第
37
卷第
12
期
2012
年
12
月
武汉大学学报·信息科学版
Geomatics
and
Information
Science
of
Wuhan
University
Vol. 37 No. 12
Dec. 2012
文章编号
:1671-8860(2012)12-1429-05
文献标志码
:A
非正态分布假设下的完好性阙值计算与分析
牛
飞
1.
2
陈金平
I
高为广
3
张义生
4
cl
北京卫星导航中心,北京市
5136
信箱
.100094)
(2
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京市学院路
37
号
.100083)
(3
北京跟踪与通信技术研究所,北京市
5131
信箱
.100094)
(4
北京应用气象研究所,北京市民族园路
8
号
.100029)
摘
要:引入"概率包络"概念,从分析复杂多路径误差的概率分布入手,推导了两种非高斯分布的多路径误差
概率分布模型,改进了两种基于污染正态分布的完好性阂佳计算方法,并分别在伪距域和定位域对非高斯误
差分布模型进行高斯概率包络分析,计算相应的均方差膨胀因子,从理论上体现了完好性阂佳计算方法的严
密性和有效性。仿真计算结果表明,两种改进的完好性阅值计算结果都能够对污染正态分布误差模型实现高
斯概率包络,但第一种改进方法计算结果相对比较保守,第二种改进方法计算结果更加优化。
关键词:完好性;污染正态分布;概率包络;多路径;蒙特卡洛
中图法分类号
:P228.41
卫星导航完好性是指当系统不可用于导航时
严密性,达到严格控制用户段完好性风险的目的。
向用户提供实时告警的能力,包括告警限值、完好
性风险概率和告警时间
3
个指标。用户最终的完
1
概率包络及其数学描述
好性判定是通过计算用户端完好性阔值
(VPL
和
HP
L)与告警限值
(VAL
和
HAL)
相比较来实现
的。由于
HPL
和
VPL
的计算方法基本-致,为
了方便说明,本文只对
VPL
的计算方法进行分
析:
VPL
HO
= K
md
_
ff
(1)
式中
,
Ho
为元故障假设
;Sv.i
为空间几何投影矩阵
U
行
i
列元素
;σz
为第
i
颗卫星用户视线方向伪距
域误差
;Kmd
ff
是无故障漏检概率对应的分位数
;n
为用户当前可视卫星数。问题在于式(1)的计算
是基于正态分布假设的,没有考虑非正态分布对
于阔值计算的影响,从理论上不具有严密性,本文
主要针对这一问题进行分析研究。
目前,国外从事卫星导航生命安全服务研究
的学术组织开展了大量完好性风险控制研究工
作[川]。本文在上述思想的基础上,对非正态分
布误差模型进行高斯概率包络分析,改进完好性
阔值计算方法,从理论上体现完好性计算模型的
收稿日期:
2012-09-26
。
项目来源
z
国家
863
计划资助项目
(2007
AA120601)
。
与精度指标不同,完好性指标更加关注产生
粗大误差的异常导航解,因而对误差分布的"尾
部"尤其关心。
式(1)的不完善之处在于没有考虑到误差分
布特性对计算结果的影响,对基于非正态分布误
差模型的计算存在失真。导航信号伪距域误差包
括卫星部分误差、传播路径部分误差和接收机端
误差,其误差分布比较复杂,通常是由复杂分布组
合而成。本文改进非正态分布的完好性阔值计算
的思路是:①考虑偏差项的影响;②在完好性阔
值计算中引人均方差膨胀因子系数,采用概率包
络的方法,对非正态分布误差在伪距域和定位域
进行概率包络分析。
概率包络包括概率密度包络和累积概率包
络。概率密度包络定义为:若户
a
(X)>
ρ
h
(X)
,
则
认为随机变量
α
在
Z
处概率密度包络随机变量
b
,
其中,
ρ
a
(X)
为随机变量
G
的概率密度函数。