GNSS接收机自主完备性监测的高级算法与性能研究

In order to accommodate RAIM to more stringent integrity and safty-of-life applications, such as LPV-200, this project focuses on investigating more rigorous RAIM algotithm-Advanced RAIM (ARAIM). Based on the disadvantages of current developing ARAIM, the projcet proposes "Fault Modes Detection on Double Fields Based on Multiple Hypotheses" which applys the fault modes detection on both position field and residual field according to multiple hypotheses, and investigates the integrity risk with concerning the wrong exlusion. The proposed ARAIM algorithm will get fault modes detection theoretically conform to the Mulitple Hypotheses of ARAIM and the compuated integrity risk agree with the real GNSS navigation. With the proposed ARAIM , the project will develop a GNSS ARAIM performance analysis platform,"GNSS ARAIM Performance Simulation Tool". The achivements of the project will reduce the GNSS integrity monitoring dependance on ground facilities, and will significantly enhance the GNSS application in highly demanding integrity field.

本项目旨在研究RAIM的严密算法-Advanced RAIM(ARAIM), 使之适应于对GNSS完备性和生命安全要求较高的应用领域，如LPV-200。 本项目就现在正在发展中的ARAIM算法中存在的问题提出解决方法：建立在定位域和残差域同时对卫星的故障状态进行检测的方法："基于多假设故障状态的双域检测法"；研究在故障卫星剔除后的GNSS完备性风险严密计算方法, 最终实现故障卫星的检测与ARAIM多假设（Multiple Hypotheses）理论一致，完备性风险的计算与实际GNSS导航定位结果风险一致的ARAIM严密算法。在此研究基础上制作GNSS ARAIM全球性能分析模拟软件。此研究成果将有助于改变GNSS完备性监测依赖于地面庞大的监测设备的局面，推动GNSS在完备性要求更高的领域的应用。

为了将GNSS应用于对完备性和生命安全要求更高的领域，如民航飞机的：LPV-200阶段的进近，“基于多故障假设”理论，本项目推导了RAIM（Receiver Autonomous Integrity Monitoring）的严密算法ARAIM （Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring）。本项目推导的ARAIM算法在定位域和观测值域（残差域）同时对卫星故障进行检测，并且推导了“基于多故障假设”的VPL和EMT的计算方法。 以上算法兼顾和考虑了错误剔除健康卫星保留故障卫星导致的完备性风险。.编写了GNSS ARAIM全球性能分析模拟软件，此软件可以就GPS/BeiDou/Glonass/Galieo任意组合在不同的ISM参数下的ARAIM可用性做出分析。模拟分析表明，Acc95（%）的可用性主要依赖SISE的精度；相反，VPL和EMT对卫星的几何强度要求较高且更加敏感，并且对SIS的故障概率也比较敏感，当任意三个或者三个以上的导航系统联合导航时（根据其ICD的标准星座，仅MEO卫星），当卫星的故障概率不大于10e-5，并且URA不大于2米，均可用满足全球100%用户的99.5%的可用性（时间上的百分比）。本项目就GPS/BeiDou/Glonass实测数据的ARAIM性能作出了分析，分析表明本项目推导的ARAIM算法计算得到的VPL均大于实际的VPE，能够为用户提供安全保护；ARAIM的故障检测和剔除算法能够识别并剔除卫星故障，当卫星数不足或者不能成功剔除故障时，能向用户发出告警；目前现实的GPS/BeiDou/Glonass，即使在亚洲区域（有较多的BeiDou可见卫星），GPS/BeiDou/Glonass还不能满足LPV-200的可用性。与本项目模拟分析比较，现实的GNSS还需要更强的几何强度和更好的SIS（Signal-in-space）的性能来满足LPV-200的导航要求。.本项目的理论研究为GNSS RAIM提供了更严密的算法，推动了GNSS在完备性要求更高的领域的应用。其实测数据验证了本项目算法的有效性，并分析了现实GNSS ARAIM的可用性；模拟分析出了将来GNSS在全球范围内实现为LPV-200阶段导航提供所应该具备的条件， 为未来的GNSS发展提供了参考依据。