引言
北斗卫星定位系统一般由接收机、接收天线、高频电缆和安装托架组成[1]，该系统用于接收北斗B3频点卫星导航信号，可实现高精度定位、测速和授时功能。北斗卫星定位系统在使用过程中一般由系统内的北斗接收机对外进行信息交互，当使用过程中出现故障，由接收机向飞参系统发送故障信息。本文主要针对定位数据无效这一故障现象进行具体研究，讨论如何通过建立故障树，并结合实际飞行数据来判断导致定位数据无效故障的真正原因及解决方法。
1故障判定依据
某型北斗卫星定位系统对卫星定位数据无效的判定依据为：1.卫星定位系统向惯导装置发送数据，惯导装置连续5秒接收不到发送的导航数据。2.卫星定位系统向惯导装置发送的导航数据中第21字节的值不为1。3.卫星定位系统向惯导装置发送的导航数据的校验和错误。
卫星定位系统在进行导航解算时，为保证数据的可用性，系统自身会先对导航数据进行判定，并在给发送至惯导装置的导航数据的第21字节进行状态提示，当定位状态为1时则数据可用，反之则数据不可用。第21字节不为1的触发条件如下表所示：
2 故障树的建立与分析
根据问题现象对卫星定位系统进行逐级排查，建立故障树。故障树为：X1接收天线故障、X2高频电缆故障、X3抗干扰处理模块故障、X4导航模块硬件故障、X5捕获跟踪模块故障、X6基带数字信号处理模块故障、X7故障检测模块故障、X8伪距测量值解算故障、X9位置解算模块故障、X10速度解算模块故障、X11电文缓存解析故障。
若接收天线出现故障，则卫星信噪比会降低。若高频电缆故障，则无法收星或卫星信噪比降低。若抗干扰处理模块故障，则所有飞行姿态均会受到影响。若导航模块硬件故障，则会无法定位。通过对飞行数据的分析，系统只在机动过程中出现收星减少，PDOP值变大，但参与定位的卫星信噪比正常，故排除X1、X2、X3、X4故障。
通过在软件中插桩进行测试与监控可知，卫星信号的捕获跟踪正常，信号发射时间和导航电文正常，卫星伪距测量值解算正常，接收机位置解算模块正常。故排除X5、X6、X8、X9故障。
通过对飞行数据的分析发现，飞机机动时，可用卫星数减少导致PDOP值增大，当PDOP值＞8时，系统导航数据中报“PDOP值过大”和“非正常定位”，致使系统报“卫星定位数据无效”。故X7故障检测模块存在问题。
通过在软件中插桩进行测试与监控，使用转台改变接收天线方位和姿态，模拟飞机机动过程，在转动过程中偶发低仰角卫星测速残差超过门限设置，当测速残差超过门限时，软件判定测速结果不可用，造成不定位，故X10速度解算模块存在问题。同时发现，电文缓存空间存在溢出现象，当电文缓存空间溢出时，解析电文不连续导致星历无法使用，造成不定位，故X11电文缓存解析存在问题。
3 故障解决方法
3.1故障检测模块故障
PDOP值反映了卫星分布情况，当PDOP较大时，表明空中卫星几何分布不理想，定位精度降低。根据卫星分布情况及飞行过程中PDOP值均小于10，对原PDOP阈值进行调整，将原有PDOP值＞8即判定“PDOP值过大”这一条件修改为PDOP值＞10。
在试验室使用卫星信号模拟器设置PDOP值为10，分别进行了3600组静态测试和动态测试，定位精度分别为6.6和8.2米，满足精度要求。
对原PDOP阈值进行调整后，后续共采集6个架次约16.2小时的飞行数据，经数据分析，卫星信噪比正常，PDOP值均小于10，PDOP值＞10的数据共10帧，占比极低，故不影响定位精度。
3.2速度解算模块
由于系统在计算测速残差时未进行容错处理，这会造成某颗信号较差的卫星影响测速结果，导致测速残差超限。针对此问题，在建立解算观测模型后加入测速残差门限检测，若超过门限，则查找多普勒跳动异常的卫星并将其剔除，然后重新进行速度解算，剔除测速残差超限的异常卫星，使用正常的卫星参与解算，确保速度解算正确，可有效保证定位精度。流程如下图所示：
3.3电文缓存解析模块
按1.8s计算导航电文解析时间，16个通道单次解析的电文为1.8s/0.6s×16=48帧，每帧电文长度320bit即40Byte，16通道解析电文的缓存空间为48×40Byte=1920Byte。在不影响其他参数存储的前提下，将电文缓存空间从1280Byte提高到1920Byte，可有效保证电文缓存空间的使用，且具备一定的余量。
4 结论
通过上述措施，解决了飞机在飞行过程中频繁接收“定位数据无效”的问题。但由于卫星导航系统的特殊性，定位数据均需通过实时接收卫星信号进行解算后获取。当卫星导航信号较弱时，易受干扰、遮挡等外部因素影响，故此方案无法保证定位数据100%有效。从更改后的后续实际飞行数据可知，“定位数据无效”只偶尔发生，持续时间不超过5秒，经评估，此现象对系统的正常使用不造成影响。对故障点进行更改后，技术人员在飞机上进行了软件升级验证，后续该机共飞行586架次合计320.32小时，分析飞行数据后发现，频繁报“定位数据无效”的问题得到有效解决。
参考文献：
[1] 谢钢.GPS原理与接收机设计[M].北京：电子工业出版社，2009.07
