衛星導航系統完好性原理與方法

蔚保國，1966年10月生，內蒙古涼城縣人，中國電子科技集團公司第五十四研究所研究員，博士生導師。
多年來先後從事航天測控、北斗地面運控、GNSS測試評估、高精度時間同步、智能導航與位置服務等領域的研究工作，作為負責人先後承擔北斗一號/北斗二號/北斗三號工程、中歐伽利略科技合作計劃項目、國家“863”計劃重點項目、國家科技支撐項目、國家自然科學基金等一系列重要的科研和工程研製項目。
目前任中國電子學會會士、中國電子科技集團公司首席科學家、中國電子科技集團公司第五十四研究所副總工程師、衛星導航系統與裝備技術國家重點實驗室主任、全國北斗標準化技術委員會委員、中國衛星導航定位協會室內導航定位專業委員會主任委員、中國測繪學會大地測量與導航專業委員會委員、中國第二代衛星導航系統重大專項體系總體專家組專家。 2010年至今，連續十屆擔任中國衛星導航學術年會分會主席。先後獲“十一五”國家科技計劃執行突出貢獻獎、北斗二號工程突出貢獻先進個人、中國電子科技集團公司科技創新突出貢獻獎、中國電子學會“十佳”優秀科技工作者、河北省五一勞動獎章、全國五一勞動獎章、全國“最美科技工作者”等榮譽稱號。
榮獲國家科學技術進步獎特等獎、衛星導航定位科學技術獎特等獎、軍隊科學技術進步獎一等獎、河北省科學技術進步獎一等獎、中國電子學會技術發明獎一等獎等獎勵。
　　

楊元喜，江蘇省泰州市人，工學博士，中國科學院院士，西安測繪研究所研究員。
現任北斗全球衛星導航系統副總設計師，曾任國際大地測量學與地球物理學聯合會（IUGG）中國委員會主席（2016-2020）。
長期從事大地測量與衛星導航研究，創造性地提出了相關觀測抗差估計系列理論，建立了全新的自適應動態導航定位理論體系：主持完成了多項大型國家大地測量工程。先後獲得國家科學技術進步獎二等獎2項，省部級科學技術進步獎特等獎1項、一等獎5項。
發表論文300餘篇，其中SCI收錄60餘篇；出版學術專著2部，合著3部。曾獲求是傑出青年實用工程獎、何梁何利科技進步獎——地球科學獎、航天基金會“錢學森傑出貢獻獎”。
2003年當選國際大地測量學會會士。 2018年當選美國導航協會會士。
　　

陳金平，1971年7月生，安徽舒城人。
博士，現任北京衛星導航中心正高級工程師，武漢大學博士生導師。
主要從事北斗衛星導航系統總體設計、系統運行控制、時空基準建立與維持、增強系統與完好性。
智能運維等研究工作，先後擔任北斗三號工程運控系統總設計師、中國衛星導航學術年會分會主席等。主持或參加完成了國家重大專項、國家“863”計劃、國家自然科學基金等科研項目20餘項。
獲得省部級科學技術進步獎10餘項。發表學術論文30餘篇。
　　
　　
曹月玲，1983年3月生，黑龍江雙鴨山人，副研究員，博士，碩士生導師。
主要致力於衛星導航系統星基增強信息處理研究、GNSS完好性監測、導航服務性能評估，承擔了我國北斗導航星基增強信息處理系統的算法設計、軟件研製和系統測試等工作。
獲得國家科學技術進步獎二等獎1項，省部級科學技術進步獎特等獎1項、一等獎2項、三等獎1項。發表SCI和EI論文10餘篇。
　　
　　
徐君毅，1984年12月生，河南洛陽人，博士，工程師。
長期從事北斗衛星導航系統設計論證及研製建設，主要研究領域包括衛星導航地面系統總體架構設計、衛星導航系統完好性監測、系統服務性能評估、北斗坐標系建立與維持等。
作為課題負責人或主要成員，參與完成10餘項重大科研課題。
獲得省部級科學技術進步獎一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項。發表SCI和EI論文10餘篇。
　　
　　
王夢麗，1978年9月生，山東日照人，博士，高級工程師，北斗三號星間鏈路運管系統副總設計師。
長期從事北斗衛星導航系統總體設計論證和研製建設，主要研究領域包括衛星導航地面系統總體架構設計、導航信號設計和收發、星地星間一體化鏈路設計、星基增強技術、導航系統性能測試等。
作為課題負責人或主要成員，參與完成20佘項重大科研課題。
獲得省部級科學技術進步獎一等獎1項、二等獎2項、三等獎4項。

目錄
第1章 緒論
1.1 衛星導航系統特徵
1.1.1 總體架構特徵
1.1.2 組成要素特徵
1.1.3 主要性能特徵
1.2 衛星導航系統性能需求
1.2.1 精度
1.2.2 完好性
1.2.3 連續性
1.2.4 可用性
1.3 衛星導航系統故障因素
1.3.1 系統級異常
1.3.2 運行環境異常
1.3.3 用戶端異常
1.4 衛星導航系統完好性概念
1.5 衛星導航系統增強體系
1.5.1 差分技術體系
1.5.2 完好性技術體系
1.5.3 增強體系架構
參考文獻
第2章 星基增強系統
2.1 引言
2.2 系統組成及工作原理
2.2.1 系統基本組成
2.2.2 系統工作過程
2.2.3 廣域差分原理
2.2.4 完好性監測原理
2.3 參考站數據處理方法
2.3.1 基本觀測模型及處理流程
2.3.2 相位平滑偽距和電離層延遲計算
2.3.3 利用電離層延遲率檢測和修復相位週跳
2.3.4 頻率間偏差校準
2.4 衛星星曆及鐘差改正處理方法
2.4.1 處理方法分析
2.4.2 衛星位置改正數的處理
2.4.3 衛星鐘差改正數的處理
2.4.4 數據處理質量控制
2.5 格網電離層延遲改正處理方法
2.5.1 格網改正法基本思想
2.5.2 格網點電離層延遲的確定
2.5.3 用戶電離層改正的內插
2.6 接收機應用數據處理方法
2.6.1 主要功能及基本組成
2.6.2 廣域差分定位處理過程
2.6.3 完好性處理
2.6.4 對流層延遲改正處理
2.7 信息傳輸及電文格式
參考文獻
第3章 地基增強系統
3.1 引言
3.2 系統組成及工作流程
3.2.1 系統基本組成
3.2.2 系統工作流程
3.3 局域差分改正處理方法
3.3.1 實時偽距差分
3.3.2 單頻相位平滑偽距
3.3.3 雙頻相位平滑偽距
3.3.4 實時載波相位差分
3.3.5 海基JPALS算法
3.4 參考站天線多路徑抑制
3.5 機場偽衛星設計與佈置
3.5.1 機場偽衛星的應用發展
3.5.2 機場偽衛星信號設計
3.5.3 機場偽衛星設置方法
3.5.4 機場偽衛星的時間同步
3.5.5 飛機用戶的天線位置
3.6 信息傳輸及電文格式
參考文獻
第4章 接收機自主完好性監測
4.1 引言
4.2 故障檢測排除（FDE）處理過程
4.3 基於最小二乘殘差的RAIM算法
4.3.1 基本模型
4.3.2 基於殘差平方和的故障檢測
4.3.3 故障檢測的完好性保證
4.3.4 基於殘差元素的故障識別
4.3.5 故障識別的完好性保證
4.4 基於奇偶空問矢量的RAIM算法
4.4.1 奇偶空間矢量的形成
4.4.2 基於奇偶矢量的故障檢測和識別
4.4.3 基於奇偶矢量的完好性保證
4.4.4 奇偶矢量算法與最小二乘算法的比較
4.5 HPL算法分析及HUL的計算
4.5.1 檢驗統計量與定位誤差的關係
4.5.2 偏差與噪聲相互影響的HPL算法
4.5.3 HPL計算方法的比較
4.5.4 HUL的計算
4.6 RAIM可用性分析
4.6.1 RAIM可用性分析方法
4.6.2 分析方案及數據準備
4.6.3 可用性分析結果
4.7 先進接收機自主完好性監測（ARAIM）
4.7.1 ARAIM簡介
4.7.2 北斗與其他GNSS組合ARAIM可用性分析
4.8 相對接收機自主完好性監測（RRAIM）
4.8.1 基於RRAIM的定位算法
4.8.2 RRAIM的故障檢測
4.8.3 RRAIM的VPL計算
參考文獻
第5章 星基增強系統完好性監測
5.1 引言
5.2 完好性監測體系設計
5.2.1 故障因素影響分析
5.2.2 完好性監測體系的結構選擇
5.2.3 完好性監測的驗證方法
5.2.4 各種驗證方法的處理結果分析
5.2.5 通過地面監測站的外符合驗證
5.3 UDRE驗證算法及分析
5.3.1 UDRE定義及需求
5.3.2 UDRE驗證算法實現
5.3.3 UDRE模擬分析
5.4 GIVE驗證處理及UIVE內插計算分析
5.4.1 GIVE及UIVE的定義及需求
5.4.2 GIVE驗證算法的實現
5.4.3 UIVE的計算
5.4.4 模擬分析
5.5 定位域完好性的確定及分析
5.5.1 基本概念
5.5.2 門限傳遞確定方法
5.5.3 方差傳播方法
5.5.4 模擬分析
5.6 可用性模擬分析
5.6.1 分析方案及數據模擬
5.6.2 分析結果
參考文獻
第6章 地基增強系統完好性監測
6.1 引言
6.2 完好性監測體系設計
6.2.1 故障因素影響分析
6.2.2 各種故障因素的監測處理
6.2.3 完好性監測處理綜合流程
6.3 完好性監測信息處理方法
6.3.1 偽距改正數生成
6.3.2 差分改正誤差精度模型
6.3.3 用戶定位誤差保護門限確定
6.3.4 各種置信概率的確定
6.4 地面多參考站故障檢測和排除方法
6.4.1 基於日值的故障檢測門限確定
6.4.2 基於B值的故障排除方法
6.4.3 基於最小二乘殘差的故障檢