剔野阈值确定方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及航天器控制技术领域，特别涉及一种剔野阈值确定方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

跨空域飞行器是一种能在太空环境和大气层内可穿梭的飞行器。飞行器在跨空域飞行期间先后经历的空域为：进入黑障区之前的空域、位于黑障区内的空域、从黑障区飞出之后的空域。整个跨空域飞行过程中，飞行器采用GNSS（Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统）导航和惯性导航的组合导航系统。由于飞行器在进入黑障区后，受等离子体效应的影响，GNSS导航信号可能会失效或出现不稳定野值。当飞行器从黑障区飞出之后，若GNSS导航的剔野阈值设计过小，可能会因为飞行器自身导航的发散而将正确的GNSS测量值剔除，导致测量值无法引入；若GNSS导航的剔野阈值设计过大，由于飞行器刚刚从黑障区飞出，GNSS导航的测量性能不稳定可能会引入错误的测量值。

因此，如何设计剔野阈值是亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种剔野阈值确定方法、装置、电子设备及存储介质，能够根据GNSS导航的失效时长动态确定GNSS导航的剔野阈值。

第一方面，本发明实施例提供了一种剔野阈值确定方法，包括：

确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航是否从失效状态切换为有效状态；

若是，则确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并根据该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段内的剔野阈值；其中，该剔野阈值与该失效时长成正相关关系。

第二方面，本发明实施例还提供了一种剔野阈值确定装置，包括：

状态确定单元，用于确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航是否从失效状态切换为有效状态；若是，则触发阈值确定单元执行相应操作；

所述阈值确定单元，用于确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并根据该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段内的剔野阈值；其中，该剔野阈值与该失效时长成正相关关系。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。

本发明实施例提供了一种剔野阈值确定方法、装置、电子设备及存储介质，在跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航会存在失效和有效之间进行状态切换，若飞行器的GNSS导航从失效状态切换为有效状态，则确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并利用该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段的剔野阈值，该剔野阈值于该失效时长成正相关关系，也就是说，GNSS导航的失效时长越长，剔野阈值设计的越大，从而可以动态调整GNSS导航的测量值有效性的判断门限，保证导航系统对GNSS导航的测量值尽可能不误判、对野值不漏判，提高了导航系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种剔野阈值确定方法流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种GNSS切换方法流程图；

图3是本发明一实施例提供的整个跨空域飞行期间剖面高度速度随时间变化曲线；

图4是本发明一实施例提供的整个跨空域飞行期间的导航误差和动态剔野阈值包络线示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；

图6是本发明一实施例提供的一种剔野阈值确定装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种剔野阈值确定方法，该方法包括：

步骤100，确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航是否从失效状态切换为有效状态；

步骤102，若是，则确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并根据该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段内的剔野阈值；其中，该剔野阈值与该失效时长成正相关关系。

本发明实施例中，在跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航会存在失效和有效之间进行状态切换，若飞行器的GNSS导航从失效状态切换为有效状态，则确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并利用该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段的剔野阈值，该剔野阈值于该失效时长成正相关关系，也就是说，GNSS导航的失效时长越长，剔野阈值设计的越大，从而可以动态调整GNSS导航的测量值有效性的判断门限，保证导航系统对GNSS导航的测量值尽可能不误判、对野值不漏判，提高了导航系统的可靠性。

下面描述图1所示各个步骤的执行方式。

本发明实施例中，跨空域飞行器在跨空域飞行期间先后经历的空域为：进入黑障区之前的空域、位于黑障区内的空域、从黑障区飞出之后的空域。一般情况下，飞行器位于黑障区内的空域时GNSS导航会失效，且在进入黑障区之前的空域以及从黑障区飞出之后的空域均可能存在信号不稳定的情况，因此，在整个跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航会发生多次状态切换，该状态切换可以包括：GNSS导航从有效切换为失效、GNSS导航从失效切换为有效。

由于本发明实施例采用GNSS导航和惯性导航的组合导航系统，若GNSS导航从有效状态切换为失效状态，则利用惯性导航的测量值进行导航递推。具体地，先利用陀螺测量值进行姿态递推，然后根据姿态导航结果和加速度计测量值对位置速度进行递推。

若GNSS导航从失效状态切换为有效状态，则利用剔野阈值对GNSS导航的测量值进行剔野处理，然后利用剔野处理后得到的有效测量值对惯性导航的导航递推结果进行修正。具体地是对飞行器的位置和速度进行修正。

本发明实施例中，可以根据GNSS导航是否能够测量到信号来判定GNSS导航是否有效，若GNSS导航在一个时间段内未能够测量到信号后，当前时间GNSS导航测量到信号时，则确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航从失效状态切换为有效状态。

由于GNSS导航的不稳定性，GNSS导航发生失效状态和有效状态的频繁切换，导致计算量增加。也可以设置一个时长阈值，若GNSS导航在一个时间段内未能够测量到信号后，当前连续的时间段（超过该时长阈值）内均能够测量到信号，则确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航从失效状态切换为有效状态。

本发明实施例中，惯性导航的导航递推方式是根据Kalman滤波方法，按照如下公式对位置和速度的状态量进行一步递推：

；

其中，

为/>

为k时刻的传感器测量误差，其中，/>

为/>

为加速度计测量误差和陀螺测量误差向导航坐标系的转换矩阵。

在得到一步递推估计值

；

其中，

为/>

为GNSS导航在/>

基于测量信息，按照Kalman滤波方法，得到

；

其中，

；

；

；

其中，

在引入GNSS导航的测量值进行修正之前，需要对GNSS导航的测量值进行有效性判断。在GNSS导航稳定阶段，根据GNSS导航的测量噪声指标（位置噪声10m~20m(1σ)，速度噪声0.1m/s~0.2m/s (1σ)）正常的测量值跳变可能达到60m、0.6m/s的跳变量。因此，在设计剔野阈值时，需要确保剔野阈值能涵盖入噪声，以避免GNSS导航的错误判断。若GNSS导航长时间失效，则由于纯惯性导航引入的位置误差一般呈指数上升趋势，速度误差一般与加速度计零偏和刻度因子相关。基于此，本发明实施例中，该剔野阈值根据最近一次GNSS导航的失效时长来设计。其中，最近一次GNSS导航的失效时长，可以通过上一次GNSS导航从有效状态切换为失效状态开始，至当前次GNSS导航从有效状态切换为失效状态之间的时长来确定。

具体地，利用如下第一公式计算第一位置剔野阈值和第一速度剔野阈值，以利用所述第一位置剔野阈值和所述第一速度剔野阈值确定当前有效阶段的剔野阈值：

该第一公式为：

；

其中，

一个实现方式中，可以直接将上述第一位置剔野阈值和第一速度剔野阈值确定为当前有效阶段的剔野阈值。从上述第一公式可以看出，剔野阈值考虑了测量噪声的影响、加速度计测量误差的影响，以及纯惯性导航随时间的发散特性。在GNSS导航的稳定引入阶段内，剔野阈值较小，可以有效避免野值进入导航计算。当GNSS导航长时间失效后，根据惯导发散特性，剔野阈值随之增大，从而避免了因惯性导航误差大而错误的将GNSS信号剔野的可能性。

进一步地，由于飞行器从黑障区飞出之后，

具体地：利用如下第二公式计算第二位置剔野阈值和第二速度剔野阈值，并将所述第二位置剔野阈值和所述第二速度剔野阈值确定为当前有效阶段的剔野阈值：

该第二公式为：

；

其中，

由于第二位置剔野阈值和第二速度剔野阈值的计算，考虑了飞行器进入Y3空域后，

需要说明的是，上述剔野阈值的确定方式可以应用在整个跨空域飞行期间。在GNSS导航的每一个有效阶段内，均可以使用相应有效阶段内的剔野阈值对GNSS导航的测量值进行剔野处理。

进一步地，由于GNSS导航的类型包括差分GNSS和绝对GNSS。飞行器从黑障区飞出之后，在接近机场时，差分GNSS逐渐有效。考虑到差分GNSS精度较高，因此将差分GNSS作为优先使用的测量敏感器。但差分GNSS受链路影响可能会发生中断，而又考虑到绝对GNSS的信号与差分GNSS的信号之间存在一定的跳变的可能，频繁切换测量敏感器可能导致导航结果的跳变，从而影响飞行器着陆过程的制导控制性能。因此，本发明实施例可以设计一种绝对GNSS导航和差分GNSS导航的切换策略。具体地，请参考图2，该切换策略包括如下步骤：

S1、确定飞行器所处的空域是否为从黑障区飞出之后的空域；若是，则执行步骤S2；

S2、判断当前使用的GNSS导航的类型；若判断结果为当前使用的GNSS导航的类型为绝对GNSS，则执行步骤S3；若判断结果为当前使用的GNSS导航的类型为差分GNSS，则执行步骤S4；

S3、当差分GNSS的有效时长超过第一时长阈值时，则将当前使用的GNSS导航的类型切换为差分GNSS；否则不进行GNSS导航的类型切换；

S4、当差分GNSS的失效时长超过第二时长阈值时，则将当前使用的GNSS导航的类型切换为绝对GNSS；否则不进行GNSS导航的类型切换；所述第二时长阈值大于所述第一时长阈值。比如，第一时长阈值、第二时长阈值可以为5s、10s。

本发明实施例中，在确定飞行器所处的空域是否为从黑障区飞出之后的空域时，至少可以通过如下方式来确定：确定飞行器在跨空域飞行期间是否经历过GNSS导航的失效时长超过第三时长阈值，若是，则确定飞行器已进入黑障区；在确定飞行器已进入黑障区之后，是否存在GNSS导航的有效时长超过第四时长阈值，若存在，则确定飞行器已从黑障区飞出。

需要说明的是，在利用上述第二公式计算第二位置剔野阈值和第二速度剔野阈值的过程中，同样可以使用上述方式来确定飞行器所处的空域是否为从黑障区飞出之后的空域（Y3空域），若位于Y3空域，则采用Y2空域相对应的计算公式计算剔野阈值，若未位于Y3空域，则采用Y1空域或Y2空域相对应的计算公式计算剔野阈值。

除上述方式外，还可以通过外部环境来确定飞行器是否已经从黑障区飞出。

本发明实施例通过设计绝对GNSS导航和差分GNSS导航的切换策略，可以避免在优质的差分GNSS的信号不稳定时两类信号频繁切换的问题，使得导航状态更加稳定。

下面采用算例对本发明实施例中动态确定剔野阈值的方法进行说明。

飞行器初始状态：高度120km;速度7550m/s。

导航仿真工况设置如下表1：

表1：导航仿真工况设置

针对误差特性，设计参数取值如下：

=150；/>

请参考图3和图4，图3为整个跨空域飞行期间剖面高度、速度随时间变化曲线，图4为整个跨空域飞行期间的导航误差和动态剔野阈值包络线示意图，图4中的上图为导航位置误差和位置剔野阈值包络线，图4中的下图为导航速度误差和速度剔野阈值包络线。从图4可以看出，飞行器进入黑障区之前位置剔野阈值是稳定在

如图5、图6所示，本发明实施例提供了一种剔野阈值确定装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图5所示，为本发明实施例提供的一种剔野阈值确定装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图5所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图6所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种剔野阈值确定装置，包括：

状态确定单元601，用于确定跨空域飞行期间飞行器的GNSS导航是否从失效状态切换为有效状态；若是，则触发阈值确定单元602执行相应操作；

所述阈值确定单元602，用于确定最近一次GNSS导航失效时对应的失效时长，并根据该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段内的剔野阈值；其中，该剔野阈值与该失效时长成正相关关系。

在本发明一个实施例中，所述阈值确定单元在根据该失效时长确定GNSS导航当前有效阶段内的剔野阈值时，具体包括：

利用如下第一公式计算第一位置剔野阈值和第一速度剔野阈值，以利用所述第一位置剔野阈值和所述第一速度剔野阈值确定当前有效阶段的剔野阈值：

所述第一公式为：

；

其中，

在本发明一个实施例中，所述阈值确定单元在利用所述第一位置剔野阈值和所述第一速度剔野阈值确定当前有效阶段的剔野阈值时，具体包括：

利用如下第二公式计算第二位置剔野阈值和第二速度剔野阈值，并将所述第二位置剔野阈值和所述第二速度剔野阈值确定为当前有效阶段的剔野阈值：

所述第二公式为：

其中，

在本发明一个实施例中，GNSS导航的类型包括差分GNSS和绝对GNSS；

还包括：GNSS导航切换确定单元，用于确定飞行器所处的空域是否为从黑障区飞出之后的空域；若是，则判断当前使用的GNSS导航的类型；若判断结果为当前使用的GNSS导航的类型为绝对GNSS，则当差分GNSS的有效时长超过第一时长阈值时，则将当前使用的GNSS导航的类型切换为差分GNSS；否则不进行GNSS导航的类型切换；若判断结果为当前使用的GNSS导航的类型为差分GNSS，则当差分GNSS的失效时长超过第二时长阈值时，则将当前使用的GNSS导航的类型切换为绝对GNSS；否则不进行GNSS导航的类型切换；所述第二时长阈值大于所述第一时长阈值。

在本发明一个实施例中，所述GNSS导航切换确定单元在确定飞行器所处的空域是否为从黑障区飞出之后的空域时，具体包括：确定飞行器在跨空域飞行期间是否经历过GNSS导航的失效时长超过第三时长阈值，若是，则确定飞行器已进入黑障区；在确定飞行器已进入黑障区之后，是否存在GNSS导航的有效时长超过第四时长阈值，若存在，则确定飞行器已从黑障区飞出。

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种剔野阈值确定装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种剔野阈值确定装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种剔野阈值确定方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种剔野阈值确定方法。

具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机（或CPU或MPU）读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘（如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。