本發(fā)明涉及自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域，具體為一種使用ppp-rtk的自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)完整性監(jiān)測(cè)故障識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global?navigation?satellite?system，gnss)是一種利用地球軌道衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)建成的gnss系統(tǒng)包括美國(guó)的gps(global?positioning?system)、俄羅斯的glonass(global?navigationsatellite?system)、中國(guó)的bds(beidou?satellite?navigation?system)以及歐盟的galileo(伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))。

2、在gnss中，精密單點(diǎn)定位(ppp)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(rtk)是兩種重要的定位技術(shù)。ppp是一種通過修正從衛(wèi)星到地面接收機(jī)誤差來提高定位精度的方法。其原理是收集來自各種傳感器的數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星的位置、速度等信息，以及接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后使用噪聲濾波、數(shù)據(jù)解算等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。ppp的優(yōu)勢(shì)在于精度高和覆蓋范圍廣，但算法性能較低，導(dǎo)致收斂速度慢，并且初始化時(shí)間在30分鐘以上，耗時(shí)過長(zhǎng)，難以商業(yè)化。rtk采用載波相位差分方法，首先基站和車輛同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，基站通過電臺(tái)將觀測(cè)值廣播，車輛收到基準(zhǔn)站發(fā)送的信號(hào)后，與自身觀測(cè)值作差，消除兩者共同包含的誤差，從而精確地得到車輛與基準(zhǔn)站的空間相對(duì)位置關(guān)系，然后將相對(duì)位置關(guān)系轉(zhuǎn)換成用戶需要的坐標(biāo)。rtk的優(yōu)勢(shì)在于通過基站與車輛之間的通信鏈路實(shí)時(shí)傳輸改正數(shù)，大大提高了收斂速度。但缺點(diǎn)在于改正數(shù)丟失后，精度僅可保持30秒，并且rtk對(duì)地面基站的數(shù)量需求多，并且對(duì)單個(gè)基站的依賴程度高，因此覆蓋范圍受到較嚴(yán)重的限制。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，精度、收斂時(shí)間、覆蓋范圍三者不可兼得，直到ppp-rtk技術(shù)的出現(xiàn)，在算法層面將二者統(tǒng)一，同時(shí)具備兩者的優(yōu)勢(shì)，并且彌補(bǔ)了二者的劣勢(shì)。在該技術(shù)中，ppp部分負(fù)責(zé)校正衛(wèi)星軌道鐘差和相位偏差等，實(shí)現(xiàn)星基厘米級(jí)高精度增強(qiáng)。初始化在2分鐘內(nèi)即可完成，用時(shí)大幅縮短。rtk部分則根據(jù)不同的基站密度和帶寬對(duì)采樣頻率進(jìn)行調(diào)整，并避免電離層和對(duì)流層延遲的影響。改正數(shù)丟失后，精度保持時(shí)長(zhǎng)增加至120秒。同時(shí)，對(duì)基站密度的需求相對(duì)較少，并且對(duì)單個(gè)基站的依賴程度極低

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決車輛自動(dòng)駕駛時(shí)，通過地面站網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障衛(wèi)星進(jìn)行過濾，從而識(shí)別出用戶端的硬件故障和位置相關(guān)故障的問題，提供了一種使用ppp-rtk的自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)完整性監(jiān)測(cè)故障識(shí)別方法。

2、根據(jù)故障的來源可以將故障分為兩種主要類型。第一類是衛(wèi)星誤差引起的故障。第二種類型的故障是由于用戶接收器、大氣校正異常以及與位置相關(guān)的錯(cuò)誤(例如異常多徑)導(dǎo)致的。這種故障只出現(xiàn)在用戶側(cè)，地面站網(wǎng)絡(luò)無法檢測(cè)到。本發(fā)明針對(duì)第二種類型故障進(jìn)行識(shí)別。ppp-rtk是一種很有前景的定位技術(shù)，利用該技術(shù)在減少im任務(wù)中計(jì)算負(fù)載的同時(shí)，而不會(huì)影響定位可用性。通過計(jì)算用戶接收機(jī)的匹配的無差和未組合(uduc)殘差與最近參考站觀測(cè)值之間的比率來實(shí)現(xiàn)的。該比率用于對(duì)各個(gè)觀測(cè)值進(jìn)行排名，其中比率最大的觀測(cè)值最有可能是錯(cuò)誤的。因此，更有可能在不生成和測(cè)試大量子集的情況下識(shí)別錯(cuò)誤的觀察結(jié)果。此外，與按衛(wèi)星執(zhí)行排除的分組技術(shù)不同，可以針對(duì)每個(gè)觀測(cè)嘗試排除，這保留了觀測(cè)的可用性。

3、本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種使用ppp-rtk的自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)完整性監(jiān)測(cè)故障識(shí)別方法，包括如下步驟：

4、s1：地面網(wǎng)絡(luò)端接受信號(hào)，具體為：

5、地面網(wǎng)絡(luò)端接受包含衛(wèi)星天線相位中心的誤差(pvo、pco)、精密時(shí)鐘及軌道信號(hào)、參考站地面真值及地球方向參數(shù)信號(hào)，衛(wèi)星天線相位中心的誤差為pvo及pco；

6、s2：地面網(wǎng)絡(luò)端處理信號(hào)后再發(fā)出信號(hào)，具體為：

7、地面網(wǎng)絡(luò)端利用各個(gè)衛(wèi)星的已知位置來檢查由于衛(wèi)星誤差而導(dǎo)致的故障衛(wèi)星，通過將包含故障衛(wèi)星列表和電離層及相位偏差校正的rtcm消息實(shí)時(shí)地發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)用戶終端，使用戶終端在定位過程前排除故障衛(wèi)星；

8、s3：在s2中解決了衛(wèi)星誤差引起的故障后，該步驟中用于解決由于用戶接收器、大氣校正異常以及與位置相關(guān)的錯(cuò)誤導(dǎo)致的故障；該故障只出現(xiàn)在用戶端，網(wǎng)絡(luò)無法檢測(cè)到，因此創(chuàng)建了一個(gè)接收方自主的完整性監(jiān)控協(xié)議，具體如下：

9、s3-1：其中一種方法為，使用卡方檢驗(yàn)掃描每個(gè)位置解的計(jì)算殘差是否存在故障，首先檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，表示為：

10、

11、其中是所有視圖的解，而是子集k1…n的解，其中n是測(cè)試子集的數(shù)量；根據(jù)以下兩個(gè)等式，將每個(gè)子集的解差與統(tǒng)計(jì)閾值進(jìn)行比較：

12、

13、式中：hfa是累積分布函數(shù)正態(tài)分布的分位數(shù)，根據(jù)分配的誤報(bào)概率fa和考慮的故障模式總數(shù)計(jì)算得出，是標(biāo)準(zhǔn)差；之后通過掃描估計(jì)位置解的殘差以查找故障，如下所示：

14、

15、式中：是位置解的殘差向量；是觀測(cè)值的協(xié)方差矩陣；α是根據(jù)im流程的設(shè)計(jì)和現(xiàn)有應(yīng)用程序確定的顯著性值，df是自由度；

16、s3-2：當(dāng)用戶終端接受地面網(wǎng)絡(luò)端的信號(hào)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤測(cè)量時(shí)的處理流程，當(dāng)考慮同時(shí)發(fā)生多個(gè)錯(cuò)誤測(cè)量的可能性時(shí)，所需的測(cè)試數(shù)量將是巨大的，相應(yīng)的計(jì)算量也是巨大的，會(huì)影響實(shí)時(shí)定位性能。通過計(jì)算用戶位置解的各個(gè)觀測(cè)值殘差與最近參考站的對(duì)應(yīng)觀測(cè)值殘差之間比率的絕對(duì)值，設(shè)定最近參考站的對(duì)應(yīng)觀測(cè)值殘差之間比率的絕對(duì)值在消除故障衛(wèi)星后的重合，是無故障的，不使用歸一化值，使用仰角加權(quán)模型，并且網(wǎng)絡(luò)工作站之間的距離<100km，因此用于歸一化的標(biāo)準(zhǔn)差流動(dòng)站和參考站的殘差相同，過程表示如下：

17、

18、式中，m為網(wǎng)絡(luò)排除可疑衛(wèi)星后用戶觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)量；是用戶代碼和相位觀測(cè)向量；gu是設(shè)計(jì)矩陣，排除來自同一衛(wèi)星的高度相關(guān)的觀測(cè)結(jié)果，相關(guān)系數(shù)計(jì)算如下：

19、

20、式中，ρ是觀測(cè)值a、b的誤差之間的相關(guān)系數(shù)；d是一個(gè)零列向量，僅在a和b條目處具有1；是用戶殘差的協(xié)方差矩陣；是用戶觀測(cè)值的協(xié)方差矩陣；

21、s3-3：初步排除可疑觀測(cè)值后，重新估計(jì)位置解并重復(fù)卡方檢驗(yàn)；如果檢測(cè)測(cè)試?yán)^續(xù)失敗，則嘗試排除第二個(gè)最易受攻擊的觀測(cè)值及其高度相關(guān)的觀測(cè)值，并且無需將先前排除的觀測(cè)重新插入到模型中；重復(fù)這些過程，直到測(cè)試通過，并識(shí)別出錯(cuò)誤的觀察結(jié)果。排除地面站網(wǎng)絡(luò)上報(bào)的故障衛(wèi)星和排除高度相關(guān)的觀測(cè)值，可以極大地降低出現(xiàn)多于一個(gè)錯(cuò)誤觀測(cè)值的風(fēng)險(xiǎn)，該方法可用于排除單個(gè)或兩個(gè)同時(shí)觀測(cè)值；無論是同一顆衛(wèi)星還是來自兩顆不同衛(wèi)星的觀測(cè)，只要選取比值最大的兩個(gè)觀測(cè)值，該方法就可以應(yīng)用于懷疑兩個(gè)同時(shí)錯(cuò)誤觀測(cè)的情況。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所提供的一種使用ppp-rtk的自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)完整性監(jiān)測(cè)故障識(shí)別方法，可用于排除單個(gè)或兩個(gè)同時(shí)觀測(cè)值。無論是同一顆衛(wèi)星還是來自兩顆不同衛(wèi)星的觀測(cè)，只要選取比值最大的兩個(gè)觀測(cè)值，該方法就可以應(yīng)用于懷疑兩個(gè)同時(shí)錯(cuò)誤觀測(cè)的情況。由于對(duì)有限數(shù)量的可疑觀測(cè)進(jìn)行了基于統(tǒng)計(jì)的選擇過程，從而避免了對(duì)所有子集的測(cè)試，因此使得識(shí)別過程變得更快。此外因?yàn)閡duc?ppp-rtk具有計(jì)算單個(gè)觀測(cè)值的殘差的能力，而排除是按個(gè)別觀測(cè)進(jìn)行的，并不是像傳統(tǒng)分組技術(shù)那樣按衛(wèi)星進(jìn)行，因此識(shí)別是針對(duì)單個(gè)觀測(cè)執(zhí)行的，從而保持了信息的可用性。