第30卷第10期 仪器仪表学报 Vol.30 No.10 2009年10月 Chinese Journal of Scientific Instrument 0ct.2009 基于MCMC粒子滤波的GPS接收机自主 完好性监测算法研究* 王尔中，张淑芳，胡青 (大连海事大学信息科学技术学院大连116026) 摘要：提出将马尔可夫蒙特卡罗方法与标准的粒子滤波算法有机结合应用于接收机自主完好性监测(RAM)中。通过状态观 测概率漆度似然比方法建立一致性检验统计量进行卫星故障的检测与隔离。对算法进行了数学建模，描述了算法的流程。通过实 测数据验证，结果表明，该方法在非高斯测量噪声情况下可以对状态进行精确的估计，成功检测和隔离故障卫星，克服了卡尔曼 滤波的RAM算法在处理非高斯测量噪声时性能下降的问题，从而验证了MCMC粒子涉波在接收机自主完好性监测中的有效性。 关键词：GS:粒子滤波：接牧机自主完好性监测：马尔可夫蒙特卡罗方法：故障检测 中图分类号：TN967.1文献标识码：A国家标准学科分类代码：510.40 Research on GPS receiver autonomous integrity monitoring algorithm based on MCMC particle filtering Wang Ershen,Zhang Shufang,Hu Qing (College of Information Science and Technology,Dalian Maritime University.Dalian 116026.China) Abstract:The investigation presents a new approach combining Markov Chain Monte Carlo method and standard particle filtering for GPS receiver autonomous integrity monitoring.The log likelihood ratio(LLR)test based on probability density function of state-measurement is set up.The consistency test utilizing LLR is devised for sat- ellite fault detection and isolation(FDI).Mathematic model and algorithm flow for FDI are described in detail. Experimental results based on real GPS data demonstrate that the algorithm can estimate the state precisely under non-Gaussian measurement noise,detect and isolate GPS satellite failures successfully and solve the performance degradation problem of RAIM algorithm based on Kalman filter.Therefore,experimental results validate the va- lidity of MCMC particle filtering for RAIM. Key words:global positioning system;particle filtering;receiver autonomous integrity monitoring(RAIM); Markov Chain Monte Carlo(MCMC)method;fault detection 1引言 服从高斯分布，在实际中测量噪声很难严格服从高斯分 布，此时，该算法的性能就会降级。 接收机自主完好性监测技术能够在卫星定位误差超 为了解决上述算法对噪声分布要求的限制，本文将 过允许门限时为用户提供及时告警服务，理想的接收机 MCMC粒子滤波引入到接收机自主完好性监测中，通过 自主完好性监测算法包括从导航解中检测和隔离故障卫 似然比方法建立一致性检验统计量实现对故障卫星的检 测和隔离。由于粒子滤波对处理的噪声分布没有严格的 星。卡尔曼滤波算法应用到接收机完好性监测中，利用 限制，对非高斯分布噪声有很好的滤波效果。实验验证 先验信息降低测量值的噪声，能够提供比瞬时RAIM算法 更好的完好性监测性能。但是，这种算法要求测量噪声 了该算法在RAM中的有效性。 收稿日期：2009-03 Received Date±2009-03 ◆基金项目：国家863计(2009AA12Z3121、交通部科技教育司(200536422504)资助项目 万方数据第30卷第lO期 2009年lO月 仪器仪表学报 Chinese Journal of Scientific Instmment V01．30 No．10 Oct．2009 基于MCMC粒子滤波的GPS接收机自主 完好性监测算法研究串 王尔申，张淑芳，胡青 (大连海事大学信息科学技术学院大连116026) 摘要：提出将马尔可夫蒙特卡罗方法与标准的粒子滤波算法有机结合应用于接收机自主完好性监测(RAIM)中。通过状态观 测概率密度似然比方法建立一致性检验统计量进行卫星故障的检测与隔离。对算法进行了数学建模，描述了算法的流程。通过实 测数据验证，结果表明，该方法在非高斯测量噪声情况下可以对状态进行精确的估计，成功检测和隔离故障卫星，克服了卡尔曼 滤波的RAIM算法在处理非高斯测量噪声时性能下降的问题，从而验证了MCMC粒子滤波在接收机自主宪好性监测中的有效性。 关键词：GPS；粒子滤波；接收机自主完好性监测；马尔可夫蒙特卡罗方法；故障检测 中图分类号：TN967．1 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：510．40 Research on GPS receiver autonomous integrity monitoring algorithm based on MCMC particle filtering Wang Ershen，Zhang Shufang，Hu Qing fCollege ofInformation Science and Technology,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China) Abstract：The investigation presents a new approach combining Markov Chain Monte Carlo method and standard particle filtering for GPS receiver autonomous integrity monitoring．The log likelihood ratio(LLR)test based on probability density function of state—measurement iS set up．The consistency test utilizing LUR is devised for sat￾ellite fault detection and isolation(FDI)．Mathematic model and algorithm flow for FDI are described in detail． Experimental results based on real GPS data demonstrate that the algorithm Can estimate the state precisely under non—Gaussian measurement noise．detect and isolate GPS satellite failures successfully and solve the performance degradation problem of RAIM algorithm based on Kalman filter．Therefore，experimental results validate the va￾lidity of MCMC particle filtering for RAIM． Key words：global positioning system；particle filtering；receiver autonomous integrity monitoring(RAIM)； Markov Chain Monte Carlo(MCMC)method；fault detection 1引 言 接收机自主完好性监测技术能够在卫星定位误差超 过允许门限时为用户提供及时告警服务，理想的接收机 自主完好性监测算法包括从导航解中检测和隔离故障卫 星。卡尔曼滤波算法应用到接收机完好性监测中，利用 先验信息降低测量值的噪声，能够提供比瞬时RAIM算法 更好的完好性监测性皑11。但是，这种算法要求测量噪声 服从高斯分布，在实际中测量噪声很难严格服从高斯分 布，此时，该算法的性能就会降级。 为了解决上述算法对噪声分布要求的限制，本文将 MCMC粒子滤波引入到接收机自主完好性监测中，通过 似然比方法建立一致性检验统计量实现对故障卫星的检 测和隔离。由于粒子滤波对处理的噪声分布没有严格的 限制，对非高斯分布噪声有很好的滤波效果。实验验证 了该算法在RAIM中的有效性。 收稿口期：2009-03 Received Date：2009-03 }基金项目：国家863计划_(2009AAl22312)、交通部科技教育司f200536422504)资助项目 万方数据