1. 研究背景：

随着新的全球导航卫星系统（GNSS）星座的部署，越来越多的冗余GNSS测量变的可用，这最近引起了人们对高级接收机自主完好性监测（ARAIM）的强烈兴趣。在ARAIM开发期间，评估监测器在最坏情况下的完好性和平均风险意义上的连续性是至关重要的[2]。根据国际民用航空组织（ICAO）[3]，对于预期的ARAIM应用，总的完好性风险是按每小时或每种方法定义的，如被要求的导航性能（RNP）0.1和具有垂直引导的定位器性能（LPV）-200。当前的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)机载用户算法[1]采用一种简单的方法对完好性风险进行建模，即，给定方法的特定完好性丢失风险被分配给每个时段，以便用户接收机可以推演其保护水平。例如，在替代的星基增强系统(SBAS)情况下，仅考虑无故障条件，那么将基于360秒内[3]的电离层相关性来确定独立样本的有效数量。然而，ARAIM更复杂，因为无故障状态和故障状态之间的分配是动态的，这取决于卫星的几何形状和广播完善性参数，并且，取而代之的是ARAIM假设一个单独的独立样本。

先前在地面增强系统（GBAS）范围内进行的工作[5]解决了测试统计数据随时间推移的自相关性以及用于检测电离层不同形式的监视器之间的互相关性， 这些结果表明，通过考虑时间相关性，随后在假定独立的区间之间对连续性风险进行最简单的划分，可能获得比预计更高的误报率，这项工作已经扩展到ARAIM [6]的应用，同时引发了一个关于过去是否正确执行完好性风险分配的问题，然而，这些先前的工作仅解决了与单个时间相关的随机变量。

2.研究现状：

在多卫星导航系统发展的背景下，RAIM技术满足更高的运行需求被赋予了很高的期望。目前，多种卫星导航系统正在迅速发展。现有的并且正在运行的全球卫星导航系统有美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统和中国的北斗（BeiDou System, BDS）系统。其中GPS系统和GLONASS系统已基本完成部署，正推进现代化建设，而Galileo系统和北斗系统正在进行部署。为了适应GNSS系统新的发展，扩展RAIM在民航领域的应用范围，尤其是垂向引导服务，FAA全球卫星导航系统项目办公室组织FAA、DoD、 JPL、MITRE、学术界和工业界的专家建立了GNSS进化结构研究（GNSS Evolutionary Architecture Study,GEAS）小组。该小组旨在为GNSS现代化提出完好性架构，目标在于满足航路、终端区以及低至200英尺高度的精密进近，可用性须在99%以上，并在全球范围内提供LPV-200性能。该小组于2008年2月发布的“GNSS演化结构研究第一阶段专家组报告”提出了三种未来完好性保障的备选方案：GNSS完好性通道（GNSSIntegrity Channel, GIC）、绝对接收机自主完好性监测（AbsoluteReceiver Autonomous Integrity Monitoring, ARAIM）以及相对接收机自主完好性监测（Relative Receiver Autonomous IntegrityMonitoring, RRAIM）。GIC将地面和空间GNSS监测相结合，其结构包括区域地基监测网络和通信数据链，从而直接向用户提供完好性（完好性告警时间必须在6秒内）和校正信息，例如双频SBAS就是在GIC方案下的一个可行的实施方案。在RRAIM概念下，用户使用当前的卫星测量值并结合经外部监测验证的前期测量值，通过检验载波测量更新值的最小二乘残差进行完好性监测。ARAIM（绝对接收机完好性监测）是现存RAIM算法的扩展，它采用双频观测量消除电离层误差，并利用如GIC的外部监测为其提供可靠的卫星故障先验概率和用户测距精度（User RangeAccuracies，URAs）估计值。在三种结构中，ARAIM是对带宽和时延要求最低的。

2010年2月，GEAS小组发布“全球卫星导航系统演化结构研究第二阶段报告” ,正式将ARAIM更名为“AdvancedReceiver Autonomous Integrity Monitoring”即“先进接收机自主完好性监测”，并将ARAIM从单星座双频应用扩展到多星座双频应用，提出了完好性支持电文（Integrity Support Message, ISM）的概念。该报告确定了ARAIM的基本概念为：利用多频多星座卫星导航系统并结合外部监测满足用户LPV-200性能需求的传统RAIM的升级。该报告详细介绍了LPV-200性能需求、ARAIM用户算法、ARAIM性能和可用性结果以及ARAIM/ISM原型方案等。

2010年7月，在GPS-Galileo合作协议框架下成立的工作组C（WorkingGroup C, WG-C）建立了ARAIM技术工作组（ARAIM SG），开始主导ARAIM的发展。ARAIM SG的目标是调研ARAIM的双边偏差，进一步的目标为研究并决定ARAIM能否成为支持全球多星座导航的基础。具体地，ARAIM应支持航路和终端飞行，也应支持进近运行阶段的侧向和垂向引导。

ARAIM SG小组于2012年12月发布“欧盟-美国合作卫星导航中期报告”^[34]，被称为ARAIM发展的“第一座里程碑”。该报告总结了ARAIM发展现状以及发展趋势，并对ARAIM的概念和处理流程进行了完整的阐述：一个或者多个导航星座提供满足最小性能等级的卫星伪距测量值，ARAIM地面监测网观测这些卫星并识别哪些卫星可以用、它们的性能等级如何；然后将这些信息作为ISM的一部分发送给飞机，飞机利用这些信息决定哪种卫星故障的组合必须被检测、其容许的误检概率如何；ARAIM接收机接收到这些信息后，用户算法将评估所有可能的故障子集，从而识别和排除任何错误的卫星观测量，同时提供恰当的位置估计和完好性包络。该报告对GEAS第二阶段报告中的用户算法（MHSS算法）进行了改进，详细分析了ARAIM误差模型，并对其全球可用性进行了仿真分析。

2015年2月，WG-C ARAIM 技术小组发布了“欧盟-美国合作卫星导航里程碑二报告” 。该报告提出了ARAIM的三种结构：水平ARAIM（H-ARAIM）、线下ARAIM和线上ARAIM。

2016年2月，WG-C ARAIM技术小组发布了“欧盟-美国合作卫星导航里程碑三报告”。该报告主要内容包括：制定了ARAIM路线图，规定了ARAIM电文类型，制定ARAIM服务的应用路线图，对学术问题的考虑与探讨，提出ARAIM可以作为SBAS服务的补充，给出了不同情形下H-ARAIM的可用性结果。