雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 星基增強(qiáng)系統(tǒng)（Satellite-Based Augmentation System，簡(jiǎn)稱 SBAS)，通過(guò)地球靜 止軌道（synchronous orbit，簡(jiǎn)稱GE0)衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，可以向用戶播 發(fā)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度 的改進(jìn)。保護(hù)級(jí)（Protect Level，簡(jiǎn)稱PL)用來(lái)保證衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)正常和非正常 情況下的完好性。PL大小需要確保僅僅有非常小部分（小于或者等于完好性風(fēng)險(xiǎn)概率）的 誤差位于包絡(luò)之外。為了保證系統(tǒng)的可用性，一般期望PL非常"緊"，即在保證完好性前提 下盡可能的小。當(dāng)PL大于閾值（告警限）時(shí)，星基增強(qiáng)系統(tǒng)是不可用的，即導(dǎo)航系統(tǒng)的定 位誤差過(guò)大，超過(guò)了星基增強(qiáng)系統(tǒng)容許的誤差范圍，用戶需借助其他手段來(lái)輔助定位，以滿 足其應(yīng)用需求。也即，通過(guò)計(jì)算PL，可以判斷星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性。
[0003] 目前，航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)（dio Technical Commission for Aeronautics，簡(jiǎn) 稱RTCA)全球定位系統(tǒng)/廣域增強(qiáng)系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備最低操作性能標(biāo)準(zhǔn)（RTCA/D0-229D)中規(guī) 定了 SBAS PL的詳細(xì)計(jì)算方法，算法所需的核心參數(shù)為雙頻偽距誤差（User Difference Range Error，簡(jiǎn)稱DFRE)參數(shù)，通過(guò)從導(dǎo)航電文中解析得到DFRE參數(shù)，按照RTCA/D0-229D 計(jì)算PL，進(jìn)而判斷雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性。
[0004] 然而，目前的DFRE參數(shù)需實(shí)時(shí)從導(dǎo)航電文中解析，一是無(wú)法對(duì)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基 增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性進(jìn)行預(yù)判；二是在給定時(shí)間范圍內(nèi)，連續(xù)不斷地從導(dǎo)航電文中解析DFRE 參數(shù)，運(yùn)算量大，時(shí)效性差，從而無(wú)法快速預(yù)測(cè)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，導(dǎo)致 雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法，能夠快速預(yù)測(cè)雙頻 衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，提高雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度。
[0006] 本發(fā)明提供的雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法，適用于雙頻衛(wèi)星導(dǎo) 航，包括：
[0007] 計(jì)算每顆雙頻衛(wèi)星可見的R頂S個(gè)數(shù)；
[0008] 根據(jù)可見的R頂S個(gè)數(shù)得到DFRE ;
[0009] 根據(jù)DFRE計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL ;
[0010] 根據(jù)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL判斷雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用 性。
[0011] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述根據(jù)DFRE計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL，還包 括：
[0012] 根據(jù)雙頻衛(wèi)星的歷書推算雙頻衛(wèi)星位置；
[0013] 根據(jù)DFRE和雙頻衛(wèi)星位置計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL。
[0014] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述根據(jù)DFRE和雙頻衛(wèi)星位置計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增 強(qiáng)系統(tǒng)的PL，包括：
[0015] 根據(jù)DFRE計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的〇 A
[0016] 根據(jù)雙頻衛(wèi)星位置計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的S ;
[0017] 根據(jù)〇 ^和S計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL ;
[0018] 具體的，根據(jù)〇 ^和S采用如下公式計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL :
[0024] 其中，HPLsbas為雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)水平定位誤差保護(hù)級(jí)，VPL SBASS雙頻衛(wèi) 星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)垂直定位誤差保護(hù)級(jí)，Kh，npa為非精密進(jìn)近NPA情況下計(jì)算HPL的比例 系數(shù)，Kh,PA為精密進(jìn)近PA情況下計(jì)算HPL的比例系數(shù)，K v為計(jì)算VPL的比例系數(shù)，Clniajw為 誤差橢圓的半長(zhǎng)軸方向的誤差不確定度，dp CLsJPdncirth分別為包絡(luò)真實(shí)誤差分布的分布 模型在天、東和北方向上的標(biāo)準(zhǔn)差，d EN為分布模型在東方向和北方向上的協(xié)方差， 和Sncffth*別為雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的定位誤差在天、東和北方向上對(duì)DFRE的偏導(dǎo)矩陣。
[0025] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述根據(jù)DFRE計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的〇 &包括：
[0026] 根據(jù) DFRE 計(jì)算 0?,
[0027] 根據(jù)，采用公式+ C7,?aw"a/ + 計(jì)算雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的〇 A
[0028] 其中，為雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航的對(duì)流層誤差，為雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航用戶的接收機(jī) 誤差。
[0029] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述計(jì)算每顆雙頻衛(wèi)星可見的R頂S個(gè)數(shù)，包括：
[0030] 通過(guò)雙頻衛(wèi)星的歷書推算每顆雙頻衛(wèi)星短期內(nèi)某一時(shí)刻的位置；
[0031] 遍歷每顆雙頻衛(wèi)星所有的R頂S ;
[0032] 計(jì)算每個(gè)R頂S到每顆雙頻衛(wèi)星的仰角；
[0033] 將仰角與每個(gè)R頂S到每顆雙頻衛(wèi)星的截止角比較，判斷每個(gè)R頂S的可見性；
[0034] 其中，截止角為5度或10度；
[0035] 統(tǒng)計(jì)每顆雙頻衛(wèi)星可見的所有R頂S個(gè)數(shù)。
[0036] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述將仰角與每個(gè)R頂S到每顆雙頻衛(wèi)星的截止角比較，判 斷每個(gè)R頂S的可見性，包括：
[0037] 若仰角大于截止角，則R頂S可見；
[0038] 若仰角小于或等于截止角，則R頂S不可見。
[0039] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，前述根據(jù)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL判斷雙頻衛(wèi)星 導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性，包括：
[0040] 將雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL與保護(hù)級(jí)閾值比較；
[0041] 若雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL小于或等于保護(hù)級(jí)閾值，則雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星 基增強(qiáng)系統(tǒng)可用；
[0042] 若雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的PL大于保護(hù)級(jí)閾值，則雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng) 系統(tǒng)不可用
[0043] 本發(fā)明提供的雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算每顆雙頻衛(wèi) 星可見的R頂S個(gè)數(shù)，根據(jù)可見的R頂S個(gè)數(shù)得到DFRE，即可計(jì)算得到雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng) 系統(tǒng)的PL，而不再需要實(shí)時(shí)解析導(dǎo)航電文，從而能夠快速對(duì)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的 可用性進(jìn)行預(yù)判，進(jìn)而提高了雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0045] 圖1為BDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法流程 圖；
[0047] 圖3為雙頻衛(wèi)星可見的R頂S個(gè)數(shù)和DFREI的擬合關(guān)系圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法流程 圖；
[0049] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例三提供的雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法流程 圖；
[0050] 圖6為雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)的保護(hù)級(jí)計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0052] 星基增強(qiáng)系統(tǒng)（Satellite-Based Augmentation System，簡(jiǎn)稱 SBAS)主要實(shí)現(xiàn) 對(duì)于原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的改進(jìn)，目前，全球已經(jīng)建立起了多個(gè)SBAS系統(tǒng)，如美國(guó) 的廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（Wide Area Augmentation System，簡(jiǎn)稱WAAS)、俄羅斯的差分校正和監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)（System for Differential Corrections and Monitoring，簡(jiǎn)稱 SDCM)、歐洲的 靜地軌道衛(wèi)星導(dǎo)航重疊服務(wù)（European Geostationary Navigation Overlay Service， 簡(jiǎn)稱 EGNOS)、日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)（Multi-functional Satellite Augmentation System，簡(jiǎn)稱MSAS)、印度的靜地軌道增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS Aided Geo Augmented Navigation，簡(jiǎn)稱GAGAN)，以及中國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱BDS)。需要說(shuō)明的是，BDS有三個(gè)頻段B1、B2和B3,由于B3為軍 用頻段，不能被用于民用航空，因此，可將BDS作為有2個(gè)頻段的雙頻衛(wèi)星。本發(fā)明主要以 BDS為例闡述本發(fā)明雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法，但是本發(fā)明的雙頻衛(wèi)星 導(dǎo)航星基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性預(yù)測(cè)方法適用于各種雙頻的SBAS系統(tǒng)，不只僅限于適用BDS。
[0053] 圖1為BDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，BDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：空間段、地面段和 用戶段。空間段主要由全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS)衛(wèi)星、全球 導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱GL