CN101776762B - 基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统，其中，方法包括：获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个所述地基增强系统的数据信息进行分析，获取所需信息；根据获取的所需信息判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成状态值；将状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端监测全球导航卫星系统的完好性。装置包括：获取模块、判断生成模块和发送模块。系统由多个地基增强系统和完好性监测装置构成。本发明提供的基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统，通过对多个地基增强系统的数据信息进行综合处理，获得可用卫星的完好性状态，使得GPS满足从航路到非精密进近飞行阶段的完好性需求。

Description

基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统

技术领域

本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统。

背景技术

随着卫星导航系统在民用航空中的应用和不断推广，国际民航界逐渐认识到从现有陆基系统向星基系统过渡是未来空中交通管理系统发展的必然趋势，以卫星导航系统为核心的航空应用迅速推动着飞行方式从现有受管制的被动飞行向未来的自由飞行迈进。将卫星导航系统应用于民用航空必需满足国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization；简称为：ICAO))的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System；简称为：GNSS)标准和建议措施(Standard and Recommended Practices；简称为：SARPs)定义的相应的性能需求。根据国际GNSS系统的发展状况，全球定位系统(Global Positioning System；简称为：GPS)是现阶段唯一可用的系统。GPS标准定位服务标准的规定，取消有选择可用性(SelectiveAvaibility；简称为：SA)政策后，GPS空间信号精度为水平13m(95％)，垂直22m(95％)，可以满足航路到非精密进近飞行阶段的精度性能要求，未来随着GPS的现代化和新GNSS星座的出现，其性能还将提高，但是，GPS远远不能满足民用航空对卫星导航系统完好性的需求。

GNSS增强技术是一种利用差分技术提高用户定位精度，同时通过完好性监测技术保证用户差分定位完好性的一种技术，一定程度上可以克服GPS在航路到精密进近飞行阶段应用时的完好性问题。

在现有应用于民用航空的GNSS增强系统中，星基增强系统(SatelliteBased Augmentation System；简称为：SBAS)具有服务范围广的特点，如广域增强系统(Wide Area Augmentation System；简称为：WAAS)可服务全美及部分加拿大、墨西哥地区，但其性能相对较低，仅能满足APV II性能需求，无法满足精密进近阶段的性能需求。地基增强系统(Ground BasedAugmentation System；简称为：GBAS)是现有GNSS增强系统中性能最高的一种，可满足最高至CAT I精密进近和着陆的各种性能需求，例如精度、报警时间、完好性、可用性等，将来还可满足CAT III(即盲降)的运行需求，但其服务范围较小，无法满足从航路到非精密进近飞行阶段的完好性需求。

目前，美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration；简称为：FAA)决定利用WAAS的广域性特点和GBAS系统的高性能特点，同时使用两个系统来满足整个飞行阶段的需求，但是，WAAS复杂、建设周期长且投资巨大，并且随着GPS现代化计划的实施，L5和L2C等新的卫星信号的出现，WAAS的修改将会带来巨大的附加投资，使得WAAS改善系统性能的能力被大大削弱，因此，GPS在民用航空应用中仍无法满足NPA阶段的完好性需求。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于多地基增强系统的完好性监测方法、装置与系统，以实现对从航路到非精密进近阶段的完好性的监测，满足从航路到非精密进近阶段的完好性需求。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于多地基增强系统的完好性监测方法，包括：

获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个所述地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个所述地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗所述可用卫星对应的数据信息以及每颗所述可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗所述可用卫星对应的数据信息的个数相等，所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值；

根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值；

将每颗所述可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端根据接收到的所述状态值监测所述全球导航卫星系统的完好性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于多地基增强系统的完好性监测装置，包括：

获取模块，用于获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个所述地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个所述地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗所述可用卫星对应的数据信息以及每颗所述可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗所述可用卫星对应的数据信息的个数相等，所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值；

判断生成模块，用于根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值；

发送模块，用于将每颗所述可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端根据接收到的所述状态值监测所述全球导航卫星系统的完好性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于多地基增强系统的完好性监测系统，包括：

多个地基增强系统，用于观测全球导航卫星系统中的卫星，接收卫星数据，根据所述卫星数据生成数据信息，并将所述数据信息发送给完好性监测装置，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值；

所述完好性监测装置，用于获取所述多个地基增强系统的数据信息，对所述多个地基增强系统的数据信息进行分析，获取所述全球导航卫星系统中被至少一个所述地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗所述可用卫星对应的数据信息以及每颗所述可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗所述可用卫星对应的数据信息的个数相等；根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值；将每颗所述可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端根据接收到的所述状态值监测所述全球导航卫星系统的完好性。

附图说明

图1为本发明实施例一的基于多地基增强系统的完好性监测方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的判断每颗可用卫星的完好性状态方法的流程图；

图3为本发明实施例五提供的基于多地基增强系统的完好性监测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例六提供的基于多地基增强系统的完好性监测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例六中地基增强系统的结构示意图；

图6为本发明实施例六中完好性监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

将卫星导航系统应用于民用航空必须满足相应的性能需求，目前，民用航空对卫星导航系统的需求主要包括精度、完好性、连续性和可用性四个方面。其中，卫星导航系统的完好性定义为卫星导航系统的误差超过告警限时进行及时告警的能力。如果卫星导航系统未能检测出超过告警限的误差或未能在规定的告警时间内告警，则称为完好性风险。不同的飞行阶段所需的性能指标并不相同，随着飞行阶段从大洋、边远地区航路、本土航路、终端区飞行到非精密进近、精密进近飞行阶段，所需的性能指标越来越高，目前GPS已经可以满足航路到非精密进近飞行阶段的精度性能要求。但是，GPS远远不能满足民用航空对卫星导航系统完好性的需求，例如，GPS可能连续数小时广播错误的定位数据而运控系统却不能监测，这是民用航空所无法容忍的。

针对GPS系统本身满足NPA的精度需求，无法满足完好性需求的问题，本发明提供一种基于多地基增强系统的完好性监测方法，具体的，通过对来自多个地理上稀疏分布的GBAS的信息进行综合处理，生成广域完好性监测信息，实现对广域范围的完好性监测，使GPS满足从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

图1为本发明实施例一的基于多地基增强系统的完好性监测方法的流程图，如图1所示，本实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测方法，包括：

步骤101，获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗可用卫星对应的数据信息以及每颗可用卫星的观测站个数；

其中，可用卫星是指至少被多个地基增强系统中的一个所观测到的卫星，观测站个数与每颗可用卫星对应的数据信息的个数相等，数据信息是由每个地基增强系统根据接收到的全球导航卫星系统的卫星数据生成的，数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值；

步骤102，根据每颗可用卫星的观测站个数和每颗可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成用于表示完好性状态的状态值；

步骤103，将每颗可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据接收到的状态值监测全球导航卫星系统的完好性。

采用本实施例提供的技术方案，通过对多个地基增强系统的数据信息进行分析，获取被多个地基增强系统所观测到的全球导航卫星系统中的多个可用卫星，以及每颗可用卫星对应的多个数据信息和观测站个数，根据获取的信息，判断每颗可用卫星的完好性状态，使机载客户端获知可用卫星的完好性状态，并据此监测全球导航卫星系统的完好性，进而使GPS满足民用航空中航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

在上述技术方案的基础上，步骤101中地基增强系统的数据信息的生成过程，具体为，

地基增强系统利用GPS定位误差的时间和空间相关特性，认为一定距离内同步观测同一颗卫星的两个用户的测距误差是相同的，因此，地基增强系统可在本地计算与每颗可用卫星相对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值。

例如，每个地基增强系统包括4个参考接收机，根据参考接收机接收到的全球导航卫星系统的卫星数据，以每秒一次的频率计算该地基增强系统的可视卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，其中，可视卫星是指可以被该地基增强系统观测到的卫星，即本发明技术方案中的可用卫星。设第i个地基增强系统计算出的第j颗可视卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差σ_c，i，j和第一差分校正值ρ_c，i，j，其中，可视卫星数为N_i，则全部计算结果为公式(1)所示的一集合，

{ρ_c，i，j，σ_c，i，j}，j＝1，L，N_i(1)

然后，每个地基增强系统将该集合与其它信息进行处理，生成数据信息。其中，其它信息是指为了处理该数据信息所需的附加信息，例如可以包括有用于标识卫星的卫星号、轨道号、日期等，但并不限于此，在本发明各实施例中以卫星号为例。

本发明技术方案通过地面无线通信网络以每秒一次的频率获取上述每个地基增强系统的数据信息，然后根据数据信息中包含的卫星号，对数据信息进行分类处理，获取同一颗可视卫星所对应的所有数据信息，并统计该可视卫星所对应的所有数据信息的个数，即观测站个数。

值得提出的是，上述技术方案中计算地基增强系统的可视卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值的频率和获取数据信息的频率相等，但并不限制具体频率值，上述技术方案中每秒一次的频率只是针对实际应用的一种较佳选择。

下面通过具体实施例对本发明实施例一中步骤102的实现过程进行详细描述，图2为本发明实施例二提供的判断每颗可用卫星的完好性状态方法的流程图。在实施例一步骤102中，根据步骤101获取的每颗可用卫星的观测站个数和每颗可用卫星对应的数据信息，判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成表示完好性状态的状态值，本实施例提供一种步骤102的优选实现方法，如图2所示，具体包括：

步骤1021，根据观测站个数，初步判断可用卫星的完好性状态；

步骤1022，判断可用卫星的完好性状态是否是监测状态；

具体的，当观测站个数小于预设观测站门限值时，判断可用卫星的完好性状态为未监测状态，并生成未监测状态值，然后，执行步骤1026；当观测站个数大于或等于预设观测站门限值时，判断可用卫星的完好性状态为监测状态，并生成监测状态值，执行步骤1023。

步骤1023，对可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验，获取与可用卫星对应的可用数据信息；

如果各个地基增强系统无故障，则各个地基增强系统针对某颗可用卫星对应的第一差分校正值之间不会有较大偏差。但如果地基增强系统出现故障或无线地面通信网络出现通信故障，则某一地基增强系统的数据信息中的第一差分校正值会与其它地基增强系统的有较大偏差。因此，需要先对各个地基增强系统的数据信息中的第一差分校正值进行多参考站一致性校验，以消除单个地基增强系统的故障。

步骤1024，根据可用卫星对应的可用数据信息计算可用卫星的定位水平保护级；

步骤1025，根据定位水平保护级继续判断可用卫星的完好性状态；

具体的，将可用卫星的定位水平保护级与一误差阈值进行比较，当可用卫星的定位水平保护级大于或等于误差阈值时，判断可用卫星的完好性状态为不健康状态，并生成不健康状态值；当可用卫星的定位水平保护级小于误差阈值时，判断可用卫星的完好性状态为健康状态，并生成健康状态值。

步骤1026，判断是否判断出所有可用卫星的完好性状态，是执行步骤1027，否，则执行步骤1021；

步骤1027，结束。

进一步，步骤1023具体为：

根据公式(2)计算可用卫星对应的数据信息中的第一差分校正值的偏差值；

$D_{l,n}\left(k\right)=\frac{1}{M_n\left(k\right)}\underset{i\∈S_n\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{corr},i,n}\left(k\right)-\frac{1}{M_n\left(k\right)-1}\underset{\underset{i\≠l}{i\∈S_n\left(k\right)}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{corr},i,n}\left(k\right)---\left(2\right)$

将所述偏差值与一偏差阈值比较，若偏差值大于偏差阈值，将偏差值对应的数据信息从可用卫星对应的数据信息中剔除；

然后，根据公式(2)重新计算可用卫星对应的剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值，并将剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值与偏差阈值比较，直到剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值均小于或等于偏差阈值为止，则，剩余数据信息即为可用卫星对应的可用数据信息；

其中，ρ_corr，i，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个数据信息中的第一差分校正值；

S_n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的观测站的集合；

M_n(k)是S_n(k)中的观测站个数；

D_l，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第l个数据信息中的第一差分校正值的偏差值。

基于上述步骤1023，步骤1024的具体实现如下：

根据公式(3)计算可用卫星对应的第二差分校正值；

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{corr},n}\left(k\right)=\frac{1}{M_n^{\′}\left(k\right)}\underset{i\∈S_n^{\′}\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{corr},i,n}\left(k\right)---\left(3\right)$

根据公式(4)计算可用卫星对应的第二校正残差的标准差；

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{corr},n}\left(k\right)=\sqrt{\frac{1}{M_n^{\′}\left(k\right)}\underset{i\∈S_n^{\′}\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{corr},i,n}^2\left(k\right)}---\left(4\right)$

根据公式(5)计算可用卫星的定位水平保护级；

$\mathrm{HP}{L}_n=K_{\mathrm{md}}\×\mathrm{HDO}{P}_{\max }\×\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{corr},n}^2\left(k\right)+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{corr},n}^2\left(k\right)}---\left(5\right)$

其中，S′_n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的可用数据信息相应的可用观测站的集合；

M′_n(k)是S′_n(k)中的可用观测站个数；

ρ_corr，i，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个可用数据信息中的第一差分校正值；

σ_corr，i，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个可用数据信息中的第一校正残差的标准差；

ρ_corr，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第二差分校正值；

σ_corr，n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第二校正残差的标准差；

HDOP_max为所述全球导航卫星系统服务范围内的卫星最大定位水平精度因子；

K_md为根据运行需求得到的漏检系数，具体的，对GRIMS，K_md取值为5.31；

HPL_n为k时刻第n颗可用卫星的定位水平保护级。

采用本实施例提供的技术方案，通过地面无线通信网络获取地基增强系统的数据信息，根据获取的观测站个数初步判断可用卫星的完好性状态，然后通过对可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验、计算定位水平保护级进一步判断可用卫星的完好性状态，最后获得每颗可用卫星的更精确的完好性状态，以实现为机载客户端提供表示可用卫星的完好性状态的状态值，机载客户端根据收到的状态值监测全球导航卫星系统的完好性，在使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求的同时，节省了单独建立类似WAAS的星基增强系统所需的巨额投资。同时，基于地基增强系统自身具有在机场及临近区域满足CAT I到CAT III的精密进近和着陆引导的能力，本实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测方法，可以使GPS满足民用航空整个飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例三给出一种机载客户端根据接收到的状态值进行操作的优选实施方式，具体的，机载客户端根据状态值，将机载客户端监测到的卫星中状态值为未检测状态值和不健康状态值的卫星排除，然后在剩下的状态值为健康状态值的可用卫星中选择一个子集，根据子集内的卫星信号进行自身的定位。

其中，接收到的状态值可以表示三种可用卫星的完好性状态，分别为未监测状态、不健康状态、健康状态。根据步骤1021可知，可用卫星的未监测状态表示观测到该可用卫星的地基增强系统少于预设观测站门限值，而观测站门限值的设定与机载客户端的需求有关，一般机载客户端选用的卫星要求至少被4个地基增强系统观测到，所以本发明技术方案中的未监测状态表示该可用卫星不可用；所述不健康状态表示监测到该可用卫星的地基增强系统的个数满足要求，但不满足告警限，即该颗可用卫星的状态值超过了误差阈值，表示该颗可用卫星不能满足从航路到非精密进近飞行阶段的完好性需求；所述健康状态表示监测到该可用卫星的地基增强系统的个数满足要求，同时满足告警限，即该颗可用卫星的状态值未超过误差阈值，表示该颗可用卫星满足从航路到非精密进近飞行阶段的完好性需求。

采用上述技术方案，机载客户端根据接收到的状态值可以监测卫星的完好性状态，并选择可用卫星中的健康卫星，从而使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

本发明实施例四提供一种基于多地基增强系统的完好性监测方法，本实施例可以基于上述实施例实现，其区别在于，数据信息中还包括标识数据信息生成时刻的时间标签，其中，时间标签用于对每颗可用卫星对应的数据信息进行对时。虽然可以通过共视时钟对各个地基增强系统进行时钟同步，保证各个地基增强系统的本地时间与本发明技术方案中的时间基准相差不超过误差阈值，例如100ns，但是，每个地基增强系统的计算时延和地面无线通信网络的通信时延仍会导致本发明技术方案获得数据信息的时间不一致，为了保证判断可用卫星的完好性状态的准确性，本实施例通过时间标签对用于判断可用卫星的完好性状态的数据信息进行对时。

具体的，各个地基增强系统将计算卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值所采用的卫星数据的采样时刻按照GPS周加GPS秒的格式作为时间标签附加在数据信息中。当本发明技术方案通过地面无线通信网络获得数据信息后，根据时间标签对每颗可用卫星对应的多个数据信息进行对时，具体为：将接收到第一个具有该时间标签的数据信息后500ms内具有相同时间标签的数据信息作为当前时刻该可用卫星对应的数据信息，用于判断该可用卫星的完好性状态，若所获取的数据信息超过了500ms，说明该数据信息所对应的地基增强系统的本地时钟出现故障或者地面无线通信网络出现故障，则可以质疑该数据信息的可信度，因此，将该数据信息视为无效数据，直接丢弃。本实施例中的时间数值只是用于说明本发明技术方案的优选时间数值，但并不限于此。

由于本实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测方法的具体步骤与上述实施例的步骤相同，故不再赘述。

采用本实施例提供的技术方案，通过对多个地基增强系统的数据信息进行分析，获取被多个地基增强系统所观测到的全球导航卫星系统中的多个可用卫星，以及每颗可用卫星对应的多个数据信息和观测站个数，根据获取的信息，判断每颗可用卫星的完好性状态，使机载客户端获知可用卫星的完好性状态，并据此监测全球导航卫星系统的完好性，在使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求的同时，节省了单独建立类似WAAS的星基增强系统所需的巨额投资。同时，基于地基增强系统自身具有在机场及临近区域满足CAT I到CAT III的精密进近和着陆引导的能力，本实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测方法，可以使GPS满足民用航空整个飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求；另外，本实施例提供的技术方案通过数据信息中增加的时间标签对可用卫星所对应的多个数据信息进行对时，保证了对可用卫星的完好性状态判断的准确性，为使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求打下良好的基础。

图3为本发明实施例五提供的基于多地基增强系统的完好性监测装置的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的完好性监测装置包括获取模块31、判断生成模块32和发送模块33。

其中，获取模块31用于获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗可用卫星对应的数据信息以及每颗可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗可用卫星对应的数据信息的个数相等，所述数据信息是由每个地基增强系统根据接收到的全球导航卫星系统的卫星数据生成的，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值；判断生成模块32用于根据获取模块31获取的每颗可用卫星的观测站个数和每颗可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成用于表示完好性状态的状态值；发送模块33，用于将判断生成模块32生成的每颗可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据接收到的状态值监测全球导航卫星系统的完好性。

具体的，每个地基增强系统根据参考接收机接收到的全球导航卫星系统的卫星数据，计算该地基增强系统的可用卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，并与其它信息进行处理，生成数据信息，其中，其它信息为处理数据信息所需的附加信息，例如用于标识卫星的卫星号。获取模块31通过地面无线通信网络获取每个地基增强系统的数据信息，根据数据信息中的卫星号，对数据信息进行分类处理，获取同一颗可用卫星所对应的所有数据信息，并统计该可用卫星所对应的所有数据信息的个数，即观测站个数，并将每颗可用卫星所对应的数据信息和每颗可用卫星的观测站个数发送给判断生成模块32，以供判断生成模块32判断每颗可用卫星的完好性状态。

判断生成模块32根据获取模块31发送的每颗可用卫星的信息，判断每颗可用卫星的完好性性状态，其中，完好性状态具体包括观测到可用卫星的地基增强系统即观测站的个数少于预设观测站门限值时的未监测状态、监测状态下的可用卫星的定位水平保护级大于或等于误差阈值时的不健康状态和监测状态下的可用卫星的定位水平保护级小于误差阈值时的健康状态。同时，判断生成模块32生成用于表示上述状态的状态值，并将所述状态值发送给发送模块33，由发送模块33将每颗可用卫星的状态值通过对空数据链路或者卫星数据链路发送给机载客户端。

采用本实施例提供的技术方案，通过获取模块获取每个地基增强系统的数据信息及数据信息中与可用卫星对应的信息，判断生成模块根据获取模块获取的信息对可用卫星的完好性状态进行判断，并通过发送模块将状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据状态值监测全球导航卫星系统的完好性，进而使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

基于上述实施例，该完好性监测装置中的判断生成模块32包括：第一判断生成子模块321用于当观测站个数小于预设观测站门限值时，判断可用卫星的完好性状态为未监测状态，并生成未监测状态值；当观测站个数大于或等于预设观测站门限值时，判断可用卫星的完好性状态为监测状态，并生成监测状态值。具体的，第一判断生成子模块321接收获取模块31发送的每颗可用卫星的信息，并根据其中的观测站个数初始判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成对应的状态值。其中，由第一判断生成子模块321判断出的完好性状态具体包括未监测状态和监测状态，其中未监测状态是指观测站的个数少于预设观测站门限值，监测状态是指观测站的个数大于或等于预设观测站门限值。

该判断生成模块32进一步还包括：获取子模块322、计算子模块323和第二判断生成子模块324。其中，获取子模块322用于根据第一判断生成子模块321生成的监测状态值，对可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验，获取与可用卫星对应的可用数据信息，其中可用数据信息是指可用卫星对应的第一差分校正值之间偏差较小的多个数据信息；计算子模块323用于根据获取子模块322获取的可用卫星对应的可用数据信息计算可用卫星的定位水平保护级；第二判断生成子模块324用于将计算子模块323计算出的可用卫星的定位水平保护级与一误差阈值进行比较，当可用卫星的定位水平保护级大于或等于误差阈值时，判断可用卫星的完好性状态为不健康状态，并生成不健康状态值；当可用卫星的定位水平保护级小于误差阈值时，判断可用卫星的完好性状态为健康状态，并生成健康状态值。

采用本实施例提供的技术方案，通过获取模块获取每个地基增强系统的数据信息及数据信息中与可用卫星对应的信息，判断生成模块根据获取模块获取的信息对可用卫星的完好性状态进行判断，并通过发送模块将状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据状态值监测全球导航卫星系统的完好性，进而使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

图4为本发明实施例六提供的基于多地基增强系统的完好性监测系统的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的完好性监测系统包括多个地基增强系统40和完好性监测装置50。

本实施例提供的完好性监测系统至少包括4个地基增强系统，但并不限于此，如图4所示，地基增强系统40用于观测全球导航卫星系统中的卫星，接收卫星数据，根据卫星数据生成数据信息，并将数据信息发送给完好性监测装置50，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值，并将所述数据信息发送给所述完好性监测装置；完好性监测装置50用于获取多个地基增强系统40的数据信息，对多个地基增强系统40的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个地基增强系统40观测到的可用卫星、与每颗可用卫星对应的数据信息以及每颗可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗可用卫星对应的数据信息的个数相等；根据每颗可用卫星的观测站个数和每颗可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗可用卫星的完好性状态，并生成用于表示完好性状态的状态值；将每颗可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据接收到的状态值监测全球导航卫星系统的完好性。

具体的，各个地基增强系统40根据参考接收机接收到的全球导航卫星系统的卫星数据，计算该地基增强系统的可用卫星对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，并与其它信息进行处理，生成数据信息，其中，其它信息为处理数据信息所需的附加信息，例如用于标识卫星的卫星号，并通过地面无线传输链路49和完好性监测装置50之间进行通信，而同时为了满足告警时间的要求，要求地面无线传输链路49的传送数据速率不低于64kbps。完好性监测装置50对接收到的多个数据信息进行综合处理，生成表示可用卫星的完好性状态的状态值，并通过对空数据链路或者卫星数据链路将完好性状态值发送给机载客户端。

采用本实施例提供的技术方案，通过完好性监测装置获取多个地基增强系统的数据信息，并根据数据信息判断出可用卫星的完好性状态，以供机载客户端根据可用卫星的完好性状态监测全球导航卫星系统的完好性，进而使GPS满足民用航空中从航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统的完好性的需求。

图5为本发明实施例六中地基增强系统的结构示意图，如图5所示，每个地基增强系统40包括有第一参考接收机、第一数据处理计算机、数据发射电台、数据接收电台、第一共视时钟模块和第一地面通信管理模块。在本实施例中，具体为，第一参考接收机为4个，用于接收全球导航卫星系统的卫星信号；第一数据处理计算机为2个，用于计算对应于卫星的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值；数据发射电台为1个，用于按照地基增强系统的电文格式向临近空域内的机载客户端发送地基增强系统的电文；数据接收电台为1个，用于接收数据发射电台所发送的电文并验证；第一共视时钟模块为1个，用于与完好性监测装置50进行时钟同步；第一地面通信管理模块为1个，用于与完好性监测装置50进行通信。

图6为本发明实施例六中完好性监测装置的结构示意图，如图6所示，完好性监测装置50包括有第二地面通信管理模块、第二共视时钟模块、第二参考接收机、第二数据处理计算机。在本实施例中，具体为，第二地面通信管理模块为1个，用于与地基增强系统进行通信；第二共视时钟模块为1个，用于与地基增强系统进行时钟同步；第二参考接收机为1个，用于接收全球导航卫星系统的卫星信号，进行共视时间同步；第二数据处理计算机为2个，用于对多个地基增强系统的数据信息进行分析、判断等处理，生成表示可用卫星的完好性状态的状态值，并将状态值发送给机载客户端，以供机载客户端根据接收到的状态值监测全球导航卫星系统的完好性。

相应的，机载客户端包括卫星信号接收模块，用于接收全球导航卫星系统的卫星信号，广域完好性信号接收模块，用于接收完好性监测装置50发送的表示完好性状态的状态值，和综合数据处理模块，用于根据接收到状态值进行完好性监测，以及用于对后续相应操作进行处理。

上述技术方案给出本发明实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测系统一种较佳实现方式，但并不限于此。

采用本实施例提供的技术方案，通过完好性监测装置对现有的多个地基增强系统的数据信息进行统一处理，建立了一个覆盖广域范围的完好性监测系统，使GPS满足民用航空中航路到非精密进近飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求，同时，节省了单独建立类似WAAS的星基增强系统所需的巨额投资。进一步，基于地基增强系统自身具有在机场及临近区域满足CAT I到CATIII的精密进近和着陆引导的能力，本实施例提供的基于多地基增强系统的完好性监测系统，可以使GPS满足民用航空整个飞行阶段对卫星导航系统完好性的需求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于多地基增强系统的完好性监测方法，其特征在于，包括： 

获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个所述地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个所述地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗所述可用卫星对应的数据信息以及每颗所述可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗所述可用卫星对应的数据信息的个数相等，所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值； 

根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值； 

将每颗所述可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端根据接收到的所述状态值监测所述全球导航卫星系统的完好性； 

所述根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值，具体包括： 

当所述观测站个数小于预设观测站门限值时，判断所述可用卫星的完好性状态为未监测状态，并生成未监测状态值； 

当所述观测站个数大于或等于所述预设观测站门限值时，判断所述可用卫星的完好性状态为监测状态，并生成监测状态值; 

当所述可用卫星的完好性状态为监测状态时，还包括： 

对所述可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验，获取与所述可用卫星对应的可用数据信息； 

根据所述可用卫星对应的可用数据信息计算所述可用卫星的定位水平保护级； 

将所述可用卫星的定位水平保护级与一误差阈值进行比较，当所述可用卫星的定位水平保护级大于或等于所述误差阈值时，判断所述可用卫星的完好性状态为不健康状态，并生成不健康状态值；当所述可用卫星的定位水平保护级小于所述误差阈值时，判断所述可用卫星的完好性状态为健康状态，并生成健康状态值; 

所述对所述可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验，获取与所述可用卫星对应的可用数据信息，具体为： 

根据公式计算所述可用卫星对应的数据信息中的第一差分校正值的偏差值； 

将所述偏差值与一偏差阈值比较，若所述偏差值大于所述偏差阈值，将所述偏差值对应的数据信息从所述可用卫星对应的数据信息中剔除； 

然后，重新计算所述可用卫星对应的剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值，并将所述剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值与所述偏差阈值比较，直到所述剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值均小于等于所述偏差阈值为止，则所述剩余数据信息即为所述可用卫星对应的可用数据信息; 

其中，ρ_corr,i,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个数据信息中的第一差分校正值； 

S_n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的观测站的集合； 

M_n(k)是S_n(k)中的观测站个数； 

D_l,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第l个数据信息中的第一差分校正值的偏差值； 

所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，具体为：每个所述地基增强系统利用GPS定位误差的时间和空间相关特性，认为一定距离内同步观测同一颗卫星的两个用户 的测距误差是相同时，计算与每颗可用卫星相对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值。 

2.根据权利要求1所述的基于多地基增强系统的完好性监测方法，其特征在于，所述数据信息中还包括标识所述数据信息生成时刻的时间标签，所述时间标签用于对每颗所述可用卫星对应的数据信息进行对时。 

3.根据权利要求1所述的基于多地基增强系统的完好性监测方法，其特征在于，所述根据所述可用卫星对应的可用数据信息计算所述可用卫星的定位水平保护级，具体包括： 

根据公式

计算所述可用卫星对应的第二差分校正值； 

根据公式

计算所述可用卫星对应的第二校正残差的标准差； 

根据公式

计算所述可用卫星的定位水平保护级; 

其中，S'_n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的可用数据信息相应的可用观测站的集合； 

M'_n(k)是S'_n(k)中的可用观测站个数； 

ρ_corr,i,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个可用数据信息中的第一差分校正值； 

σ_corr,i,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个可用数据信息中的第一校正残差的标准差； 

ρ_corr,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第二差分校正值； 

σ_corr,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第二校正残差的标准差； 

HDOP_max为所述全球导航卫星系统服务范围内的卫星最大定位水平精 度因子； 

K_md为根据运行需求得到的漏检系数； 

HPL_n为k时刻第n颗可用卫星的定位水平保护级。 

4.一种基于多地基增强系统的完好性监测装置，其特征在于，包括： 

获取模块，用于获取每个地基增强系统的数据信息后，对每个所述地基增强系统的数据信息进行分析，获取全球导航卫星系统中被至少一个所述地基增强系统观测到的可用卫星、与每颗所述可用卫星对应的数据信息以及每颗所述可用卫星的观测站个数，所述观测站个数与每颗所述可用卫星对应的数据信息的个数相等，所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值； 

判断生成模块，用于根据每颗所述可用卫星的观测站个数和每颗所述可用卫星对应的数据信息中的第一校正残差的标准差和第一差分校正值，判断每颗所述可用卫星的完好性状态，并生成用于表示所述完好性状态的状态值； 

发送模块，用于将每颗所述可用卫星对应的状态值发送给机载客户端，以供所述机载客户端根据接收到的所述状态值监测所述全球导航卫星系统的完好性; 

所述判断生成模块包括： 

第一判断生成子模块，用于当所述观测站个数小于预设观测站门限值时，判断所述可用卫星的完好性状态为未监测状态，并生成未监测状态值； 

当所述观测站个数大于或等于所述预设观测站门限值时，判断所述可用卫星的完好性状态为监测状态，并生成监测状态值; 

所述判断生成模块还包括： 

获取子模块，用于根据所述第二判断生成子模块生成的监测状态值，对所述可用卫星对应的数据信息进行多参考站一致性校验，获取与所述可用卫星对应的可用数据信息； 

计算子模块，用于根据所述可用卫星对应的可用数据信息计算所述可用卫星的定位水平保护级； 

第二判断生成子模块，用于将所述可用卫星的定位水平保护级与一误差阈值进行比较，当所述可用卫星的定位水平保护级大于或等于所述误差阈值时，判断所述可用卫星的完好性状态为不健康状态，并生成不健康状态值；当所述可用卫星的定位水平保护级小于所述误差阈值时，判断所述可用卫星的完好性状态为健康状态，并生成健康状态值；

所述获取子模块，具体用于： 

根据公式

计算所述可用卫星对应的数据信息中的第一差分校正值的偏差值； 

将所述偏差值与一偏差阈值比较，若所述偏差值大于所述偏差阈值，将所述偏差值对应的数据信息从所述可用卫星对应的数据信息中剔除； 

然后，重新计算所述可用卫星对应的剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值，并将所述剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值与所述偏差阈值比较，直到所述剩余数据信息中的第一差分校正值的偏差值均小于等于所述偏差阈值为止，则所述剩余数据信息即为所述可用卫星对应的可用数据信息; 

其中，ρ_corr,i,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第i个数据信息中的第一差分校正值； 

S_n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的观测站的集合； 

M_n(k)是S_n(k)中的观测站个数； 

D_l,n(k)是k时刻第n颗可用卫星对应的第l个数据信息中的第一差分校正值的偏差值; 

所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，具体为：每个所述地基增强系统利用GPS定位误 差的时间和空间相关特性，认为一定距离内同步观测同一颗卫星的两个用户的测距误差是相同时，计算与每颗可用卫星相对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值。 

5.一种基于多地基增强系统的完好性监测系统，其特征在于，包括： 

多个地基增强系统，用于观测全球导航卫星系统中的卫星，接收卫星数据，根据所述卫星数据生成数据信息，并将所述数据信息发送给完好性监测装置，所述数据信息至少包括第一校正残差的标准差和第一差分校正值； 

所述完好性监测装置为如权利要求4所述的基于多地基增强系统的完好性监测装置; 

所述数据信息是由每个所述地基增强系统根据接收到的所述全球导航卫星系统的卫星数据生成的，具体为：每个所述地基增强系统利用GPS定位误差的时间和空间相关特性，认为一定距离内同步观测同一颗卫星的两个用户的测距误差是相同时，计算与每颗可用卫星相对应的观测伪距的第一校正残差的标准差和第一差分校正值。 

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