航電位數據的不正確上載 以及衛星組成部分的故障，並將以上所有因素統稱為衛星故障，且對於各種 衛星星座來說，衛星故障的發生是不可預料的，且每種星座均具有一定的衛 星故障發生概率，如GPS星座的衛星故障發生概率約為1(T7小時。對於不可 預料的衛星故障，衛星導航系統通過操作控制部分預測並將預測結果發播給 用戶作出告警反應的時間通常為15分鐘到幾個小時，因此，對於民用航空用 戶，特別是民用飛機用戶來說，必須對衛星導航系統進行完好性檢測，提供 超限報警能力，以滿足其需要。
目前，完好性檢測技術主要為內部檢測方法，即採用衛星的冗餘信息和 用戶系統(如飛機)內部的傳感器信息來實現完好性^:測，並將該方法稱為接收機自主完好性檢觀'〗(Receiver Autonomous Integrity Monitoring, 簡 稱RAIM)技術。RAIM技術是內嵌在導航接收機中的一種完好性檢測算法，根 據接收機收到的多顆衛星信息實現故障檢測和識別，對衛星故障反應迅速， 且無須外界幹預，但其算法的有效性受到可見衛星數量以及用戶和衛星星座 的相對幾何分布影響。
現有技術中對衛星故障的完好性檢測技術主要是進行單星故障檢測，即 通常假設只存在單顆故障衛星，主要包括兩類算法 一是基於濾波的RAIM算 法，其對先驗誤差特性的依賴性較強，反應速度慢，應用較少；二是"快照 (Snapshot)" MIM算法，其僅依靠當前觀測值，反應速度較快，且容易實 現，應用較為廣泛，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星。但是，對於一些導航用戶，如民航用 戶，為解決傳統導航方式對特定導航設備的依賴，推動使用導航新技術和 新應用提高空中交通系統性能和安全性，國際民航組織(ICA0)定義了一 種至少包含一個或多個衛星導航星座(如美國的GPS、中國的BD、俄羅斯 的GL0NASS和歐洲的Galileo)的系統，民航用戶利用多衛星星座進行導航， 導航衛星數量較多，多顆衛星發生故障的概率必然增大，因此，在進行衛星 完好性檢測時不能假設僅存在單顆故障衛星，必須進行多星故障檢測，特別 是雙星故障進行檢測。
目前對多星故障進行檢測通常採用遍歷的思想，即通過對去掉多顆衛星 的子集進行判斷並檢測和識別故障衛星，其檢測是對各顆衛星依次判斷，採 用遍歷的檢測方法，並最終獲得故障衛星，其具有較高的識別率，但故障衛 星的檢測時間較長，無法滿足對衛星故障完好性要求較高的用戶，特別是對 於民航飛機用戶而言，故障衛星的檢測時間的快速性非常重要。
隨著導航定位技術在民用航空領域的廣泛應用，對於民航用戶，特別是民航飛機用戶而言，由於民航飛機用戶對衛星的完好性要求較高，在對故障 衛星進行檢測時故障衛星的檢測時間要短，故障衛星的識別率要高，同時， 由於民航用戶利用多星座衛星導航系統進行導航，多星座衛星導航系統中故 障衛星發生概率增大，因此，目前的單星故障檢測無法滿足民航用戶對故障 衛星識別率的要求，同時，現有技術中對多星故障進行檢測方法中，故障衛
星檢測的時間過長，無法滿足民航用戶對故障衛星^r測時間的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種衛星導航系統的故障衛星檢測方法，可以有效 解決現有技術在對衛星進行故障檢測時檢測時間較長的技術問題，可以對雙 星和單星故障進行檢測並且具有較快的檢測速度，有效提高了故障衛星的檢
測效率。
為實現上述目的，本發明提供了一種衛星導航系統的故障衛星檢測方法，
包括
根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星分組 和第二衛星分組；
對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故障衛星。
其中，所述根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第 一衛星分組和第二衛星分組包括
按照衛星頂視圖方位角，將所有可見衛星組成圓形區域，並利用第一組 相交線將所述圓形區域劃分為第一區域、第二區域、第三區域和第四區域， 所述第一區域和第三區域為對角區域，所述第二區域和第四區域為對角區域， 且所述第一區域和第三區域內的衛星數量與第二區域和第四區域內的衛星數 量之差的絕對值最小；
將所述第一區域和第三區域內的衛星組成所述第一衛星分組，將所述第 二區域和第四區域內的衛星組成所述第二衛星分組。所述對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故障
衛星包括
利用最小二乘殘差分別對所述第一衛星分組和第二衛星分組進行一企測， 判斷所述第一衛星分組和第二衛星分組是否均存在故障衛星；
若所述第一衛星分組和第二衛星分組均存在故障衛星，則假定所述第一 衛星分組和第二衛星分組中均存在一顆故障衛星，通過最大似然估計分別識 別所述第一衛星分組和第二衛星分組中的衛星，獲得故障衛星，結束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第一衛星分組和第二衛星分組進行檢 測，判斷所述第一衛星分組和第二衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括
若所述第一衛星分組和第二衛星分組中只有一個衛星分組中存在故障衛 星，將所述故障衛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域重新劃 分為第五區域、第六區域、第七區域和第八區域，所述第五區域和第七區域 為對角區域，所述第六區域和第八區域為對角區域；
將所述第五區域和第七區域內的可見衛星組成第三衛星分組，將所述第 六區域和第八區域內的可見衛星組成第四衛星分組；
利用最小二乘殘差分別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢測， 判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星；
若所述第三衛星分組和第四衛星分組均存在故障衛星，則假定所述第三 衛星分組和第四衛星分組中均存在一顆故障衛星，通過最大似然估計分別識 別所述第三衛星分組和第四衛星分組中的衛星，獲得故障衛星，結束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢 測，判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括
若所述第三衛星分組和第四衛星分組中只有其中一個衛星分組存在故障 衛星，將所述故障衛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，並通過偽距比較識別所述交集中的衛星，獲得故障衛星，結束。
所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢
測，判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括 若所述第三衛星分組和第四衛星分組中均沒有檢測到故障衛星，則假定 所有可見衛星中只有一個故障衛星，通過最大似然估計對所有可見衛星進行 識別，獲得故障衛星，結束。
本發明提供了一種衛星導航系統的故障衛星檢測方法，根據衛星頂視 圖方位角對可見衛星進行分組，將衛星頂視圖方位角相近或近似相反的衛 星組成一組，並對分組後的衛星分組分別進行LSIU企測和MLE識別，可有 效檢測並識別可見衛星中的故障衛星。本發明技術方案可以有效地;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 了故障衛星的檢測效率；此外，本發明技術方案還可以實現雙星和單星故 障的同時檢測和識別，提高了故障衛星檢測的速度和識別率，特別適用於 對故障衛星檢測的完整性要求較高的導航用戶，適用於多星座衛星導航系 統中。
圖1為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法實施例一的流程示意圖； 圖2為故障衛星檢測的示意圖3為故障衛星與正常衛星的衛星頂視圖方位角近似相反時故障衛星檢 測的示意圖4為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法實施例二的流程圖； 圖5為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法中對可見衛星進行第一 次分組的示意圖6為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法實施例中對可見衛星進 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，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法實施例 一 的流程示意圖。
本實施例包4舌
步驟1 、根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛 星分組和第二衛星分組；
步驟2、對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故 障衛星。
本實施例技術方案中，當確定可見衛星中存在故障衛星時，可根據衛星 頂視圖方位角對所有可見衛星分組，並對分組後的衛星分組分別進行檢測， 獲得故障衛星。具體地，首先，依據衛星的幾何分布，可將所有可見衛星中 衛星頂視圖方位角相近或者衛星頂視圖方位角相反的衛星分在一組，並使得 分組後的第一衛星分組和第二衛星分組中的衛星數量基本一致；然後，可利 用LSR分別對第一衛星分組和第二衛星分組進行^r測，判斷各衛星分組內是 否存在故障衛星，並可通過MLE對第一衛星分組或第二衛星分組分別進行識 別，獲得故障衛星。由於在一個區域內，同一時刻衛星發生故障的數量一般 在一顆或兩顆，因此，本實施例中，當LSR檢測到第一衛星分組和第二衛星 分組均存在有故障衛星時，可假定每個衛星分組內只有一顆故障衛星，此時， 可通過MLE分別識別第一衛星分組和第二衛星分組內的衛星，獲得故障衛星； 當LSR檢測只有一個衛星分組存在故障衛星時，假設第一衛星分組內存在故 障衛星，則可繼續對所有可見衛星重新分成不同於第一衛星分組和第二衛星 分組的兩個衛星分組，並對重新分組得到的兩個衛星分組進行LSR檢測，判 斷故障衛星所在的分組，進行MLE識別並獲得故障衛星。由於LSR具有較高 故障檢測效率，因此，首先利用LSR對衛星分組進行故障檢測，判斷衛星分 組中是否有故障衛星，然後再利用MLE對確定有故障衛星的衛星分組進行識別，有效減少了 MLE識別衛星的數量，提高了MLE識別的效率，同時，由於 衛星分組內的衛星為由衛星頂視圖方位角相近或近似相反的衛星組成，因此， 可以有效提高故障衛星的檢測速度和識別率，提高故障衛星的檢測效率。
圖2為故障衛星檢測的示意圖；圖3為故障衛星與正常衛星的衛星頂視 圖方位角近似相反時故障衛星檢測的示意圖。在進行故障衛星檢測時， 一般 至少需要三顆衛星，假設用戶m的觀測區域內存在三顆可見衛星k、k2和 k3,如圖2所示，在用戶m對衛星進行故障檢測時，假設衛星k,出現故障，且 產生的測距偏差為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根據三顆可見衛星所確定的位置，則在進行故障衛星;f僉測時，各衛 星的殘差平方和為5 = 。2+《+《，其中，r,為各衛星的偽距殘差，/ = 1，2，3, 如果S大於給定的門限則可檢測出故障衛星k"如圖3所示，當衛星k,與衛 星k2的衛星頂視圖方位角近似相反，即衛星頂視圖方位角近似為180°時，衛 星ld與衛星k2處於近似相反的方向時，用戶m的定位誤差p b/2, r, b/2， r2 b/2， r3 0，此時，各衛星的殘差平方和為S = ^2+r22+r32 62/2 。由此可 以看出，當故障衛星相近或近似相反的方向有衛星時S越大，越容易檢測出 故障衛星，因此，本實施例技術方案中，根據衛星的幾何分布，將衛星頂視 圖方位角相近或近似相反的衛星分成一組，利用MLE對各衛星分組進行故障 衛星;f全測時，可以更加快速準確地4企測出故障衛星。由此可以看出，衛星導 航系統中各星座中的衛星具有如下幾何分布特性在各衛星組成的幾何分布 中，當故障衛星所在分組中具有與其衛星頂視圖方位角相近或近似相反的衛 星時，可以比較容易的檢測出該故障衛星。因此，在對導航星座中的衛星進 行分組時，可根據上述的衛星的幾何分布特性，將衛星頂視圖方位角相近或 近似相反的衛星分成一組，由上述衛星的幾何分布特性可知，當獲得的衛星 分組中有故障衛星時，可以快速準確地識別出故障衛星，提高故障衛星的識 別率。
可以看出，本實施例技術方案中，依據衛星的幾何分布特性，根據可見衛星的衛星頂視圖方位角，將所有可見衛星分成第一衛星分組和第二衛星分 組，且第一衛星分組和第二衛星分組內的衛星由衛星頂-現圖方位角相近或近 似相反的衛星組成，在進行故障檢測時可以快速有效的識別出衛星分組內的 故障衛星，提高衛星分組的檢測速度。
本實施例技術方案中，根據衛星頂視圖方位角以及衛星的幾何分布特性
將可見衛星分成兩組，並對分組後的衛星分組分別進^f於故障;險測，在對衛星 分組進行故障檢測時，由於可以先利用LSR對每個衛星分組進行分別檢測， 並判斷各衛星分組內是否存在故障衛星，若均存在故障衛星，則可假定每個 衛星分組內均存在一顆故障衛星，並可利用MLE分別對兩個衛星分組進行識 別，獲得兩顆故障衛星；同時，若只檢測到一個衛星分組內存在故障衛星， 則可重新對可見衛星進行分組，並最終確認故障衛星所在集合，檢測得到故 障衛星，相對於現有技術中利用遍歷思想對兩顆故障衛星進朽"險測的方法， 本實施例技術方案的衛星故障檢測快速準確，特別適用於雙星故障檢測中， 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元空用戶的導航需要。
圖4為本發明衛星導航系統的故障衛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對所有可見衛星進行;險測，判斷是否有故障衛星，是 則執行步驟20,否則，無故障衛星，結束；
步驟20、才艮據衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星分組和第 二衛星分組；
步驟30、利用LSR分別對所述第一衛星分組和第二衛星分組進行檢測； 步驟40、判斷所述第一衛星分組和第二衛星分組是否均存在故障衛星，
是則執行步驟50,否則執行步驟60;
步驟50、假定所述第一衛星分組和第二衛星分組中均存在一顆故障衛星，
通過MLE分別識別所述第一衛星分組和第二衛星分組中的衛星，獲得故障衛星，結束；
步驟60、將所有可見衛星重新分成第三衛星分組和第四衛星分組，並對 所述第三衛星分組和第四衛星分組進行LSR檢測；
步驟70、判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星， 是則執行步驟80,否則執行步驟90;
步驟80、假定所述第三衛星分組和第四衛星分組中均存在一顆故障衛星， 並通過MLE分別識別所述第三衛星分組和第四衛星分組中的衛星，獲得故障 衛星，結束；
步驟90、判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組中是否只有一個衛星分 組中存在故障衛星，是則執行步驟IOI，否則執行步驟102;
步驟101、獲得所述故障衛星所在的衛星分組與所述第一衛星分組和第二 衛星分組中的故障衛星所在的衛星分組的交集，並通過偽距比較識別所述交 集中的衛星，獲得故障衛星，結束；
步驟102、假定所有可見衛星中只有一顆故障衛星，並利用MLE對所有可 見衛星進行識別，獲得故障衛星，結束。
本實施例技術方案中，首先利用LSR對所有可見衛星進行檢測，當判斷 存在故障衛星後再對可見衛星進行分組檢測，否則說明沒有故障衛星，可結 束下面步驟的檢測過程，減少不必要的檢測。圖5為本發明衛星導航系統的 故障衛星檢測方法中對可見衛星進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、按照衛星頂視圖方位角，將所有可見衛星組成圓形區域，並利 用第一組相交線將所述圓形區域劃分為第一區域1、第二區域2、第三區域3 和第四區域4，所述第一區域1和第三區域3為對角區域，所述第二區域2和 第四區域4為對角區域，且所述第一區域1和第三區域3內的衛星數量與第 二區域2和第四區域4內的衛星數量之差的絕對值最小；
步驟202、將所述第一區域1和第三區域3內的衛星組成所述第一衛星分組A，將所述第二區域2和第四區域4內的衛星組成所述第二衛星分組B。
可以看出，通過以上分組，可使得處於第一衛星分組A或第二衛星分組B 內的衛星為由衛星頂視圖方位角相近或近似相反的衛星組成，且第一衛星分 組A和第二衛星B分組內的衛星數量近似相等。由圖2和3中的故障;險測示 意圖可以看出，衛星的幾何分布中，當衛星頂一見圖方位角相近或近似相反的 衛星分組中存在故障衛星時，可以更加準確可靠的識別出故障衛星，因此， 上述分組利用衛星的幾何分布特性，將衛星頂視圖方位角相近或近似相反的 衛星分在一組，分組簡單快速，有利於快速有效地^r測到故障衛星，使得故 障檢測時具有較高的識別率和檢測效率。
圖6為本發明衛星導航系統的故障衛星檢測方法實施例中對可見衛星進 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星 分組A和第二衛星分組B中只有一個衛星分組中存在故障衛星，將所述故障 衛星所在分組作為第 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域重新劃分為第五區域5、第六區域6、第七區域7和第 八區域8，所述第五區域5和第七區域7為對角區域，所述第六區域6和第八 區域8為對角區域；將所述第五區域5和第七區域7內的可見衛星組成第三 衛星分組C,將所述第六區域6和第八區域8內的可見衛星組成第四衛星分組 D;利用LSR分別對所述第三衛星分組C和第四衛星分組D進行檢測。其中， 所述第二組相交線為所述第一組相交線的角平分線，這樣可使得第三衛星分 組C和第四衛星分組D內的衛星儘可能與第一衛星分組A和第二分組B內的 衛星均具有最小的衛星重疊率，在對衛星分組進行LSR檢測時，可以更快且 準確的檢測出故障衛星，避免了重複無效的檢測，有效提高了第三衛星分組C 和第四衛星分組D的故障衛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，並4吏得第二組相交線將所有可見衛星分成的兩組具有 基本相同衛星數量的分組，且可保證第三衛星分組C和第四衛星分組D與第一衛星分組A和第二衛星分組B具有較小的衛星重疊率，提高衛星故障檢測 的效率。
上述步驟101中，若所述第三衛星分組C和第四衛星分組D中只有其中 一個衛星分組存在故障衛星，可將所述故障衛星所在分組作為第二故障集合； 並獲得所述第一故障集合和第二故障集合的交集，並通過偽距比較識別所述 交集中的衛星，獲得故障衛星。具體地，由於第一故障集合為對第一衛星分 組A和第二衛星分組B進行LSR檢測後確定的故障衛星所在的集合，而第二 故障集合為對第三衛星分組C和第四衛星分組D進行LSR ;f企測後確定的故障 衛星所在的集合，因此可以確定，故障衛星必然存在於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星進行識別，並 獲得故障衛星。具體地，在對衛星進行偽距比較時，衛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 &
將以上各公式整理後可得估計偽距和實際測量得到的偽距殘差矢量
為
同時，可通過已經檢測為正常的衛星獲得的殘差矢量的正常值，並可將殘差矢量的正常值作為預設門限，對交集中各衛星進行偽距比較識別時， 可將各衛星對應的殘差矢量比較，若F大於預設門限，則相應的衛星即為 故障衛星，通過偽距比較可以檢測出該交集中單顆或兩顆故障衛星或多顆 故障衛星，同時，由於偽距比較是通過與根據正常衛星獲得的殘差矢量的 正常值比較而獲得故障衛星，因此故障衛星的識別率高，檢測結果準確可 靠，可以看出，通過偽距比較來識別交集中的衛星，可以快速有效的獲得 故障衛星。
本實施例技術方案中在利用LSR對各衛星分組進行檢測時，可按衛星 數目分配誤檢率，具體地，假設用戶要求的誤檢率為PFD,第一衛星分組的 衛星數目為n!,第二衛星分組的衛星數目為n2，總可見衛星的數目為n, 則第一衛星分組和第二衛星分組的誤^r率分別為PF。xrh/n和PF。xn2/n，並 在進行LSR檢測時按照此誤檢率來設定門限，以利於在LSR檢測時具有較 好的檢測效果。同樣地，在對第三衛星分組和第四衛星分組進行LSIU企測 時，也採用按衛星數目來分配誤檢率。
實際應用中，在進行故障衛星檢測時，當利用LSR檢測可見衛星中存 在故障衛星時，可4艮定存在一顆或兩顆故障衛星，此時，可利用衛星頂i見 圖方位角對可見衛星進行第一次分組，將所有可見衛星分成衛星個數近似 相等的兩組，依據衛星的幾何分布特性，並將衛星頂視圖方位角相近或近 似相反的衛星分在一組內；第一次分組後，可利用LSR分別對兩個衛星組 進行檢測，判斷兩個衛星分組內是否存在故障衛星，若兩個衛星分組內均 存在故障衛星時，則可假定每個衛星分組中均存在一顆故障衛星，並利用 MLE分別識別兩個衛星分組內的衛星，獲得兩顆故障衛星，實現雙星故障 檢測，並可通知用戶排除衛星故障；若第一次分組的兩個衛星分組中只有 一個衛星分組內存在故障衛星時，則可在第一次分組的基礎上，按照同樣 地方法對可見衛星進行第二次分組，且儘可能保證兩次分組得到的衛星分 組具有較少的衛星重疊，以提高衛星檢測的效果；第二次分組後，可對第二次分組的兩個衛星分組分別進行LSR 4全測，判斷第二次分組後的兩個衛 星分組內是否存在故障衛星，若第二次分組的兩個衛星分組均存在故障衛 星，則，i定每個衛星分組中均在一顆可見衛星，利用MLE對對該兩個衛星 分組進行識別，獲得兩顆故障衛星；若第二次分組的兩個衛星分組中只有 一個衛星分組存在故障衛星時，則可將獲得兩次衛星分組後檢測到有故障 衛星的衛星分組的交集，並利用偽距比較來獲得故障衛星；同時，若第二 次分組的兩個衛星分組中均不存在故障衛星時，則可假定可見衛星中只存 在一顆故障衛星，此時可對第一次分組中存在故障衛星的衛星分組進行 MLE檢測，獲得單顆故障衛星，並可通知用戶排除衛星故障。
由以上技術方案可以看出，本實施例通過根據衛星頂視圖方位角以及 衛星的幾何分布特性對可見衛星進行分組，將衛星頂視圖方位角相近或近 似相反的衛星組成一組，並對分組後的衛星分組分別進行LSR糹全測和MLE 識別，可有效判斷並獲得可見衛星中的故障衛星。本實施例技術方案可以 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，本實施例技術方案還可以實現雙星和單星故障的同時檢測 和識別，提高了故障衛星檢測的速度和識別率，特別適用於對故障衛星檢 測的完整性要求較高的導航用戶，適用於多星座衛星導航系統中。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進 行限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技 術人員應當理解其依然可以對本發明的技術方案進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後的技術方案脫離本發明技術方案的 精神和範圍。
權利要求
1、一種衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在於，包括根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星分組和第二衛星分組；對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故障衛星。
2、 根據權利要求1所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星 分組和第二衛星分組包括按照衛星頂視圖方位角，將所有可見衛星組成圓形區域，並利用第一組 相交線將所述圓形區域劃分為第一區域、第二區域、第三區域和第四區域， 所述第一區域和第三區域為對角區域，所述第二區域和第四區域為對角區域， 且所述第一區域和第三區域內的衛星數量與第二區域和第四區域內的衛星數 量之差的絕對值最小；將所述第一區域和第三區域內的衛星組成所述第一衛星分組，將所述第 二區域和第四區域內的衛星組成所述第二衛星分組。
3、 根據權利要求2所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故障 衛星包括利用最小二乘殘差分別對所述第一衛星分組和第二衛星分組進行檢測， 判斷所述第一衛星分組和第二衛星分組是否均存在故障衛星；若所述第一衛星分組和第二衛星分組均存在故障衛星，則假定所述第一 衛星分組和第二衛星分組中均存在一顆故障衛星，通過最大似然估計分別識 別所述第一衛星分組和第二衛星分組中的衛星，獲得故障衛星，結束。
4、 根據權利要求3所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述利用最小二乘殘差分別對所述第一衛星分組和第二衛星分組進行檢 溯'J，判斷所述第一衛星分組和第二衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括若所述第一衛星分組和第二衛星分組中只有一個衛星分組中存在故障衛星，將所述故障衛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域劃分為 第五區域、第六區域、第七區域和第八區域，所述第五區域和第七區域為對 角區域，所述第六區域和第八區域為對角區域；將所述第五區域和第七區域內的可見衛星組成第三衛星分組，將所述第 六區域和第八區域內的可見衛星組成第四衛星分組；利用最小二乘殘差分別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢測， 判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星；若所述第三衛星分組和第四衛星分組均存在故障衛星，則假定所述第三 衛星分組和第四衛星分組中均存在一顆故障衛星，通過最大似然估計分別識 別所述第三衛星分組和第四衛星分組中的衛星，獲得故障衛星，結束。
5、 根據權利要求4所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述第二組相交線為所述第一組相交線的角平分線。
6、 根據權利要求4所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述利用最小二乘殘差分別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢 測，判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括若所述第三衛星分組和第四衛星分組中只有其中一個衛星分組存在故障 衛星，將所述故障衛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，並通過偽距比較識別所 述交集中的衛星，獲得故障衛星，結束。
7、 根據權利要求4所述的衛星導航系統的故障衛星檢測方法，其特徵在 於，所述利用最小二乘殘差別對所述第三衛星分組和第四衛星分組進行檢測， 判斷所述第三衛星分組和第四衛星分組是否均存在故障衛星之後還包括若所述第三衛星分組和第四衛星分組中均沒有4企測到故障衛星，則^f艮定 所有可見衛星中只有一個故障衛星，通過最大似然估計對所有可見衛星進行識別，獲得故障衛星，結束。
8、根據權利要求1所述的衛星導航系統的故障衛星;f企測方法，其特徵在於，所述根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星 分組和第二衛星分組之前還包括對所有可見衛星進行最小二乘殘差故障檢測。
全文摘要
本發明公開了一種衛星導航系統的故障衛星檢測方法，包括根據導航星座中的衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分成第一衛星分組和第二衛星分組；對所述第一衛星分組和第二衛星分組分別進行故障檢測，獲得故障衛星。本發明技術方案根據導航星座中衛星頂視圖方位角將所有可見衛星分組，且依據衛星的幾何分布特性將衛星頂視圖方位角相近或近似相反的衛星分成一組，對分組後的衛星分組分別進行LSR檢測和MLE識別，有效提高了故障衛星的檢測速度和識別率，適用於雙星和單星故障檢測，可應用於多星座衛星導航系統中。
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 優先權日2009年3月19日
發明者倩 孫, 軍 張, 張淼豔, 朱衍波, 王志鵬, 瑞 薛 申請人:北京航空航天大學