Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp giám sát tính toàn vẹn tự động đa cấp cho hệ thống định vị kết hợp chống chịu nhiều nguồn PNT
Tóm tắt
Để giám sát tính toàn vẹn cho hệ thống định vị kết hợp chống chịu nhiều nguồn PNT (Định vị, Điều hướng và Thời gian), một khuôn khổ lý thuyết về giám sát tính toàn vẹn tự động đa cấp được đề xuất. Theo chế độ của hệ thống định vị kết hợp nhiều nguồn, khuôn khổ này áp dụng cấu trúc logic từ trên xuống và thiết lập mô hình phát hiện lỗi nguồn định vị dựa trên phương pháp dư phân tách đa tổ hợp để phát hiện và cách ly nguồn lỗi ở cấp hệ thống và cấp tiểu hệ thống. Đối với các nguồn định vị không dư thừa đã bị cách ly, mô hình xác minh phục hồi cấp hệ thống được sử dụng. Đối với các nguồn định vị đa dư thừa đã bị cách ly, mô hình phát hiện lỗi cảm biến được tối ưu hóa bằng ma trận mở rộng chiều được sử dụng để phát hiện và cách ly các cảm biến lỗi, và các cảm biến lỗi đã bị cách ly được xác minh trong thời gian thực. Cuối cùng, theo kết quả phát hiện và xác minh lỗi ở mỗi cấp, thông tin quan sát trong giải pháp định vị kết hợp được điều chỉnh một cách linh hoạt. Trên cơ sở này, cây giám sát rủi ro tính toàn vẹn động được thành lập để tính toán Cấp độ Bảo vệ (PL) và đánh giá tính toàn vẹn của hệ thống định vị tích hợp nhiều nguồn. Phương pháp giám sát tính toàn vẹn tự động được đề xuất trong bài báo này đã được kiểm tra bằng hệ thống định vị tích hợp với Hệ thống Định vị Quán tính (INS), Hệ thống Vệ tinh Định vị Toàn cầu (GNSS), Định vị Đường Cơ sở Dài (LBL) và Định vị Đường Cơ sở Siêu Ngắn (USBL). Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp đề xuất có thể hiệu quả cách ly nguồn lỗi trong vòng 5 giây, và có thể nhanh chóng phát hiện nhiều cảm biến bị lỗi, đảm bảo rằng độ chính xác định vị của hệ thống định vị kết hợp nằm trong khoảng 5 mét, cải thiện hiệu quả khả năng chống chịu và độ tin cậy của hệ thống định vị kết hợp nhiều nguồn.
Từ khóa
#tính toàn vẹn #giám sát #định vị #kết hợp #cảm biến #phát hiện lỗiTài liệu tham khảo
Blanch, J., Walter, T. & Enge, P. (2012). Advanced RAIM user Algorithm description: Integrity support message processing, fault detection, exclusion, and protection level calculation. In Proceedings of the 25th international technical meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation, 17–21 Sept. 2012, Nashville, TN.
Blanch, J., & Walter, T. (2021). Fast protection levels for fault detection with an application to advanced RAIM. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 57(1), 55–65. https://doi.org/10.1109/TAES.2020.3011997
Cong, N. (2021). Research on multi-source navigation information fusion and fault detection algorithm. Ph.D. Thesis, Harbin engineering university, Harbin, China.
Cui, Z. B., Jing, B., & Jiao, X. X. (2021). Design of fault-tolerant integrated navigation system based on federated Kalman filter. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation, 35(11), 143–153. (in Chinese).
Diggelen, F. V. & Brown, A. (1994). Mathematical aspects of GPS RAIM. In Proceedings of IEEE position, location and navigation symposium, 11–15 Apr. 1994, Las Vegas, NV, USA. https://doi.org/10.1109/PLANS.1994.303383
Feng, S., Ochieng, W., & Moore, T. (2009). Carrier phase-based integrity monitoring for high-accuracy positioning. GPS Solutions, 13(1), 13–22. https://doi.org/10.1007/s10291-008-0093
GEAS Panel. (2008). GNSS Evolutionary Architecture Study: Phase I-Panel Report, GNSS Evolutionary Architecture Study Panel, FAA, Washington, DC, USA.
GEAS Panel. (2010). GNSS Evolutionary Architecture Study: Phase II-Panel Report, GNSS Evolutionary Architecture Study Panel, FAA, Washington, DC, USA.
Gioia, C., & Borio, D. (2017). Multi-constellation T-RAIM: An experimental evaluation. In 30th international technical meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. 25–29 Sept. 2017, Portland, OR, USA. https://doi.org/10.33012/2017.15393
Groves, P. D. (2016). Assured PNT through multiple diverse technologies. In 29th international technical meeting of the satellite Division of the Institute of Navigation, 12–16 Nov. 2016, Portland, OR, USA. https://doi.org/10.33012/2016.14803
Hein, G. W. (2020). Status, perspectives and trends of satellite navigation. Satellite Navigation, 1(22), 1–12. https://doi.org/10.1186/s43020-020-00023-x
Hewitson, S., & Wang, J. (2010). Extended receiver autonomous integrity monitoring (eRAIM) for GNSS/INS integration. Journal of Surveying Engineering, 136(1), 13–22.
Joerger, M., & Pervan, B. (2013). Kalman filter-based integrity monitoring against sensor faults. Journal of Guidance Control & Dynamics, 36(2), 349–361. https://doi.org/10.2514/1.59480
Juan, B., Todd, W., & Per, E. (2009). RAIM with optimal integrity and continuity allocations under multiple failures. IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, 46(3), 1235–1247. https://doi.org/10.1109/TAES.2010.5545186
Jurado, J. D. & Raquet, J. F. (2019). Autonomous and resilient management of all-source sensors. In Proceedings of the ION 2019 Pacific PNT meeting, 142–159, Apr. 2019, Honolulu, Hawaii. https://doi.org/10.33012/2019.16800
Jurado, J. D., Raquet, J. F., & Kabban, C. (2020). Residual-based multi-filter methodology for all source fault detection, exclusion, and performance monitoring. Navigation, 67(3), 493–509. https://doi.org/10.1002/navi.384
Jurado, J. D., Raquet, J. F., & Kabban, C. (2021). Single-filter finite fault detection and exclusion methodology for real-time validation of plug-and-play sensors. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 57(1), 66–75. https://doi.org/10.1109/TAES.2020.3010394
Lee, Y. C. & Bian, B. (2017). Advanced RAIM performance sensitivity to deviation of ISM parameter values. In 30th International technical meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, 25–29 Sept. 2017, Portland, OR, US. https://doi.org/10.33012/2017.15192
Madrid, P.F. (2016). Method for computing an error bound of a Kalman Filter based GNSS position solution. GMV Aerospace and Defense S.A., 2016.
Martin, T. (2020). Advanced receiver autonomous integrity monitoring in tightly integrated GNSS/inertial systems. DGON Inertial Sensors and System, 15–16 Sept. 2020, Braunschweig, Germany. https://doi.org/10.1109/ISS50053.2020.9244822
Meng, Q., & Hsu, L. T. (2021). Integrity monitoring for all-source navigation enhanced by Kalman filter based solution separation. IEEE Sensors Journal, 21(14), 15469–15484. https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.3026081
Pan, W., Zhan, X., & Zhang, X. (2019). Fault exclusion method for ARAIM based on tight GNSS/INS integration to achieve CAT-I approach. IET Radar, Sonar Navigation, 13(11), 1909–1917. https://doi.org/10.1049/iet-rsn.2019.0179
Parkinson, B. W., & Axelrad, P. (1988). Autonomous GPS integrity monitoring using the pseudorange residual. Navigation, 35(2), 255–274.
Sepulveda, L. E. (2021). Optimizing a Bank of Kalman Filters for Navigation Integrity. Ph.D. Thesis, Air Force Institute of Technology, Dayton, USA.
Yang, C. (2017). Research on fault detection and fault tolerant technologies for integrated navigation system. Ph.D. Thesis, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China.
Yang, Y. X. (2018). Resilient PNT concept frame. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 47(7), 893–898. (in Chinese).
Zabalegui, P., Miguel, G. D., & Perez, A. (2020). A review of the evolution of the integrity methods applied in GNSS. IEEE Access, 08, 45813–45824. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2977455
Zhai, Y., Zhan, X., & Pervan, B. (2020). Bounding integrity risk and false alert probability over exposure time intervals. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 56(3), 1873–1885. https://doi.org/10.1109/TAES.2019.2935962
Zhang, Q. Q., Zhao, L., & Zhou, J. H. (2019). Improved method for single and multiple faults exclusion based on consensus voting. Journal of Navigation, 72(4), 1–20. https://doi.org/10.1017/S0373463318001133
Zhang, Q. Q., Zhao, L., & Zhou, J. H. (2022). A resilient adjustment method to weigh pseudorange observation in precise point positioning. Satellite Navigation, 3(16), 1–15. https://doi.org/10.1186/s43020-022-00076-0
Zheng, S., Gao, M., Huang, Z., et al. (2022). Satellite integrity monitoring for satellite-based augmentation system: An improved covariance-based method. Satellite Navigation, 3(9), 1–11. https://doi.org/10.1186/s43020-022-00070-6
Zhu, N., Marais, J., & Bétaille, D. (2018). GNSS position integrity in urban environments: A review of literature. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 19(9), 2762–2778. https://doi.org/10.1109/TITS.2017.2766768