(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211341296.4 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 薛瑞　周里　 (74)专利代理 机构 北京天达知识产权代理事务 所有限公司 1 1386 专利代理师 李明里 (51)Int.Cl. G06F 17/11(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G01S 19/39(2010.01) G01S 19/07(2010.01) G01S 19/47(2010.01) G01C 21/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于截断误差估计的EKF组合导航保护 级确定方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于截断误差估计的EKF组 合导航保护级确定方法； 包括， 建立考虑截断误 差的GNSS/INS紧组合导航系统状态空间模型， 估 计截断误差值和其协方差； 用估计的截断误差和 其协方差修正所述模型； 并考虑截断误差残余 量， 计算修正后的定位误差统计特性， 得到包括 截断误差的保护级表达式； 获取实际的伪距、 伪 距率观测量样本以及对应的残余截断误差样本 数据； 基于极值理论分别包络伪距、 伪距率观测 误差和残 余截断误差样本数据， 得到对应的放大 因子； 将放大因子代入所述保护级表达式得出 GNSS/INS紧组合导航系统的保护级。 本发明结合 更准确的保护级和更准确的误差尾部概率分布， 保证了保护级的可靠性。 权利要求书3页 说明书11页 附图1页 CN 115408652 A 2022.11.29 CN 115408652 A 1.一种基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 建立考虑截断误差的GNSS/INS紧组合导航系统状态空间模型， 估计截断误差值和其协 方差； 用估计的截断误差和其协方差修正所述模型； 并考虑截断误差残余量， 计算修正后的 定位误差统计特性， 得到包括截断误差的保护级表达式； 获取实际的伪距、 伪距率观测量样本以及对应的残余截断误差样本数据； 基于极值理论分别包络伪距、 伪距率观测误差和残余截断误差样本数据， 得到对应的 放大因子； 将放大因子代入所述保护级表达式得 出GNSS/INS紧组合 导航系统的保护级。 2.根据权利要求1所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， 所述考虑截断误差的GNS S/INS紧组合 导航系统状态空间模型为： ； 其中，k为时刻， 是n维的状态向量； 是m维的量测向量； 为n阶的状态一步转 移矩阵， 为m×n阶的量测矩阵； 为截断误差向量； 为n维的系统噪声向量， 为 m维的量测噪声向量。 3.根据权利要求2所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， GNSS/INS紧组合 导航系统状态空间模型的状态向量 为17维的误差状态向量： 其中， 是三维速度误差； 是三维姿态角误差； 是三维位置误差； 是三维加速 度计误差； 是三维陀螺仪误差； 为一维接收机始终偏差； 为一维接收机时钟漂 移。 4.根据权利要求3所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， GNSS/INS紧组合导航系统状态空间模型的量测量为GNSS观测伪距 、 伪距率 与 INS预测的伪距 、 伪距率 之差； 量测噪声向量 包括GNSS观测伪距和伪距率噪声向量。 5.根据权利要求4所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， 采用NPF方法， 估计截断误差值和其协方差， 具体包括： 1） 获取当前时刻观测量与上一时刻观测量的估计的残差；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408652 A 2残差 ； 其中， 为k时刻第i颗星的伪距观测量， 为k时刻第i颗星的伪距率观测量； 和 为k‑1时刻第i颗星的观测量的估计值， 等于函数 在k‑1时刻估 计的定位 解处泰勒展开后省略高阶项的值； i=1,…,p，p为可见星数目； 2） 利用残差估计截断误差的估计量 和其协方差 ： 估计量 ； 协方差 ； 其中， 为半正定的权矩阵， 为量测噪声矩阵。 6.根据权利要求5所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， 用截断误差的估计值和其协方差修 正后的GNS S/INS紧组合 导航系统状态空间模型为： ； 式中， 为截断误差经NPF 方法估计后截断误差残余 量， 。 7.根据权利要求6所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， 包括截断误差的保护级表达式的确定过程包括： 1） 根据卡尔曼 滤波的误差传播， 确定出定位 误差； 2） 进行完好性的假设分配， 得到H0假设下， GNSS/INS紧组合导航系统垂直定位误差表 达式； 3） 根据垂直定位 误差表达式， 确定出垂直定位 误差分布特性； 4） 根据误差分布特性， 得到 H0假设下包括截断误差的保护级表达式。 8.根据权利要求7所述的基于截断误差估计的EKF组合导航保护级计算方法， 其特征在 于， H0假设下， 所述垂直定位 误差表达式： ； 其中， ； 为卡尔曼增益； v为误差状态向量 X中与高度信息所对应的行 号；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408652 A 3