本发明涉及航空的导航，为一种用于解决在卫星故障情况下组合导航系统完好性的方法，尤指一种卫星故障隔离方法。
背景技术：
1、航空领域中，多源信息融合后构成的组合导航系统比单一导航系统的精度更高且性能更稳定。而完好性是组合导航系统性能的一种重要指标，其用于评价组合导航系统是否处于正常使用状态，即在组合导航系统满足完好性指标的情况下，组合导航系统应处于可以正常使用的状态；反之，当组合导航系统不能满足完好性指标时，组合导航系统应对飞行员提供系统不可用的警告或者切换到其他可用导航系统。
2、当卫星发生故障时，卫星会给卫星接收机传递错误的定位信号，组合导航系统使用此错误的定位信号后，会导致输出的定位结果存在错误。为保证卫星发生故障时组合导航系统依旧处于正常使用状态，需要设计一套完好性指标体系与去除故障卫星产生的影响(即故障隔离)的实施方案。当已知组合导航系统存在卫星故障时，组合导航系统的完好性指标为隔离失败门限(el)，当输出位置的系统估计误差未超过el时，组合导航系统仍处于正常使用状态；当输出位置的系统估计误差超过el时，组合导航系统处于非正常使用状态。
3、常见的卫星故障隔离方法有多解隔离方式，多解隔离方式是一种理想情况下的故障隔离方案，可以在卫星中存在一颗卫星故障且卫星的几何结构不发生改变的情况下，有效隔离故障卫星。然而，在实际情况中，卫星的状态会出现换星状态、多颗卫星故障状态等复杂故障状态，这些复杂的故障状态若单纯使用此类故障隔离方式，会出现故障卫星不能分辨的情况，从而会导致航空领域在使用组合导航系统后存在隐患。
技术实现思路
1、本发明的目的是：为解决上述问题，本发明实施例提供一种卫星故障隔离方法，以解决现有多解隔离方式为理想情况下的故障隔离方案，在卫星状态出现复杂故障状态的情况下，难以有效分辨并隔离出故障卫星，从而会导致该组合导航系统的使用存在安全隐患的问题。
2、本发明的技术方案是：第一方面，本发明实施例提供一种卫星故障隔离方法，包括：
3、s1，构建多解隔离架构的主、子、次滤波器；
4、s2，计算各子、次滤波器组的子次位置误差、隔离算法门限和隔离失败门限el；
5、s3，构造二维的故障卫星类矩阵，矩阵中以各行表示对应的子滤波器编号，以矩阵中各列表示对应的次滤波器编号；
6、s4，对于同一列编号的次滤波器，通过遍历多个行编号的子滤波器，获取子次位置误差的模除以隔离算法门限的最小值，并将该最小值对应的子、次滤波器组在故障卫星类矩阵中的位置标记为1，表示故障；
7、s5，对于所有列编号的次滤波器，每个列编号的次滤波器的多个子次位置误差的模分别除以对应的隔离算法门限得到的多个非最小值，分别与s4中针对该列次滤波器获取的子次位置误差的模除以隔离算法门限的最小值做差，得到多个差值绝对值；并基于各差值绝对值判断对应的子、次滤波器组在故障卫星类矩阵中对应位置标记为1或者0；其中，1表示故障，0表示未故障；
8、s6，对故障卫星类矩阵中的每行的标记值分别求和，若各行的和值中只有一个最大值，则隔离该行对应的子滤波器不包含的卫星；若各行的和值中有多个最大值，则下一时刻从s2开始重复执行。
9、可选地，如上所述的方法中，所述s1包括：
10、s11，构建1个主滤波器，构建该1个主滤波器的n个子滤波器，每个子滤波器编号表示为n，n为1到n，构建每个子滤波器的n-1个次滤波器，每个次滤波器编号表示为m，m为1到n，且m≠n；
11、s12，获得当前时刻各子滤波器的位置x0n、协方差矩阵p0n，以及当前时刻各子滤波器的各次滤波器的位置xnm、协方差矩阵pnm；
12、其中，各子滤波器的位置x0n中的n＝1,2,...,n，其协方差矩阵p0n中的n＝1,2,...,n；
13、各次滤波器的位置xnm中的n,m＝1,2,...,n且m≠n，其协方差矩阵pnm中的n,m＝1,2,...,n且m≠n。
14、可选地，如上所述的方法中，所述s2包括：
15、s21，计算各子、次滤波器组的子次位置误差；
16、s22，对于每组子、次滤波器组，分别计算每组中子、次滤波器各自的协方差矩阵构成的概率密度分布在对应子次位置误差方向上的标准差，以及每组中子、次滤波器各自的协方差矩阵构成的最大标准差，以及每组对应的子次位置误差的标准差；
17、s23，对于每组子、次滤波器组，分别计算每组对应的隔离算法门限、隔离失败门限，以及总的隔离失败门限。
18、可选地，如上所述的方法中，所述s21包括：
19、s211，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算各子、次滤波器组对应的子次位置误差为dxnm＝xnm-x0n；
20、s212，计算各子、次滤波器组对应的子次位置误差dxnm的模为drnm＝|dxnm|；
21、s213，计算各子、次滤波器组对应的子次位置误差dxnm的单位向量为
22、可选地，如上所述的方法中，所述s22包括：
23、s221，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算每组中子滤波器的协方差矩阵p0n构成的概率密度分布在该组对应的子次位置误差方向上的标准差为
24、s222，遍历每个子滤波器，计算各子滤波器的协方差矩阵p0n构成的最大标准差为其中eig函数是求矩阵特征值的函数，max函数是选取集合中最大值的函数；
25、s223，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算每组中次滤波器的协方差矩阵pnm构成的概率密度分布在该组对应的子次位置误差方向上的标准差为
26、s224，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算各次滤波器的协方差矩阵pnm构成的最大标准差为其中eig函数是求矩阵特征值的函数，max函数是选取集合中最大值的函数；
27、s225，计算每组子、次滤波器组对应的子次位置误差dxnm的标准差σdnm＝σ0n+σnm。
28、可选地，如上所述的方法中，所述s23包括：
29、s231，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算每组子、次滤波器组的隔离算法门限为：
30、dnm＝q-1(1-pfe)·σdnm；其中，q-1(x)是标准正态分布概率分布函数的反函数，pfe是隔离失败概率；
31、s232，遍历每个子滤波器的每个次滤波器，计算每组子、次滤波器组的隔离失败门限为：
32、其中，q-1(x)是标准正态分布概率分布函数的反函数，pfe是隔离失败概率，pmd是漏检概率；
33、s234，计算总的隔离失败门限为el＝maxn,m＝1,...,n&n≠m(elnm)。
34、可选地，如上所述的方法中，所述s3包括：
35、s31，构造出二维的故障卫星类矩阵为m＝on×n，以故障卫星类矩阵中各行号表示对应的子滤波器编号，以故障卫星类矩阵中各列号表示对应的次滤波器编号，并剔除矩阵中相同编号的子滤波器和次滤波器；
36、s32，构造次滤波器最小值向量s＝o1×n；其中，所述次滤波器最小值向量中各元素赋值为对应列次滤波器的子次位置误差的模除以对应的隔离算法门限的最小值，且向量中各元素的初始值置为0，sm＝0；
37、s33，构造次滤波器最小值下标向量k＝o1×n；其中，所述次滤波器最小值下标向量中各元素赋值为次滤波器最小值向量中对应列最小值对应的子滤波器编号，且向量中各元初始值置为0，km＝0。
38、可选地，如上所述的方法中，所述s4包括：
39、s41，对故障卫星类矩阵中的每列所表示的次滤波器，遍历每行所表示的子滤波器，对于m≠n的次、子滤波器组，通过遍历方式获取每列次滤波器的各子次位置误差的模除以对应的隔离算法门限的最小值；
40、s42，将各列次滤波器的子次位置误差的模除以隔离算法门限的最小值写入次滤波器最小值向量中，将所述最小值对应的子滤波器编号写入次滤波器最小值下标向量的对应位置。
41、可选地，如上所述的方法中，所述s41到s42的数学表示形式为：
42、若sm＝0或者sm>drnm/σdnm，则设置sm＝drnm/σdnm，km＝n。
43、可选地，如上所述的方法中，所述s5包括：
44、s51，对故障卫星类矩阵m中的每列所表示的次滤波器，通过遍历每行所表示的子滤波器，以每列次滤波器的多个子次位置误差的模分别除以对应的隔离算法门限得到的多个非最小值；
45、s52，上述s51中得到的每列次滤波器对应的n-2个非最小值，分别与s4中针对该列次滤波器获取的子次位置误差的模除以隔离算法门限的最小值做差，得到多个差值绝对值；
46、s53，采用各差值绝对值分别与两个标准正态分布差的标准差σn-n相比；对差值绝对值小于σn-n所对应的子、次滤波器组在故障卫星类矩阵中的位置记为1，表示故障；对差值绝对值大于或等于σn-n所对应的子、次滤波器组在故障卫星类矩阵中的位置记为0，表示未故障。
47、可选地，如上所述的方法中，所述s51到s53的数据表示形式为：
48、若n＝km，或者，
49、n≠km&n≠m&|drnm/(σdnm·q-1(1-pfe))-sm/q-1(1-pfe)|<σn-n,
50、则设置故障卫星类矩阵中对应的子、次滤波器组mnm＝1。
51、可选地，如上所述的方法中，所述s6包括：
52、s61，对于故障卫星类矩阵中每行的标记值，分别对每行的标记值求和，且设置sm为故障卫星类矩阵m中每行标记值的和值，初始化smmax＝0，nf＝0；nf表示子滤波器不包含的卫星；
53、s62，对于故障卫星类矩阵中每行的和值，若sm>0&sm>smmax，则设置smmax＝sm，nf＝n，否则下一时刻从s2开始重复执行；
54、s63，遍历完故障卫星类矩阵的所有行后，若nf＝0，则从下一时刻s2开始重复执行，否则隔离成功。
55、第二方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括：存储器和处理器；
56、所述存储器，被配置为保存可执行指令；
57、所述处理器，被配置为在执行所述存储器保存的所述可执行指令时实现如上述任一项所述的卫星故障隔离方法。
58、本发明的有益效果是：本发明实施例提供一种卫星故障隔离方法，通过构建多解隔离架构的主、子、次滤波器，并构建二维的故障卫星类矩阵，并且通过各子、次滤波器组的子次位置误差、隔离算法门限和隔离失败门限，以及计算协方差矩阵构成的概率密度分布在对应子次位置误差方向上的标准差，并形成本发明实施例中的判断准则，以采用聚类分析方式实现卫星故障隔离。本发明实施例提供的技术方案所采用的聚类分析的方式的原理是：一方面，将可能存在故障的卫星和不存在故障的卫星按照通过隔离失败概率计算的隔离算法门限分为两类卫星，并在故障卫星类矩阵中标识出；另一方面，在可能存在故障的卫星类中，寻找卫星编号出现次数最多的卫星，对其进行隔离。进一步地，若考虑多颗卫星故障的情况，可适当修改在故障卫星类中，用于判定隔离成功的条件。采用本发明实施例提供的方法，不仅可以去除正常卫星在部分情况(如：换星状态)下对故障隔离的影响；还可以实现对多种故障类型(如：多颗故障卫星状态)进行有效故障隔离。
59、需要说明的是，本发明实施例中所采用的聚类分析方法是为解决在复杂的故障状态下故障隔离的问题，其可以配合其他故障隔离方式使用，也可以通过其他方式使用。本发明实施例以隔离失败概率计算的隔离算法门限，因此在隔离失败概率允许的情况下，仍存在故障隔离失败的可能性。
1.一种卫星故障隔离方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述s2包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述s21包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s22包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述s23包括：
7.根据权利要求3～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述s3包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述s4包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述s41到s42的数学表示形式为：
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述s5包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述s51到s53的数据表示形式为：
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述s6包括：
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括：存储器和处理器；
