(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 202211180980.9 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 於周晴　许睿　胡哲熠　王景琪　 刘建业　熊智　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 吴旭 (51)Int.Cl. G01C 25/00(2006.01) G01S 19/45(2010.01) G01S 19/46(2010.01) G01S 19/47(2010.01)G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于面向星间差分的GPS/BDS/INS紧组 合导航的多故障检测与剔除方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于面向星间差分的 GPS/BDS/INS紧组合导航的多故障检测与剔除方 法， 包括以下步骤： 步骤1， 初始化求得GPS与BDS 的系统间偏差； 步骤2， 建立基于星际差分的卫 星/惯性紧组合模型； 步骤3， 基于新息量对包括 参考星在内的伪距观测量进行第一次故障检测 与剔除； 步骤4， 在滤波后， 基于残差值进行第二 次故障检测与剔除， 并输出最终定位结果。 本发 明的方法能够处理包括参考星在内的多卫星观 测量故障， 最大化利用正确的卫星观测量。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115540907 A 2022.12.30 CN 115540907 A 1.一种基于面向星间差分的GPS/BDS/INS紧组合导航的多故障检测与剔除方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 初始化 求得GPS与BDS的系统间偏差； 步骤2， 建立基于星际差分的卫星/惯性紧组合模型； 步骤3， 基于新息量对 包括参考星在内的伪距 观测量进行第一次故障检测与剔除； 步骤4， 在滤波后， 基于残差值进行第二次故障检测与剔除， 并输出最终定位结果； 所述步骤2中基于星际差分的卫星/惯性紧组合模型中量测方程的建立： 步骤21， 对当前历元所得的卫星伪距观测值做卫星钟差、 电离层误差、 对流层误差的修 正， 并在BDS系统的伪距观测值中减去系统间偏 差， 最终所得量为之后用于解算的伪距观测 值； 步骤22， 选择卫星高度角最高的那颗卫星作为星际差分中的参考卫星L， 分别计算第i 个卫星的卫星伪距星际差分值 与惯导预测伪距星际差分值 其中： 和 分为第i个卫星和参考卫星L的伪距值， 和 分别为惯导解算的第i 个卫星和参考卫星L的预测伪距， 其值为对应卫星与接收机之 间的几何距离， 则假设卫星总 数为N， 量测量Zk和量测矩阵Hk/k‑1分别为： 其中： 分别为历元k时的第 1个， 第i个， 第N ‑1个卫星的惯导预测伪 距星际差分值， 分别为历元k时的第1个， 第i个， 第N ‑1个卫星的伪距星 际差分值； 分别对应着第1个、 第i个， 第N ‑1个卫星， 其定义为各个卫星与参考 卫星的单位观测矢量差值， 即 和 分别为第i个卫星和参考卫星L的单位观测矢量， 为从导航系n 至地球系e的旋转矩阵； 所述步骤3包括以下步骤： 步骤31， 计算 新息量Υk， 新息量Υk定义为量测量与预测量测量的差值， 即：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115540907 A 2其中： xk/k‑1＝Fk/k‑1xk‑1为第k个历元时刻滤波器状态一步预测值， Fk/k‑1为状态转移矩 阵， xk‑1为上一历元状态量， 由于在闭环滤波中， 之前的误差都会被不断估计和修正， 所以 xk‑1为0， 则xk/k‑1＝0， 即在闭环紧组合中新息量 Υk等于量测量zk； 步骤32， 计算基于新息的第一步故障检测量FΥ， k， FΥ， k由N‑1个元素组成， 即 T为转置符号， 和 分别为第1个， 第i个和第N ‑1个卫星对应 的故障检测量， 定义 为： 其中： 为第i个卫星的新息量， 等于Υk中的第i个元素， 为第i个卫星的新息量的 方差值， 等于新息量协方差阵∑Υ， k中位于第i行第i列的对角线元 素， ∑Υ， k计算方法为： 其中： Pk/k‑1为状态量 一步预测协方差阵， Rk是量测噪声的协方差阵； 步骤33， 分析FΥ， k的分布规律， 筛选记录FΥ， k中符合标准正态分布的值， 记录在集合A0 中， 即 并统计符合标准正态分布的元素值的个数， 记为m0， 即m0＝ length(A0)； 步骤34， 筛选记录FΥ， k中符合非0均值正态分布的值， 记录在集合A1中， 即 μ为正态分布的均值， μ≠0， 统计符合非0均值正态分布的元素值的个 数， 记为m1， 即m1＝length(A1)； 由于 μ值未知， 所以只有当存在不低于三个元素皆满足非0均 值分布时， 才能够进行判断与记录， 即 m1≥3或m1＝0； 步骤35， 当m0≥2时， 即存在两个以上的新息检测量满足标准正态分布， 此时认为参考星 伪距观测量无故障， 转 步骤36； 当m0＜2， 认为 参考星伪距 观测量， 转 步骤37； 步骤36， 所有不满足标准正态分布的检验统计量所对应的非参考星伪距观测量被检测 为有故障， 并被排除， 转 步骤310； 步骤37， 参考星伪距观测量故障， 需要更换参考星： 当m1≥3时， 有 不低于3颗的非参考星 伪距观测值正确， 转步骤38； 当m1<3时， 无法进行无故障非参考星伪距观测值 的判断， 转步 骤39； 步骤38， 剔除原有的参考星， 在集合A1中任意选择一个卫星作为参考星， A1中其余卫星 作为非参 考星， 计算 量测量Zk、 量测矩阵Hk/k‑1和量测噪声的协方差阵Rk， 并转步骤310； 步骤39， 剔除原有参考星， 在剩余卫星中选择任意一个作为参考星， 记录更换参考星的 次数K， 当K＝N‑2， 转步骤311， 否则转 步骤22； 步骤310， 进行扩展卡尔曼 滤波， 输出定位结果， 基于新息的第一 步故障检测方案结束； 步骤311， 以惯导 递推结果作为定位结果输出， 基于新息的故障检测方案结束。 2.根据权利要求1所述的基于面向星间差分的GPS/BDS/INS紧组合导航的多故障检测 与剔除方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115540907 A 3