论文阅读--《High Integrity Multi-Sensor Navigation System For Safety Critical Applications》

High-Performance Integrity Multi-Sensor Navigation Platform Designed for Critical Safety-Oriented Applications

摘要

• IMU, MCMF-GNSS与里程计集成
• 紧凑组合下采用EKF滤波技术
• 基于ARAIM方法优化状态空间模型表达（推测其主要应用于子集场景，并剔除多余测量数据后进行模型重构）
  摘要部分存在一定的表述混乱

引言

• The initial part outlines foundational aspects concerning inertial navigation systems (INS), global positioning systems (GPS) commonly referred to as GNSS, and wheel odometry data fusion.
• This section focuses on establishing a conceptual framework on integrity for multi-sensor navigation systems. Within this context, we detail detection capability, fault exclusion capabilities as well as protection levels.
• The final segment will evaluate system performance across various operational conditions including open-sky environments; light-urban; and harsh-urban setups.

多传感器融合系统

• Combining GNSS, INS, and wheel odometry data, each with their own advantages and disadvantages.
  • A strongly interconnected system architecture.

表述较为笼统地提到紧组合+EKF技术，并指出其可能将误差进行补偿并应用于INS系统中；同时指出所采用的状态量并未明确说明；相应的方法论描述中也未提供状态空间方程。

完好性概念和模型

• 整体完好性是一个能够被信任的信息可靠性的度量。
  • 该算法借助故障检测与排除功能（FDE），通过识别并剔除异常观测值来实现导航系统的精确定位。
  • 斯坦福大学整理了一份详细说明了完好性概念实现过程的技术图表。

• HMI被称为危险误导性信息，在这种情况下系统的保护阈值未达到误报水平（PL < AL），然而PE > AL但系统危险状态却未能被及时发现
• 排除了正常运行状态以及潜在的HMI影响后，在其余所有环节均满足（PL > AL）的情况下可确定系统不可用
• 尽管测后方程解算所得的伪距值略高于接收机历元参数设定值（PL），但仍低于抗干扰阈值（AL）。然而，在ARAIM算法应用下所获得的有效载波相位解算结果显著优于伪距测量精度，在这种情况下很可能是在接收机参数配置上出现了偏差
• 整体流程图中还涉及到了RTK技术的应用令人困惑的是GNSS系统中是否仍采用载波相位测距方法？

故障检测和排除

全局检测量：采用传统方法计算加权残差平方和，并遵循卡方分布规律；基于给定的P_{fa}值确定阈值位置。

局部检测指标：基于这一组数据建立故障假设后，在剔除相应的测量数据后进行计算得到局部检测指标的结果。然而该论文对此描述不够清晰。

计算保护等级

• 该文阐述了HPL的计算方式，并采用了一种基于RAIM算法的最大斜率乘以偏差的方法来实现这一过程。值得注意的是，在这一过程中还转向采用了最小二乘法的技术进行处理。此外, 论文中对符号相关的信息也没有提供详细的说明。
• 有一点值得注意的是, 那么定义的HPL被划分为由噪声引起的分量为 H_{n} 和由偏差引起的分量为 H_{b} 的两部分, 而这两者的总和则被设定为保护阈值。

由噪声引起的HPL_n具体而言，在此处表示为PHMI计算所得漏检风险乘以水平两个方向协方差的几何平均值之和。

• 然后是计算偏差导致HPL_b的保护等级

这里的问题较多，却突然转向了最小二乘法这一方面，在采用卡尔曼滤波的新息量作为统计量时感到有些不寻常

实验

首先针对开阔环境进行了研究，并提供了GNSS单定位下的定位精度及保护水平的数据；同时对GNSS/INS组合导航系统的定位精度及保护水平进行了评估。然而目前尚不清楚其具体目的，并未采取特别措施进行故障检测与识别相关研究；仅通过一组实际运行数据进行分析并计算了相应的结果参数。
接着对开阔城市环境下采用了相同的研究方法；
最后针对harsh的城市环境下采用了相同的方法；但看起来效果并不显著；里程计的应用位置尚不明确；参数设置的具体内容也未提及；图表的质量较差且缺乏针对性分析。

结论

内容显得杂乱无章，并未与摘要部分建立明确关联