笔者这篇博客主要目的是总结目前ARAIM技术面临的主要问题，为做高级接收机自主完好性的小伙伴提供论文创新点思路。对于研究方向迷茫的小伙伴可以参考ARAIM目前存在的主要问题，展开相关研究，希望该博客对读者有所帮助。
1.全球卫星导航系统发展背景
全球导航卫星系统（GNSS）已经彻底改变了全球范围内的定位、导航和授时服务，从军事起源发展到关键的民用基础设施。GNSS由围绕地球运行的卫星星座组成，高度从大约19,100到23,200公里不等，具体取决于星座，广播授时信号，地面接收机使用这些信号通过后方交会计算它们的位置。
目前的全球导航卫星系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略和中国的北斗，以及日本的QZSS和印度的NavIC等区域系统。这种多星座环境增强了覆盖、准确性和弹性。随着可见卫星数增多，即使在遮挡环境中，用户也可以实现可靠的定位，在有利的条件下，可以实现厘米级的精度。多星座的冗余确保了可用性，这对安全关键型应用至关重要，同时促进了多系统互操作性并减少了对任何单一系统的依赖。
GNSS多系统可实现航空和自动驾驶车辆的高完整性应用，在这些应用中，精确定位至关重要。然而，随着卫星数增多带来了新的挑战，包括复杂的信号环境需要先进的算法来处理多源数据。对于安全关键应用来说，GNSS的完整性和可靠性至关重要，这促进了高级接收机自主完整性监测（ARAIM）等技术的发展，以利用多星座优势，同时确保关键操作的高完整性水平。考虑这些复杂性和机遇对于提高ARAIM性能至关重要，特别是通过多星座环境下的动态卫星排序（DSR）等方法。
2.完好性在航空应用中的重要性
航空导航系统的完好性对安全至关重要，可确保在导航数据不可信时及时发出警告。这是至关重要的，因为在位置、速度或时间上的错误可能会造成灾难性的后果，尤其是在像进近和着陆这样的关键阶段。完好性监测可以防止这些错误，为飞行员和自动化系统提供可靠的数据。
完好性还可以提高运营效率，使航空公司能够优化航线，减少燃油消耗，提高准点率，特别是在拥挤的空域。它支持全天候操作，允许飞机在低能见度条件下执行精确进近，从而最大限度地减少延误和取消。法规遵从性要求严格的导航系统完整性标准，这对于基于gnss的导航认证至关重要。
完整性系统必须检测不可靠的导航解决方案，并排除错误的测量，以保持服务的连续性。他们计算保护级别，位置误差的统计界限，与警报限制进行比较，以确保安全。
由于卫星导航的复杂性，以及卫星故障、信号异常、电离层干扰、多径效应、接收机故障和干扰等潜在破坏，确保GNSS的完整性具有挑战性。ARAIM通过利用多星座GNSS解决这些挑战，在没有大量地面基础设施的情况下提供独立的基于飞机的完好性监测。
ARAIM计划支持决策高度低至200英尺（lvb -200）的精密进近，显著提高安全性和效率。随着航空变得更加自主，完好性的重要性日益增加，需要改进监控技术，以应对网络威胁和新技术等挑战。对ARAIM的改进，如动态卫星排序方法，旨在进一步提高空中航行的安全性和效率。
3.ARAIM在多星座环境下的挑战
ARAIM显著增强了对多星座环境的GNSS完好性监测，这对航空至关重要。它通过利用多星座、双频GNSS来扩展传统的RAIM，提供几个关键特性：多星座支持，处理来自多个GNSS星座的信号，增强可用性。
双频操作：减少电离层误差，提高精度。
高级故障检测和排除：对卫星测量故障进行检测和排除。
灵活的体系结构：自主操作或合并外部完整性数据。
支持严格的性能：实现决策高度低至200英尺（LPV-200）的精确方法。
ARAIM有两个组成部分：用于处理GNSS数据的机载算法和用于完好性参数和星座状态的完好性支持消息（ISM）。它使用假设方法来预测最坏情况下的错误（保护级别）来处理多种故障模式。
ARAIM计算横向和垂直制导的水平保护级（HPL）和垂直保护级（VPL）。尽管具有先进的功能，但由于卫星和星座数量的增加，ARAIM增加了计算复杂性，导致更多的故障模式。
ISM参数，如卫星和星座的故障概率和用户距离精度（URA），直接影响所考虑的故障模式。
虽然GNSS扩展带来了好处，但它在信号处理和效率方面带来了挑战，特别是对于航空等高完整性应用。主要挑战包括：故障模式的加速增长：更多的卫星迅速增加了潜在的故障模式，计算多子集解决方案增加了需求。
计算复杂性：较多的故障模式需要大量的计算、应变保护等级计算和实时处理。
实时处理限制：载荷的增加对航空领域的快速完整性评估提出了挑战。
平衡效率和完整性：在保持完整性的同时管理计算负载。
ISM参数多变：过高会增加故障模式的复杂性。
故障检测和排除（FDE）：由于故障组合较多，排除故障测量实际上更加困难。
星座多样性：集成不同的系统会增加复杂性。
为了在多星座环境中有效实施ARAIM，确保资源受限系统的高完整性，必须解决这些挑战。
