一种卫星导航数据合理性检测方法.pdf

1、10申请公布号CN102346255A43申请公布日20120208CN102346255ACN102346255A21申请号201110267212222申请日20110901G01S19/23201001G01C21/16200601G06F17/3020060171申请人中国航空工业第六一八研究所地址710065陕西省西安市雁塔区电子一路92号72发明人魏伟张晓冬谭宏光薛涛74专利代理机构中国航空专利中心11008代理人李建英54发明名称一种卫星导航数据合理性检测方法57摘要本发明的目的是提出一种操作简便的卫星导航数据合理性检测方法。包括三部分内容1卫星导航数据自身合理性判别；2卫星导航

2、连续两秒数据的合理性判别；3卫星导航数据“离散度”检测。本方法适用于惯性/卫星组合导航系统的对卫星导航数据的筛选，同时其1和2的内容也适合于单独的卫星导航数据的筛选。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书9页附图5页CN102346275A1/2页21一种卫星导航数据合理性检测方法，其特征是，1卫星导航数据自身合理性判别根据惯导使用要求，确定载体经度、纬度的不合理数值区域；根据惯导使用要求，确定载体海拔高度的不合理数值区域；根据惯导使用要求，确定载体水平和天向速度的不合理数值区域；对接收到的卫星导航数据分别按照至判据的顺序进行判别；只有全部满足判别要

3、求，确定为通过自身合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；如果其中任意一个数值不满足判别要求，确定为不通过自身合理性判别，发出本秒卫星导航数据不可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；2卫星导航连续两秒数据的合理性判别分别选择设置位置差绝对值判据、速度差绝对值判据和时间差判据。按照下列步骤检测I判断本秒卫星数据状态字是否有效，如果状态字无效，则不存储本秒数据，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；如果状态字有效，则从卫星导航的位置、速度和时间数据中选择并在内存单元中存储指定的数据；II如果第二秒导航数据的状态字无效，则不存储数据，并且将上一秒存储的

4、数据清除；重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；III如果连续2秒数据有效，则将第2秒相应数据存储到内存单元中；IV将内存中存入的连续2秒数据，同类数据相减并求绝对值；V将得到的若干个绝对值分别与预先设置的每类数据的判据作比较；VI如果有任何1个绝对值超过判据，发出本秒卫星导航数据不可用的信息，清掉内存单元中已存储的连续两秒的卫星导航数据，回到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；VII如果全部绝对值通过判据，则当前卫星导航数据通过连续两秒合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息；VIII如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下1秒卫星导航数据有效，则存入内存单元，顶掉最先存入的

5、第1秒的卫星导航数据，再转到IV；IX如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下1秒卫星导航数据无效，则将连续两秒存储的数据全部清除，再转到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效。3卫星导航数据“离散度”检测分别选择设置位置和速度的离散度判据，并设置每个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数判据。按照下列步骤检测在闭环修正或开环修正的时间周期内，在内存单元中分别从位置和速度的数据中选择存储惯导和卫星导航对应的同步数据；本个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数是否达到判据。否，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据不合格的信息，清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对

6、应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正时间周期内的数据；是，则做下列处理权利要求书CN102346255ACN102346275A2/2页3A分别计算存储的惯导和卫星导航对应同步数据的差值，同一种数据的差值要通过两两比较，确定出一个最大值和一个最小值；B同一种数据的最大值和最小值相减之后再取绝对值，就得到这种数据的离散度；C每一种数据都按上述步骤计算，分别得到对应的离散度；D将每一种数据的离散度分别用预先设定的离散度判据做判断，如果至少有一种数据的离散度达不到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据的离散度超标，不能用于组合导航，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据不可用的信息

7、；如果全部达到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据满足离散度要求，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据可用的信息；清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正时间周期内的数据。权利要求书CN102346255ACN102346275A1/9页4一种卫星导航数据合理性检测方法技术领域0001本发明属于导航技术领域，涉及一种用于惯性/卫星组合导航所用的卫星导航数据合理性检测方法。背景技术0002目前，对于机载惯性/卫星导航组合导航系统的卫星导航数据的合理性判别，一般是在卫星导航接收机中对卫星导航数据做完好性检测，此类方法专门在

8、卫星接收机内部设置，计算较为复杂、实现难度较大。文献1RTCA/DO208MINIMUMOPERATIONALPERFORMANCESTANDARDSFORAIRBORNESUPPLEMENTALNAVIGATIONEQUIPMENTUSINGGLOBALPOSITIONINGSYSTEMGPSRTCAINC1993CHANGENO1TORTCA/DO208，SEPTEMBER21，1993RTCA/DO208使用全球定位系统GPS的机载辅助导航设备的最低使用性能标准。RTCAINC19931993年9月21日第一次更改。RTCA是美国政府和工业部门的航空学组织协会，致力于解决航空业务中的电子

9、和无线电通讯应用中出现的问题，它的目标是通过它的组织成员达成协议来解决这些问题，RTCA的决定对于它所有的相关组织具有推荐的性质。文献1在“附录F最小平方残差RAIMRECEIVERAUTONOMOUSINTEGRITYMONITORING，接收机自主完好性监控方法”详细介绍了RAIM方法的内容，其主要思路是连续检测具有余度的伪距测量值，至少要有5个导航卫星的伪距测量值才能报出故障。由于计算步骤较为复杂这里不一一列出。文献2美ELLIOTTDKAPLAN和CHRISTOPHERJHEGARTY主编，寇艳红译，GPS原理与应用第二版，电子工业出版社，2007年1月，北京，则在“75GPS完好性”

10、中详细描述了RAIM和FDE故障检测和排除方法，除了与文献1相关的内容外，还描述了用至少6个导航卫星的伪距测量值确定故障卫星并从导航解中排除故障卫星的方法，由于方法法较为复杂这里不一一列出。0003本发明是直接对卫星导航数据做检测，与前述的完好性检测方法相比，减少了实现的难度，可对卫星导航数据的跳变、波动和异常值做出比较有效的检测。发明内容0004本发明的目的是提出一种操作简便的卫星导航数据合理性检测方法。本发明的技术解决方案是00051卫星导航数据自身合理性判别0006根据惯导使用要求，确定载体经度、纬度的不合理数值区域；0007根据惯导使用要求，确定载体海拔高度的不合理数值区域；0008根

11、据惯导使用要求，确定载体水平和天向速度的不合理数值区域；0009对接收到的卫星导航数据分别按照至判据的顺序进行判别；0010只有全部满足判别要求，确定为通过自身合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；0011如果其中任意一个数值不满足判别要求，确定为不通过自身合理性判别，发出说明书CN102346255ACN102346275A2/9页5本秒卫星导航数据不可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；00122卫星导航连续两秒数据的合理性判别0013分别选择设置位置差绝对值判据、速度差绝对值判据和时间差判据。按照下列步骤检测0014I判断本秒卫星数据状态字是否

12、有效，如果状态字无效，则不存储本秒数据，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；如果状态字有效，则从卫星导航的位置、速度和时间数据中选择并在内存单元中存储指定的数据；0015II如果第二秒导航数据的状态字无效，则不存储数据，并且将上一秒存储的数据清除；重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；0016III如果连续2秒数据有效，则将第2秒相应数据存储到内存单元中；0017IV将内存中存入的连续2秒数据，同类数据相减并求绝对值；0018V将得到的若干个绝对值分别与预先设置的每类数据的判据作比较；0019VI如果有任何1个绝对值超过判据，发出本秒卫星导航数据不可用的信息，清掉内存单元中已存储

13、的连续两秒的卫星导航数据，回到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；0020VII如果全部绝对值通过判据，则当前卫星导航数据通过连续两秒合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息；0021VIII如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下1秒卫星导航数据有效，则存入内存单元，顶掉最先存入的第1秒的卫星导航数据，再转到IV；0022IX如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下1秒卫星导航数据无效，则将连续两秒存储的数据全部清除，再转到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效。00233卫星导航数据“离散度”检测0024分别选择设置位置和速度的离散度判据，并设置每个修正时间周期内的有效卫星导

14、航数据的的总秒数判据。按照下列步骤检测0025在闭环修正或开环修正的时间周期内，在内存单元中分别从位置和速度的数据中选择存储惯导和卫星导航对应的同步数据；0026本个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数是否达到判据。否，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据不合格的信息，清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正时间周期内的数据；是，则做下列处理0027A分别计算存储的惯导和卫星导航对应同步数据的差值，同一种数据的差值要通过两两比较，确定出一个最大值和一个最小值；0028B同一种数据的最大值和最小值相减之后再取绝对值，就得到这种数据的

15、离散度；0029C每一种数据都按上述步骤计算，分别得到对应的离散度；0030D将每一种数据的离散度分别用预先设定的离散度判据做判断，如果至少有一种数据的离散度达不到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据的离散度超标，不能用于组合导航，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据不可用的信息；如果全部达到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据满足离散度要说明书CN102346255ACN102346275A3/9页6求，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据可用的信息；0031清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正

16、时间周期内的数据。0032本发明具有的优点和有益效果，本发明卫星导航数据合理性判别措施是根据实际需要提出的，简便易行，有较好的效果。针对卫星导航数据异常问题提出的自身合理性判别方法简便实用，较为有效地发现和排除了卫星导航数据明显异常的问题；而针对卫星导航数据跳变和波动问题提出的连续两秒卫星导航数据检测方法、针对修正时间周期内卫星导航数据跳变和波动问题提出的离散度判别方法，都具有较强实用价值。因为卫星导航接收机所处的动态环境十分复杂，即便卫星导航接收机内部采用了RAIM和FDE等方法，由于涉及到检测门限较难设置等多方面原因，无法检测出卫星导航数据的所有问题，采用本发明的方法，是对卫星导航接收机内

17、部检测方法比较有效的补充，实际的应用已证明了其有效性。附图说明0033图1是本发明的流程图；0034图2是本发明自身合理性判别流程图；0035图3是本发明连续两秒合理性判别流程图；0036图4是本发明卫星导航数据离散度检测流程图。具体实施方式00371对卫星导航数据自身合理性判别0038根据惯导使用要求，确定载体经度、纬度的不合理数值区域；0039根据惯导使用要求，确定载体海拔高度的不合理数值区域；0040根据惯导使用要求，确定载体水平和天向速度的不合理数值区域；0041说明以上三种判据预先在程序中设定，具体数值既可固化在程序中，也可设置在非易失存储器中。0042对接收到的卫星导航数据分别按照

18、至判据的顺序进行判别；0043只有全部满足判别要求，确定为通过自身合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；0044说明全部通过至判据后，可不更改原来默认的卫星导航数据可用的自定义的标志字，比如A1为卫星导航数据可用A0为不可用。0045如果其中任意一个数值不满足判别要求，确定为不通过自身合理性判别，发出本秒卫星导航数据不可用的信息，回到等待判断下一秒卫星导航数据；0046说明只要至判据至少有一个不满足，就要将本秒卫星导航数据的自定义的标志字置为不可用，比如置A0。00472卫星导航连续两秒数据的合理性判别0048分别选择设置位置差绝对值判据、速度差绝对值判据

19、和时间差判据。说明这些判据可选择若干种预先在程序中设定，具体数值既可固化在程序中，也可设置在非易失存储器中。按照下列步骤检测说明书CN102346255ACN102346275A4/9页70049I判断本秒卫星数据状态字是否有效，如果状态字无效，则不存储本秒数据，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；如果状态字有效，则从卫星导航的位置、速度和时间数据中选择并在内存单元中存储指定的数据；0050说明要预先在程序中设置专门存储两秒卫星导航数据的内存单元，做好特定的标志，第一秒和第二秒的数据分别存入不同的内存单元。0051II如果第二秒导航数据的状态字无效，则不存储数据，并且将上一秒存储的数据

20、清除；回到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；0052说明注意要彻底清除上一秒存储的数据。0053III如果连续2秒数据有效，则将第二秒相应数据存储到内存单元中；0054说明第二秒数据要存入指定的内存单元。0055IV将内存中存入的连续2秒数据，同类数据相减并求绝对值；0056说明比如第一秒的纬度和第二秒的纬度相减，第一秒的东向速度和第二秒的东向速度相减。0057V将得到的若干个绝对值分别与预先设置的每类数据的判据作比较；0058说明比如3维位置差判据对应卫星导航的第一秒和第二秒的位置差绝对值。0059VI如果有任何1个绝对值超过判据，发出本秒卫星导航数据不可用的信息，清掉内存单元

21、中已存储的连续两秒的卫星导航数据，回到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效；0060说明如果本秒卫星导航数据不可用，下一秒的卫星数据状态字即便有效也不能给出可用信息，只有再下一秒的卫星数据可能是有用的。0061VII如果全部绝对值通过判据，则当前卫星导航数据通过连续两秒合理性判别，发出本秒卫星导航数据可用的信息；0062说明只是本秒卫星导航数据可用。0063VIII如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下一秒卫星导航数据有效，则存入内存单元，顶掉最先存入的第一秒卫星导航数据，再转到IV；0064说明注意是清掉最先存入的第一秒卫星导航数据，再把已存入的第二秒卫星导航数据搬到第一秒卫星数据对

22、应的内存单元中，当前秒的卫星数据则存入第二秒卫星数据对应的内存单元中。0065IX如果前两秒的卫星导航数据通过判断，下1秒卫星导航数据无效，则将连续两秒存储的数据全部清除，再转到I，重新等待和判断下一秒卫星数据状态字是否有效。00663卫星导航数据“离散度”检测0067分别选择设置位置和速度的离散度判据，说明比如可选择设置经度、纬度、东向速度、北向速度判据，具体数值既可固化在程序中，也可设置在非易失存储器中。，并设置每个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数判据。按照下列步骤检测0068在闭环修正或开环修正的时间周期内，在内存单元中分别从位置和速度的数据中选择存储惯导和卫星导航对应的同步数

23、据；0069说明最好是按卫星接收机秒脉冲同步的惯导和卫星导航对应的数据，比如经度、纬度、东向速度、北向速度。0070本个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数是否达到判据。否，发出说明书CN102346255ACN102346275A5/9页8本次修正的时间周期内卫星导航数据不合格的信息，清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正时间周期内的数据；是，则做下列处理0071说明判断本个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数，是按照卫星接收机每秒给出的卫星数据是否有效的状态字来判断并累积计秒数。0072A分别计算存储的惯导和卫星导航对

24、应同步数据的差值，同一种数据的差值要通过两两比较，确定出一个最大值和一个最小值；0073说明比如惯导和卫星导航的同步纬度数据相减，相减的顺序要固定，如惯导纬度卫星导航纬度，再比较每一组同步数据的差值，要考虑正负号。0074B同一种数据的最大值和最小值相减之后再取绝对值，得到这种数据的离散度；0075说明实际上是求数据波动的峰峰值的绝对值。0076C每一种数据都按上述步骤计算，分别得到对应的离散度；0077D将每一种数据的离散度分别用预先设定的离散度判据做判断，如果至少有一种数据的离散度达不到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据的离散度超标，不能用于组合导航，发出本次修正的时间

25、周期内卫星导航数据不可用的信息；如果全部达到要求，则确定本闭环修正或开环修正时间周期内卫星导航数据满足离散度要求，发出本次修正的时间周期内卫星导航数据可用的信息；0078清掉已存储的本次修正的时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，等待和判断下一个修正时间周期内的数据。0079实施例00801卫星导航数据自身合理性判别0081先设置三类判据0082纬度在2020为北纬，为南纬作为不合理数据区；0083海拔高度200M20000M之外作为不合理数据区；0084三维合成速度绝对值600M/S作为不合理数据区，天向速度绝对值300M/S为不合理数据区。0085已知本秒的卫星导航数据为

26、纬度N30，经度E109，东向速度VE430M/S，北向速度VN370M/S，天向速度VU280M/S，海拔高度为H9000M。0086则0087纬度N30和经度E109通过判据；0088海拔高度为H9000M通过判据；0089天向速度VU280M/S通过判据，但三维合成速度绝对值为0090位于三维合成速度绝对值600M/S的不合理数据区，因此不通过判据。0091因此本秒的卫星导航数据没有通过自身合理性判别，本秒卫星导航数据的自定义的标志字置为不可用比如A1为可用，A0为不可用，则A0。00922卫星导航连续两秒数据的合理性判别0093空间3D位置差绝对值判据设置为600M；说明书CN1023

27、46255ACN102346275A6/9页90094空间3D速度差绝对值判据设置为100M/S。0095卫星导航数据0096第一秒纬度N30530，经度E109251，东向速度VE430M/S，北向速度VN370M/S，天向速度VU280M/S，海拔高度为H9600M，卫星数据状态字有效；0097第二秒纬度N30520，经度E109252，东向速度VE438M/S，北向速度VN470M/S，天向速度VU260M/S，海拔高度为H9680M，卫星数据状态字有效；0098第三秒纬度N30524，经度E109257，东向速度VE368M/S，北向速度VN350M/S，天向速度VU210M/S，海拔

28、高度为H8780M，卫星数据状态字有效；0099第四秒纬度N30523，经度E109258，东向速度VE298M/S，北向速度VN350M/S，天向速度VU240M/S，海拔高度为H8890M，卫星数据状态字有效；0100第五秒纬度N30525，经度E109259，东向速度VE278M/S，北向速度VN340M/S，天向速度VU210M/S，海拔高度为H8990M，卫星数据状态字有效；0101则0102I判断第一秒卫星数据状态字有效；0103在内存单元中存储第一秒卫星导航数据；0104判断第二秒卫星数据状态字有效；0105III在内存单元中存储第二秒卫星导航数据；0106IV计算内存单元中存储

29、的第一秒和第二秒卫星导航数据纬度差绝对值L001，经度差绝对值0001，海拔高度差绝对值H80M，东向速度差绝对值VE8M/S，北向速度差绝对值VN100M/S，天向速度差绝对值VU20M/S0107V空间3D位置差绝对值为L为前后两秒纬度的均值0108010901100111已经超过了空间3D位置差绝对值600M的判据；0112VI立刻发出本秒卫星导航数据不可用的信息，比如可用自定义的标志字A也可另外定义标志字B表示，置A0。清掉已存储的连续两秒的卫星导航数据，回到I；0113I再判断下一秒第三秒卫星数据状态字是否有效，结果是“有效”；0114在第一秒对应的内存单元中存储第三秒卫星导航数据；

30、0115判断下一秒第四秒卫星数据状态字是否有效，结果是“有效”；0116III在第二秒对应的内存单元中存储下一秒第四秒卫星导航数据；0117IV计算内存单元中存储的第一秒和第二秒即第三秒和第四秒纬度差绝对值L0004，经度差绝对值0001，海拔高度差绝对值H100M，东向速度差绝对值VE30M/S，北向速度差绝对值VN0M/S，天向速度差绝对值VU30M/S；0118V空间3D位置差绝对值为L为前后两秒纬度的均值说明书CN102346255ACN102346275A7/9页100119012001210122通过了空间3D位置差绝对值600M的判据；0123空间3D速度差绝对值为0124也通过

31、了空间3D速度差绝对值100M/S的判据；0125VII发出本秒卫星导航数据可用的信息。比如置A1。0126判断下一秒第五秒卫星数据状态字是否有效，结果是“有效”；0127VIII用内存单元中存储的第二秒即按本流程顺序的第四秒卫星导航数据直接替换掉内存单元中存储的第一秒即按本流程顺序的第四秒卫星导航数据，再把第五秒卫星数据存储在原来存储第二秒即按本流程顺序的第四秒卫星导航数据的内存单元中。然后回到IV，继续计算和判断。01283卫星导航数据“离散度”检测0129闭环修正时间周期设置为10S0130经度、纬度的“离散度”判据均设置为01；0131高度的“离散度”设置为200M；0132东向速度、

32、北向速度的“离散度”判据均设置为1M/S；0133天向速度的“离散度”判据设置为10M/S；0134每个修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数判据为6。0135某个修正时间周期内的惯导和卫星导航数据如表1和表2所示0136表1某个修正时间周期内的惯导数据0137说明书CN102346255ACN102346275A8/9页110138表2某个修正时间周期内同步的卫星导航数据01390140则0141在本次修正时间周期内，在内存单元中分别从位置和速度的数据中选择存储惯导和卫星导航对应的同步数据。如表1和表2所示，共存储了7秒钟的惯导和卫星导航对应的同步数据，由于第二秒、第六秒和第十秒的卫星数

33、据无效，按秒脉冲存储的惯导数据则不再使用；0142判断本次修正时间周期内的有效卫星导航数据的的总秒数是否达到判据，根据表2的结果是7秒，达到了6秒的判据；0143分别计算存储的惯导和卫星导航对应同步数据的差值。如表3所示，分别计算了6种数据的差值；0144同一种数据的差值要通过两两比较，确定出一个最大值和一个最小值。如表3所示，倒数第二行和第三行分别是每种数据的最大值、最小值。0145同一种数据的最大值和最小值相减之后再取绝对值，得到这种数据的离散度。如表3所示，倒数第一行是每种数据的离散度。0146判断这些数据的离散度是否达到全部的离散度判据。依次判断，结果第五列数据即北向速度差的离散度是1

34、1M/S，超过了10M/S的判据。发出本次修正时间周期内卫星导航数据不可用的信息，比如可用自定义的标志字C1为可用，0为不可用表示，置C0；0147清掉已存储的本次修正时间周期内存储的全部惯导和卫星导航对应的同步数据，回到，继续等待和判断下一个修正时间周期内卫星导航数据的离散度。0148表3某个修正时间周期内惯导和卫星导航数据的“离散度”计算结果0149说明书CN102346255ACN102346275A9/9页12说明书CN102346255ACN102346275A1/5页13图1说明书附图CN102346255ACN102346275A2/5页14图2说明书附图CN102346255ACN102346275A3/5页15说明书附图CN102346255ACN102346275A4/5页16图3说明书附图CN102346255ACN102346275A5/5页17图4说明书附图CN102346255A