恶劣条件下gpsraim算法的研究

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1、AThesisforMasterDegreeResearchofGPSRAIMonHarshConditionsUniversity:ShanghaiJiaoTongUniversityDepartment:InstrumentScienceandEngineeringMajor:ControlScienceandEngineeringCandidate:GuoYuboStudentID:1100359033Advisor:BaoQilianSchoolofElectronicInformationandElectric

2、alEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityDecember,2012万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要恶劣条件下GPS的RAIM算法研究摘要随着GPS在民用航空领域的广泛应用，航空导航高精度、高安全性和高可靠性的特殊需要对导航系统的完好性监测能力提出了很高要求，加强对GPS完好性监测技术研究，及时有效的检测和识别卫星故障具有极其重要的现实意义。本文针对接收机自主完好性监测（ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，RAIM）技术展开研

3、究，分析卫星故障引起的微小伪距偏差变化和GPS可视卫星数目较少等情况对RAIM算法的影响，提出改进的RAIM算法，设计并实现卫星导航完好性监测技术仿真系统以验证算法。首先，本文对GPS完好性监测技术及其研究现状进行了系统梳理，详细阐述了基于最小二乘残差RAIM算法的基本原理和算法流程，结合GPS系统运行实际和飞机进场特殊要求分析了传统RAIM算法的局限性和改进方向。其次，针对GPS发生卫星故障对应微小伪距偏差变化时传统RAIM无法有效进行故障检测的问题，分析微小伪距偏差对传统RAIM检测效果的影响；进一步研究伪距残差统计

4、规律变化，通过引入模糊推理系统，提出一种基于模糊参数自适应调整的改进RAIM算法，详细推导和阐述算法数学模型和基本原理，并结合伪距微小慢变故障和伪距微小突发故障两种情况进行仿真对比实验。仿真结果表明，改进RAIM算法能够在保证误警率和漏检率的情况下有效检测和识别对应微小伪距偏差变化的故障卫星，明显缩短了故障检测时间，可以极大增强导航的连续性、安全性和可靠性。针对GPS可视卫星数目小于6颗导致传统RAIM无法检测和识别卫星故障的情况，分别提出了惯导辅助与钟差辅助RAIM算法。简要介绍了惯导辅助RAIM和钟差辅助RAIM的基

5、本原理，详细阐述了GPS/INS组合导航系统紧密组合模式以及松散组合模式的构成特点，借助紧组合导航数字仿真系统进行了辅助RAIM仿真实验，检验了惯导辅助RAIM和钟差辅助RAIM算法的可行性，进一步验证了改进RAIM算法在辅助RAIM条件下的有效性。V万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要最后，设计了集数据处理、可用性判断、故障检测、故障识别、定位解算、结果显示六个功能模块于一体的卫星导航完好性监测仿真系统。利用该软件对传统RAIM算法、改进RAIM算法、惯导辅助RAIM算法和钟差辅助RAIM算法进行了仿真验证。该软件具有

6、良好的交互界面和方便移植拓展的模块化设计，为探索和研究完好性监测技术提供了良好的仿真实验平台。本文所完成的工作为解决GPS卫星几何分布条件较差、可视星数目不足和发生微小伪距偏差卫星故障等情况下接收机端的自主完好性监测过程中的关键问题提供了理论依据与仿真结果，为进一步实现接收机终端软件集成和工程实践奠定了基础，具有较好的理论意义与实际价值。关键词：GPS，完好性监测，改进RAIM，GPS/INS紧组合导航，辅助RAIMVI万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要ResearchofGPSRAIMonHarshCondition

7、sABSTRACTWiththewideapplicationofGPSinthefieldofcivilaviation,thespecialneedsoftheaviationnavigationsuchasprecision,highsecurityandhighreliabilityhasplacedenormousdemandsontheintegritymonitoringcapabilitiesofthenavigationsystem,toenhancetheresearchofGPSintegritym

8、onitoring,timelyandeffectivedetectionandexclusionofthesatellitefaulthasextremelyimportantpracticalsignificance.ThisthesisintroducestheRAIMalgorithm,analysisthe