粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

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1、2016年12月北京航空航天大学学报December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．12http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0362粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测王尔申1’2’+，曲萍萍1，庞涛1，蓝晓宇1，陈佳美1(1．沈阳航空航天大学电子信息工程学院，沈阳110136；2．沈阳航空航天大学辽

2、宁省通用航空重点实验室，沈阳110136)摘要：接收机自主完好性监测(RAIM)是航空卫星导航接收机必不可少的功能，为保持全球卫星导航系统(GNSS)在卫星发生故障时系统性能不降级，需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点，提出一种基于粒子群优化粒子滤波(PSO-PF)的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能，并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较，结果表明：本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统(GPS)故障卫

3、星，其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能，对研究北斗卫星导航系统(BDS)接收机自主完好性监测具有一定的意义。关键词：全球定位系统(GPS)；接收机自主完好性监测(RAIM)；粒子滤波(PF)；故障检测；粒子群优化(PSO)；北斗卫星导航系统(BDS)中图分类号：V241．6；TN967．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)12-2572-07全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatel—liteSystem，GNSS)具有全天候、全球性和连续的导航定位能力。全球定位系统(Globa

4、lPositioningSystem，GPS)是最为成熟的卫星导航系统。我国的北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)目前已进入全球组网建设阶段，在轨运行卫星23颗，预计2020年全面建设完成。卫星导航系统的完好性是衡量其性能的重要指标之一，特别是对可靠性要求苛刻的航空以及交通领域等特殊应用来说，完好性监测是接收机必备的功能之一¨‘31。完好性监测方式主要有3种H1：①卫星自主完好性监测；②利用接收机内部冗余信息的接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousInte

5、grityMonitoring，RAIM)；③增强系统。其中，RAIM包括利用伪距观测量的快照(Snapshot)算法和卡尔曼滤波算法。上述算法对于测量噪声为非高斯时性能下降¨4o。由于导航信号传输过程的各种干扰，使其残差分布不是严格的高斯分布"J，此时，卡尔曼滤波算法性能将下降。国内外很多研究人员将粒子滤波(ParticleFilter，PF)用于非高斯噪声处理问题一。0I，但PF存在粒子退化和多样性丧失等问题⋯‘1“。本文采用粒子群优化粒子滤波(ParticleSwarmOptimizationParticleFilter，

6、PSO—PF)，使粒子样本更加精确地表示状态概率密度函数的真实分布，并将其与似然比方法结合构建PSO．PFRAIM算法。1PSO．PF算法设非线性系统的状态方程和观测方程为工I=八工I—l，埘^一1)(1)Y^=h(x。，"。)(2)式中：卫。为过程向量；y。为测量向量；厂为转移函收稿日期：2016-05-03；录用日期：2016-07-22；网络出版时间：2016-09-0510：31网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160905．1031．002．html基金项目：国家自

7、然科学基金(61571309，61101161)；辽宁省“百千万人才工程”}通讯作者：Tel．：024-89723755E-mail：wanges2016@126．eom；f用格式：王尔事，曲萍萍，庞涛，等．粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测fJJ．北京航空航天大学学报，2016，4202)：2572—2578．WANGES，QuPP，PANGT，eta1．ReceiyerautonomousintegritymonitoringbasedOnparticleswarmoptimizationparticlefilter(

8、J]．JournalofBeijingUniyersityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(12)：2572．2578(inChinese)．第12期王尔申，等：粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测2573数；h为传递