Page 67 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第10期

2002 武 汉 大 学 学 报 （信 息 科 学 版） 2025 年 10 月

1.0 m respectively in the two regions. In the Asia-Pacific region, the optimization effects in BDS and BDS/
GPS are 1.0 m and 0.6 m, respectively, with the single BDS enhancement being more significant.
Key words： ARAIM； integrity risk； continuity risk； dilution of precision； optimal risk allocation

全 球 导 航 卫 星 系 统（global navigation satel‑ 基础上，文献［13］提出了一种顾及定位精度的完
lite system， GNSS）作为国家时空信息的重要基 好性风险分配方法，利用高斯牛顿法对由完好性
础设施，其定位、导航与定时（positioning naviga‑ 风险和连续性风险组成的约束条件迭代解算，实
tion and timing， PNT）服 务 已 得 到 广 泛 应 用 ，并 现保护级的优化计算；文献［14］将不同子集对应
朝 着 更 加 泛 在 、智 能 与 可 信 的 方 向 发 展 ［1-2］ 。 然 的完好性风险和连续性风险视为粒子，并将保护
而，由于 GNSS 固有的脆弱性、差错存在的普遍 级作为其优化目标；文献［15］将最大值最小化方
性、不确定及信号易受遮蔽等不足，PNT 服务不 法应用于完好性风险和连续性风险的优化分配，
可避免地会受到各种信号异常或故障的干扰，导 并设计多种实验场景验证了该方法的有效性。
致系统的完好性被破坏，进而威胁人员生命和财 虽然针对 ARAIM 风险优化分配问题已开展
产的安全。特别是在民用航空和自动驾驶领域， 大量研究工作，但当前完好性风险和连续性风险
GNSS 完好性监测有着比精度更加重要的意义和 优化分配方法较为复杂且主要利用多目标优化
［3］
研究价值 。 工具包进行，并没有系统阐述所提方法内部对完
完好性监测技术是指当系统定位误差超限 好性和连续性风险的优化分配机制。为此，本文
或 不 可 用 于 导 航 时 ，系 统 及 时 向 用 户 告 警 的 能 考虑到精度衰减因子（dilution of precision， DOP）
力。终端完好性监测技术具有不依赖外部信息、 可反映定位精度 ［16］ ，且其近似项与完好性风险和
响应迅速、自主性强、成本低等特点，逐步受到相 连续性风险的乘积作为保护级的重要组成部分，
［4］
关领域的关注和青睐 。高级接收机自主完好性 提出了一种顾及 DOP 值的 ARAIM 风险优化分
监 测 （advanced receiver autonomous integrity 配方法。该方法围绕 DOP 值分析了不同子集所
monitoring， ARAIM）作为经典的终端完好性监 应承担的完好性风险和连续性风险，旨在通过合
测手段，旨在实现全球范围内 60 m 高度的垂直引 理分配风险来缓解保护级计算保守的问题，并通
导（localizer performance with vertical guidance 过静态、动态和仿真实验来验证所提方法的有效
down to 200 feet， LPV-200）进近服务 。保护级 性和适用性。
［5］
作为 ARAIM 算法的核心指标，是根据指定场景
的完好性需求信息及用户当前状态计算定位误 1 MHSS ARAIM 算法
差的上限，比如在载体周围建立起满足完好性风
险 的 安 全 界 限 ，旨 在 反 映 当 前 导 航 解 的 可 信 程 鉴于 MHSS ARAIM 算法简洁且易于实现，
度 ［6-7］ 。 鉴 于 传 统 多 元 假 设 解 分 离（multiple hy‑ 现已被视为 ARAIM 的基础算法，其主要包括故
pothesis solution separation， MHSS）算 法 将 完 好 障模式确定、全集和子集构建、故障检测和保护
性风险和连续性风险平均给所有可视卫星，导致 级计算等功能 ［17］ 。
保护级较为保守，限制 ARAIM 算法的可用性，难 1.1 故障模式确定
以满足用户对精准可信时空信息的需求。针对 完好性支持信息（integrity support message，
ARAIM 算法可用性低的问题，部分学者通过多 ISM）是由星座服务商分析星座运行历史的性能，
源传感器或星座融合来改善卫星观测几何结构， 用于表征卫星和星座的先验故障概率及标称偏
进而提升 ARAIM 算法性能 ［8-10］ ，如文献［11］基于 差 ［18］ 。当前，ISM 包含的具体参数仍待确定，但
实测数据评估单 GPS 及其组合系统 ARAIM 算 主要包含 5 个参数 ［19］ ，如表 1 所示。
法所提供服务的可用性，并指出 GNSS 组合系统 鉴于 ISM 中未指定需监测何种故障事件及
显著提升了 ARAIM 算法的可用性。另有学者通 其先验概率，ARAIM 算法需根据 ISM 计算所需
考虑的故障模式 N max。为便于阐述原理及简化计
过优化分配完好性和连续性风险来提升 ARAIM
算法的可用性，主要研究内容有利用拉格朗日函 算量，后续实验假设当前历元中仅 1 颗卫星发生
数对完好性风险和连续性风险构造搜索空间，有 故障。N max 的通用计算公式为：
效提升 ARAIM 算法的可用性，并指出完好性风 ì n f ü
N max = max ín f|1 - ∑ P ap,i ≤ P thresý （1）
险对保护级计算的贡献大于连续性风险 ［12］ ；在此 î i = 0 þ