分布式自适应抗差的导航系统自主导航技术研究

The ability of autonomous navigation is an important characteristic of the new generation of global satellite navigation system (GNSS), which can enhance system reliability, security and integrity. Compared to GPS only constituted by MEO satellites, COMPASS includes three type satellites, autonomous navigation capability confronts with greater challenges. Therefore, based on long-term autonomous stable COMPASS system, this project not only focuses on the ISL data processing with error suppression ability, but also study deeply on the distributed adaptive robust navigation algorithm adapted with onboard computer. By introducing the distributed Kalman filter, adaptive methods and robust theory, it proposes an autonomous orbit determination method, autonomous time synchronization method and autonomous integrity monitoring method which have high accuracy. The purpose is to improve the ISL measurement accuracy, and then form a complete intellectual property right of autonomous navigation technology for COMPASS system. Moreover, the project is to expand the distributed adaptive robust theory and its application scope, and further enrich the research field of GNSS ISL and autonomous navigation algorithms.

自主导航能力是新一代全球卫星导航系统的重要特征，能够增强系统可靠性、安全性和完好性。相比于GPS系统仅由MEO卫星组成，我国COMPASS星座包括三种轨道卫星，自主导航能力面临更大挑战。本项目以COMPASS星座长期自主稳定运行为目标，引入分布式Kalman滤波、自适应方法、抗差理论等，重点研究具有误差抑制能力的星间链路测量数据处理方法，深入研究与星载计算机能力相适应的分布式自适应抗差导航算法，进而提出一种高精度分布式自主定轨方法、自主时间同步方法、自主完好性方法，以期提高星间链路测量精度，形成一套完整的、具有自主知识产权的导航系统自主导航新技术及相应算法；并进一步扩展分布式自适应抗差理论，扩大其应用范围，丰富并完善GNSS星间链路和自主导航技术领域的研究成果。

自主导航能力是新一代全球卫星导航系统的重要特征，能够增强系统可靠性、安全性和完好性。相比于GPS系统仅由MEO卫星组成，我国COMPASS星座包括三种轨道卫星，自主导航能力面临更大挑战。本项目以COMPASS星座长期自主稳定运行为目标，主要取得以下重要成果：.以分步处理异常测量数据的思路，研究粗差探测、识别、剔除，建立测量数据传播误差模型，提出了具有误差抑制能力的星间测量数据处理方法。结合星座构型、星间链路时隙及路由规划，分析得出星间链路建链特性。.针对现有分布式自主导航算法，从算法原理、约束条件、滤波稳定性、解算精度等多个维度对各类算法进行了比较研究，并将EKF导航算法作为基础模型来开展后续分布式自适应定轨与钟差测定精度研究。.利用自适应理论和抗差估计理论充分发挥状态信息和测量信息的贡献，制定了以星间实测数据为基础的自主定轨策略，讨论了轨道初值、滤波频度等因素对自主定轨精度的影响，最后给出了18星条件下卫星自主运行30天的自主定轨结果，并基于精密轨道产品对其精度进行了评估。.引入自适应抗差估计每台钟的方差信息，提出一种基于Kalman滤波的分布式自主时间同步算法，分析了基于相对钟差和绝对钟差估计星座自主时间同步精度的可行性，给出了有无时间参考基准、星间电文交互条件下的卫星自主滤波性能评估结果。.研究了自主完好性监测方法及相应解决方案，并从完好性参数定义、导航电文结构、参数内容和播发方式等方面对BDS-2和BDS-3系统完好性参数播发现状进行了比对分析，并对各类参数的工程实现情况进行了比较分析。.本项目有助于一步丰富和拓宽精密定轨和时间同步领域的方法理论研究体系，为其他通信卫星以及空间环境监测提供技术支撑；同时，有助于拓展北斗系统的应用范围，提高其长期稳定运行能力和服务能力，为其加入我国天基信息一体化联合作战提供技术储备。