[科普中国]-接收机自主完整性监测-

接收机自主完整性监测（英语：Receiver autonomous integrity monitoring，缩写RAIM）是一项评估GPS接收机系统中全球定位系统（GPS）信号完整性的技术。该技术对于生命攸关系统的GPS应用（如航空或航海导航）尤为重要。

介绍GPS本身不包含任何有关其信号完整性的内部信息。如果GPS卫星广播稍微不正确的信息，导致导航信息不正确，接收机无法使用标准技术辨识该情况。RAIM采用冗余信号产生多个GPS定位并对其进行比较，根据统计方法确定故障是否与某个信号有关。如果有24个或以上的GPS信号可操作，则RAIM被认为可用。如果信号数量低于该数字，则必须使用经批准的地面预测软件检查RAIM可用性。

数个与GPS相关的系统也提供了独立于GPS的完整性信号。例如广域增强系统（WAAS）使用不同卫星广播的单独信号直接指出这些问题。

描述RAIM通过冗余GPS伪距测量来检测故障。也就是说，当有更多的卫星可用于产生定位所需的卫星时，额外的伪距应该都与计算的位置一致。与预期值（即，异常值）显着不同的伪距可以指示相关卫星的故障或另一信号完整性问题（例如，电离层分散）。传统的RAIM仅使用故障检测（FD），但较新的GPS接收器包含故障检测和排除（FDE），使其能够在出现GPS故障时继续运行。

使用的测试统计量是伪距测量残差（预期测量值和观察到的测量值之间的差值）和冗余量的函数。将测试统计值与阈值进行比较，该阈值基于所需的误报概率（Pfa）来确定。

RAIM接收机自主完整性监测（RAIM）为航空应用提供GPS的完整性监测。为了使GPS接收器执行RAIM或故障检测（FD）功能，必须至少可以看到五个具有令人满意的几何形状的可见卫星。 RAIM有各种各样的实现;其中一个在利用各种可见卫星子集获得的所有位置解之间进行一致性检查。如果一致性检查失败，接收器会向飞行员发出警报。

当在安全关键应用（例如航空应用）中使用这种算法时，RAIM可用性是一个重要问题;事实上，由于几何和卫星服务的维护，RAIM并不总是可用，这意味着接收器的天线有时可能会少于五颗卫星。

可用性也是RAIM算法的性能指标。可用性是视野中的星座的几何形状和其他环境条件的函数。如果以这种方式看到可用性，很明显它不是一个开关特征，这意味着该算法可用，但不具备在发生故障时检测故障所需的性能。因此，可用性是算法的性能因素，并且表征了不同种类的RAIM算法和方法中的每一种。
故障检测和排除

在一些接收器中采用的增强版RAIM被称为故障检测和排除（FDE）。它至少使用六颗卫星，不仅可以检测到可能有故障的卫星，还可以将其从导航解决方案中排除，这样导航功能可以不间断地继续。故障检测的目标是检测定位故障的存在。在检测到时，适当的故障排除确定并排除故障源（不必识别导致问题的单个源），从而允许GNSS导航继续而不中断。由于轨道的性质，中纬度地区的RAIM和FDE的可用性略低，而赤道和高纬度地区则略高。使用来自多个GNSS星座的卫星或使用SBAS卫星作为附加测距源可以提高RAIM和FDE的可用性。

RAIM预测GNSS与传统导航系统不同，因为卫星和覆盖范围退化的区域处于不断运动状态。因此，如果卫星发生故障或停止维修，则无法立即确定空域的哪些区域会受到影响（如果有的话）。可以借助计算机分析预测这些中断的位置和持续时间，并在飞行前规划过程中向飞行员报告。然而，该预测过程并不完全代表不同接收机模型中的所有RAIM实现。预测工具通常是保守的，因此预测可用性低于飞行中实际遇到的可用性，以便为最低端接收机模型提供保护。

由于RAIM自主运行，即没有外部信号的辅助，因此需要冗余伪距测量。要获得3D位置解决方案，至少需要进行四次测量。要检测故障，至少需要进行5次测量，并且要隔离和排除故障，至少需要进行六次测量，但通常需要根据卫星几何结构进行更多测量。通常，视野中有7到12颗卫星。

使用的测试统计量是伪距测量残差（预期测量值和观察到的测量值之间的差值）和冗余量的函数。将测试统计值与阈值进行比较，该阈值基于对虚警概率（Pfa）和预期测量噪声的要求来确定1。在航空系统中，Pfa固定为1/15000。

水平完整性限制（HIL）或水平保护限制（HPL）是一个数字，表示以GPS位置解决方案为中心的圆的半径，并保证包含接收器的真实位置，使其符合RAIM的规范计划（即符合Pfa和Pmd）。 HPL计算为RAIM阈值和测量时卫星几何的函数。将HPL与水平警报限制（HAL）进行比较，以确定RAIM是否可用。

RAIM预测网站为了使飞行员能够快速确定是否可以获得航路或近程RAIM，FAA和EUROCONTROL创建了“调度级”网站，预测RAIM状态以满足飞行前检查要求。

美国联邦航空局的RAIM预测网站“AC 90-100”以图形地图格式覆盖美国地区（RAIM显示为绿色，RAIM显示为红色）。
EUROCONTROL为全球航空航路点数据库中的大多数航路点提供国际覆盖，并在“时间线”栏中显示结果，显示是否可以使用巴洛辅助或非巴洛辅助RAIM。
EUROCONTROL对其数据作出免责声明（声明USCG数据优先），而FAA证明其网站符合监管要求。截至2012年7月1日，AUGUR的覆盖范围仅限于ECAC空域。

自2006年以来，由NAVBLUE主持的N-RAIM预测服务为所有PBN应用提供全球覆盖，包括RNP 10，RNAV 5，RNAV 2，RNAV 1，RNP 4，RNP 1，RNP方法和RNP AR方法，低至0.1NM 。在线工具是直接集成到飞行计划软件中的自动服务的替代方案。它与ICAO PBN手册的新版本以及任何全球特定法规保持同步。

由FLIGHTKEYS开发和托管的SPACEKEYS RAIM预测和避免系统为任何类型的RAIM预测提供全球覆盖，涵盖从RNP10（航路）到RNP方法和RNP AR方法（低至0.1NM）的所有完整性等级。在线工具允许RAIM预测位置和完整轨迹（路线）以及基于区域的RAIM预测。 REST和SOAP API也可用于第三方系统集成。

本词条内容贡献者为:

吴晨涛 - 副研究员 - 上海交通大学