CN101950026A - 用于局域增强系统的测量值质量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法，主要解决目前测量值质量监测中不能准确地判定卫星是否可用的问题。其检测步骤是：首先对每台接收机每颗卫星的锁定时间进行监测，确定锁定时间正常的卫星；然后对正常锁定的卫星进行载波相位加速-斜坡-阶跃周跳检测，对通过周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，对通过码伪距革新测试的卫星进行码-载偏离度检测；最后对多台接收机的检测结果进行综合处理，以获取各颗卫星的可用状态。本发明解决了现有方法中在发生卫星异常告警时判断不准确的问题，能够准确的判定卫星是否可用，选择出确实可用的卫星，提高了测量值质量监测的精度。

Description

用于局域增强系统的测量值质量监测方法

技术领域

本发明属于卫星导航领域，涉及卫星导航领域的局域增强系统LAAS，具体地说，是指一种应用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法。

背景技术

美国的全球定位系统GPS可以连续/全天候的工作，并能在全球范围内向用户提供精确、连续的三维位置、速度与时间信息。但由于GPS本身固有的特性，使得单纯使用GPS不能够满足许多民用领域所需的精度要求，这就需要建立增强系统对GPS进行增强，局域增强系统LAAS即是这样的增强系统。

局域增强系统LAAS是美国联邦航空局FAA提出的地基增强系统。LAAS的地面站根据卫星测距信号和已知的基准接收机精确位置计算卫星的伪距校正量、载波相位校正量等差分数据，并将这些信息发送给机载子系统。机载子系统将地面站发送的差分数据等用于解算，以获得高精度的导航参数。

在局域增强系统的地面站中，根据星历计算的卫星位置和基准接收机的精确位置计算星地间的距离，将之与参考接收机的伪距、载波相位等测量值数据进行比较，再修掉卫星钟差，即得到伪距校正量、载波相位校正量等差分数据提供给机载子系统进行精密定位。如果在上述过程中使用了异常的伪距、载波相位等数据，对机载子系统精密定位会产生非常巨大的影响，因此，必须在计算差分校正量之前对每颗卫星的测量值进行可用性检测。

测量值质量监测是局域增强系统完好性监测的一个关键环节。所谓完好性指的是在系统不能使用时及时向用户发出告警的能力。完好性异常是稀少的，每年仅发生几次，但它对航空导航来说是关键性的，因而需要对完好性进行监测。测量值质量监测关注的是伪距、载波相位等测量值数据是否存在异常，若存在异常，则会直接影响计算的差分校正量的准确性，进而会对差分修正性能产生不可忽视的影响，这种影响达到一定程度，会对整个局域增强系统的完好性产生非常巨大的影响，导致系统完好性风险加大、可用性降低。

目前国际上常用的卫星导航局域增强系统的测量值质量监测的方法，主要是对每台基准接收机的每个卫星进行锁定时间监测、载波相位周跳检测和码伪距革新测试，例如斯坦福大学的完好性监测中公开的方法就是这种。这种测量值质量监测方法仅对单台接收机的测量值数据进行了载波相位检测和码伪距检测，在码伪距检测中使用的阈值未进行加权处理，且未对码伪距-载波相位的偏离度进行检测，并且只对单台接收机的数据进行了处理，未对多台接收机的检测结果进行综合处理，这样就不能准确地判定卫星是否可用，且在发生异常告警时就不能判断是由于卫星的原因还是由于接收机本身的原因引起的，从而不能将确实可用的卫星正确的选择出来进行差分校正量计算，会对机载子系统精密定位产生大的影响。

发明内容

本发明为解决应用卫星导航的局域增强系统中卫星的可用性监测问题，克服上述背景技术的不足，提供了一种多接收机相结合的方法，并将码-载偏离度检测引入到现有的测量值质量监测方法中，且在码伪距检测中对阈值进行了加权处理，以准确的判定卫星是否可用，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，进行差分校正量计算，提高测量值质量监测的准确性。

实现本发明目的技术方案是对每台接收机每颗卫星的数据进行载波相位周跳检测、码伪距革新测试、码-载偏离度检测，将多台接收机的检测结果进行综合处理，以获取各颗卫星的可用状态，具体步骤如下：

(1)对M台基准接收机接收到的每一颗卫星的数据，分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，确定各个正常锁定的卫星，此处M＝3；

(2)对确定的正常锁定的卫星通过最小二乘法进行载波相位周跳检测：

2a)计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，并设定相应的加速度阈值T_Acc，0＜T_Acc＜1，斜坡阈值T_Ramp，0＜T_Ramp＜1，和阶跃阈值T_Step，0＜T_Step＜1；

2b)将加速度值、斜坡值、阶跃值分别与设定的阈值T_Acc、T_Ramp和T_Step进行比较，得到相应的判定结果值Res_Acc、Res_Ramp和Res_Step：

若加速度的绝对值大于T_Acc，则认为加速度异常，将Res_Acc置为1，若加速度的绝对值小于T_Acc，则认为加速度正常，将Res_Acc置为0；

若斜坡的绝对值大于T_Ramp，则认为斜坡值异常，将Res_Ramp置为1，若斜坡的绝对值小于T_Ramp，则认为斜坡值正常，将Res_Ramp置为0；

若阶跃的绝对值大于T_Step，则认为阶跃值异常，将Res_Step置为1，若阶跃的绝对值小于T_Step，则认为阶跃值正常，将Res_Step置为0；

2c)对Res_Acc、Res_Ramp和Res_Step三个判定结果进行逻辑判决，若逻辑判决通过，则认为载波相位正常，若逻辑判决未通过，则认为载波相位异常；

(3)对通过载波相位周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，计算革新测试统计量值，并将统计量的绝对值与计算的统计量阈值T_Inno进行比较，若统计量的绝对值大于T_Inno，则认为码伪距异常，若统计量的绝对值小于T_Inno，则认为码伪距正常；T_Inno的计算公式为：T_Inno＝w×6.82×(0.1+2.0×e^-3.0×θ)，其中w为权值，是根据不同的接收机进行设定的，通常w的设定范围为：1.0＜w＜2.0，θ为卫星仰角值；

(4)对通过步骤(1)-(3)检测的卫星进行码-载偏离度的检测：

首先，计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量Δ_psr，计算相邻两个历元的载波相位的增量Δ_carr；

然后，计算Δ_psr与Δ_carr的差值，即为码-载偏离度值

将码-载偏离度值

与设定的码-载偏离度阈值T_Dcc，0＜T_Dcc＜0.8，进行比较，若

大于T_Dcc，则认为码-载偏离度异常，若

小于T_Dcc，则认为码-载偏离度正常；

(5)对每台接收机每颗卫星的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果、码-载偏离度检测结果进行如下综合处理，以获取各颗卫星的可用状态：

5a)用每台接收机的检测结果分别构成一个检测矩阵Check_m：

${\mathrm{Check}}_m=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{PRN}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{1m}\\ {\mathrm{PRN}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{2m}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{PRN}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{\mathrm{nm}}\end{array}\right]$

其中，m为接收机号，并且m＝1，2，3，nm为接收机m接收到的卫星数量，PRN_km表示接收机m接收到的卫星号，1≤km≤nm；Flag_carr_km表示接收机m的载波相位周跳检测结果，1≤km≤nm；Flag_psr_km表示接收机m的码伪距检测结果，1≤km≤nm；Flag_dcc_nm表示接收机m的码-载偏离度检测结果，1≤km≤nm；该矩阵中每一行包括接收机m锁定的卫星PRN_km的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果和码-载偏离度检测结果，整个矩阵描述了卫星导航系统所有卫星的测量值质量监测结果的可用性，用于局域增强系统完好性监测；

5b)根据5a)中的卫星可用性矩阵，首先将异常的接收机排除掉，然后从可用的各台基准接收机中排除掉异常的卫星，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，用于计算伪距校正量和载波相位校正量。

本发明提供的方法具有如下优点：

1、本发明提供的方法可以有效的检测载波相位周跳和码伪距异常，对外部环境的依赖性小；

2、本发明由于在使用码伪距革新测试统计量阈值T_Inno的计算公式：T_Inno＝w×6.82×(0.1+2.0×e^-3.0×θ)中，增设有权值w，可以提高判定的准确度，进而提高进行码伪距检测的精度；

3、本发明将码-载偏离度检测引入到了测量值质量监测中，提高了单接收机判定卫星是否可用的精度；

4、本发明由于将每台接收机的载波相位检测结果、码伪距检测结果、码-载偏离度检测结果进行综合处理，可以将异常的接收机排除掉，将异常的卫星排除掉，进而能够准确的判定卫星是否可用，选择出确实可用的卫星，解决了现有方法中在发生卫星异常告警时判断不准确的问题，提高了测量值质量监测的精度，降低了局域增强系统中测量值质量监测产生的完好性风险，提高了卫星完好性监测的准确性。

附图说明

图1是本发明的测量值质量监测的流程图；

图2是本发明载波相位周跳检测的处理流程图；

图3是本发明码伪距革新测试的处理流程图；

图4是码-载偏离度检测的处理流程图；

图5是多台接收机综合处理的流程图；

图6是使用本发明方法与传统方法对码伪距进行革新测试的结果对比图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，本发明包括如下步骤：

步骤1，接收机锁定时间监测。

接收机失锁情况是很少的且不会对完好性产生很大威胁，一般只发生在卫星的仰角较低时，其实现步骤如下：

首先，对M台基准接收机分别接收卫星测量值数据；

然后，对每一台基准接收机接收到的每一颗卫星的数据，分别计算前后时刻的锁定时间的数值差来判断接收机是否连续的相位锁定，将每台接收机每颗卫星的k时刻的锁定时间记为TC(k)，k-1时刻的锁定时间记为TC(k-1)；

最后，将TC(k)与TC(k-1)相减，如果接收机处于锁定状态，则前后时刻的数值差值为常数，若某一时刻产生失锁则此时的数值差可能为负数或者较大数值或者无穷大，从而判断该接收机失锁，以此来确定各个正常锁定的卫星，此处M＝3。

步骤2，对确定的正常锁定的卫星进行载波相位周跳检测。

本发明使用最小二乘法对卫星进行载波相位周跳检测，用于检测载波相位测量值上的加速度、斜坡、阶跃的快速改变，这些快变会导致载波相位校正量的误差。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

(2A)计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，并设定相应的阈值：

(2A1)对于每个信道(m，n)，即每台接收机的每颗卫星，计算载波相位校正量值φ_c，m，n：

φ_c，m，n(k)＝φ_m，n(k)×λ-R_m，n(k)+τ_m，n(k)-φ_c，m，n(0)

其中：

k是时间点；

φ_m，n是载波相位值；

λ是波长；

R_m，n是从基准接收机天线m到卫星n的几何距离，是根据接收机位置和卫星位置进行计算的，接收机位置是根据长时间定位结果进行设定的，卫星位置是根据卫星星历数据进行计算得到的，R_m，n的计算公式为：

$R_{m,n}=\sqrt{{(x_s-x_r)}^2+{(y_s-y_r)}^2+{(z_s-z_r)}^2},$

其中，(x_r，y_r，z_r)是设定的ECEF坐标系下的接收机位置，(x_s，y_s，z_s)是计算的卫星位置；

τ_m，n是卫星钟校正量，是根据卫星星历数据中的钟差参数进行计算得到的；

φ_c，m，n(0)＝φ_m，n(0)×λ-R_m，n(0)+τ_m，n(0)，是初始时间点的载波相位校正量，其中，φ_m，n(0)是初始时间点的载波相位值，R_m，n(0)是初始时间点的从基准接收机天线m到卫星n的几何距离，τ_m，n(0)是初始时间点的卫星钟校正量；

(2A2)计算从k-9、k-8、……、一直到k的十个连续的已知点的φ^*值：

${\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}\left(k\right)={\mathrm{\φ}}_{c,m,n}\left(k\right)-\frac{1}{N_m}\underset{j\∈S_m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_{c,m,j}\left(k\right),$

其中：S_m(k)是接收机m跟踪的卫星集合，N_m是接收机m跟踪的卫星个数，j指集合S_m(k)中的卫星，φ_c，m，j是卫星j的载波相位校正量；

上式的减法可以消去任何可能的接收机钟漂，在计算这十个点的过程中，S_m应该是完全相同的；

(2A3)利用计算的十个已知点拟合如下二次模型：

${\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)={\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}\left(0\right)+\frac{d{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{\mathrm{dt}}t+\frac{d^2{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{{\mathrm{dt}}^2}\frac{t^2}{2},$

其中：

是利用(2A2)中的公式计算得到的φ^*值，

是利用(2A2)中的公式计算得到的初始时间点的φ^*值，

和是待求解的模型系数，t是时间，0≤t≤10×T_s，T_s是原始观测量的采样间隔，取值为0.5秒；

(2A4)使用最小二乘法解算该模型的系数，得到载波相位加速度值Acc、斜坡值Ramp和阶跃值Step：

${\mathrm{Acc}}_{m,n}\left(k\right)=\frac{d^2{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{{\mathrm{dt}}^2},$

${\mathrm{Ramp}}_{m,n}\left(k\right)=\frac{d{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{\mathrm{dt}},$

${\mathrm{Step}}_{m,n}\left(k\right)={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{meas},m,n}^{*}\left(k\right)-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{pred},m,n}^{*}\left(k\right),$

其中，

是按照(2A2)中的公式根据实际接收的数据计算得到的实际值，

是根据(2A3)中的二次模型公式计算得到的预测值；

(2A5)设定加速度阈值T_Acc，0＜T_Acc＜1，斜坡阈值T_Ramp，0＜T_Ramp＜1，和阶跃阈值T_Step，0＜T_Step＜1；

(2B)将加速度值、斜坡值、阶跃值的绝对值分别与设定的阈值T_Acc、T_Ramp和T_Step进行比较，得到相应的判定结果值Res_Acc、Res_Ramp和Res_Step，判断在加速度、斜坡或阶跃上是否产生了异常标志，若未产生异常标志，则表明所有的信道均通过了检测，若产生了异常标志，则按如下判定逻辑进行：

(2B1)对被标志的信道查找加速度、斜坡、阶跃值的最大值；

(2B2)判断最大值个数是多少，若只有一个最大值或者有两个或三个最大值发生在相同的信道上，则排除该信道。

(2B3)在排除故障信道之后，重复进行载波相位加速度、斜坡、阶跃计算，并进行其后的相应判断。

步骤3，对卫星进行码伪距革新测试。

码伪距革新测试用于检测原始码伪距观测量中的冲击和阶跃误差。该步骤使用载波相位观测量的变化值平滑码伪距观测量，这可以减小原始码伪距观测量的快变误差，如接收机噪声引起的高频误差。

参照图3，本步骤的具体实现如下：

(3A)对每台接收机的每颗卫星进行HATCH滤波，计算平滑码伪距值P_s，m，n：

$P_{s,m,n}\left(k\right)=\frac{1}{N_s}{P}_{m,n}\left(k\right)+(1-\frac{1}{N_s})(P_{s,m,n}(k-1)+{\mathrm{\φ}}_{m,n}\left(k\right)\×\mathrm{\λ}-{\mathrm{\φ}}_{m,n}(k-1)\×\mathrm{\λ}),$

其中：k是时间点，N_s＝τ_s/T_s，τ_s为时间常数，取值为100秒，T_s为原始观测量的采样间隔，取值为0.5秒，P_m，n是码伪距观测量，φ_m，n是载波相位观测量，λ是波长；

(3B)根据平滑码伪距值计算革新测试统计量值Inno_m，n：

Inno_m，n(k)＝P_m，n(k)-(P_s，m，n(k-1)+φ_m，n(k)×λ-φ_m，n(k-1)×λ)

其中，各符号代表的含义与(3A)中相同。

(3C)将统计量Inno_m，n的绝对值与计算的统计量阈值T_Inno进行比较，若Inno_m，n的绝对值小于T_Inno，则认为码伪距正常，若Inno_m，n的绝对值大于T_Inno，且连续三个Inno的绝对值都大于阈值，则产生一个异常标志，认为码伪距异常；

(3D)统计量阈值T_Inno的计算公式为：T_Inno＝w×6.82×(0.1+2.0×e^-3.0×θ)，其中w为权值，是根据不同的接收机进行设定的，通常w的设定范围为：1.0＜w＜2.0，θ为卫星仰角值；

根据不同的接收机情况对阈值T_Inno进行w加权，可以提高判定的准确度，进而提高进行码伪距检测的精度。

步骤4，对卫星进行码-载偏离度的检测。

对卫星进行码-载偏离度的检测，在理想情况下，接收机测得的同一卫星同一频率相邻两个历元的码伪距观测量的增量与相邻两个历元的载波相位的增量相等。但是，由于受电离层延迟、多路径的影响，或者由于卫星发射源的不理想性，将导致码伪距测量值与载波相位测量值的不一致性，码-载偏离度即反映了其差值变化的快慢程度。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

(4A)计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量Δ_psr，将每台接收机每颗卫星的k时刻的码伪距观测量记为psr(k)，将k-1时刻的码伪距观测量记为psr(k-1)，再将psr(k)与psr(k-1)相减，即得Δ_psr；

(4B)计算相邻两个历元的载波相位的增量Δ_carr，将每台接收机每颗卫星的k时刻的载波相位记为carr(k)，将k-1时刻的载波相位记为carr(k-1)，再将carr(k)与carr(k-1)相减，即得Δ_carr；

(4C)计算Δ_psr与Δ_carr的差值，即为码-载偏离度值

(4D)将码-载偏离度值

与设定的码-载偏离度阈值T_Dcc，0＜T_Dcc＜0.8，进行比较，若

小于T_Dcc，则认为码-载偏离度正常，若

大于T_Dcc，则认为码-载偏离度异常，产生一个异常标志。

步骤5，将每台接收机每颗卫星的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果、码-载偏离度检测结果进行如下综合处理，以获取各颗卫星的可用状态。

参照图5，本步骤的具体实现如下：

(5A)用每台接收机的检测结果分别构成一个检测矩阵Check_m：

${\mathrm{Check}}_m=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{PRN}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{1m}\\ {\mathrm{PRN}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{2m}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{PRN}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{\mathrm{nm}}\end{array}\right]$

其中，m为接收机号，并且m＝1，2，3，nm为接收机m接收到的卫星数量，PRN_km表示接收机m接收到的卫星号，1≤km≤nm；Flag_carr_km表示接收机m的载波相位周跳检测结果，1≤km≤nm；Flag_psr_km表示接收机m的码伪距检测结果，1≤km≤nm；Flag_dcc_nm表示接收机m的码-载偏离度检测结果，1≤km≤nm；

该矩阵中每一行包括接收机m锁定的卫星PRN_km的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果和码-载偏离度检测结果，整个矩阵描述了卫星导航系统所有卫星的测量值质量监测结果的可用性，用于局域增强系统完好性监测；

(5B)根据(5A)中的检测矩阵Chec_km，若卫星PRN_km的载波相位检测结果Flag_carr_km为异常，或者码伪距检测结果Flag_psr_km为异常，或者码-载偏离度检测结果Flag_dcc_km为异常，则认为卫星PRN_km的整个的测量值质量监测结果Flag_meas_km为异常；

(5C)对每台接收机每颗卫星的测量值质量监测结果Flag_meas_km进行综合判定，判定结果包括以下四种情况：

第一种情况：判定监测结果Flag_meas_km均为正常；

第二种情况：判定单颗卫星在单个接收机上产生Flag_meas_km异常标志；

第三种情况：判定单颗卫星在多个接收机上产生Flag_meas_km异常标志，包括在2个接收机上产生异常标记和在3个接收机上全部产生异常标记；

第四种情况：判定多颗卫星在单个接收机上产生Flag_meas_km异常标志；

(5D)根据(5C)中的四种情况，分别进行如下的处理：

对于第一种情况，所有的监测结果Flag_meas_km均为正常的，则不进行处理；

对于第二种情况，认为仅仅是该接收机接收该颗卫星的通道出现了问题，而不是卫星发生了异常；

对于第三种情况，大多数接收机或全部接收机均判定该颗卫星有问题，则认为该卫星确实异常，不可用。

对于第四种情况，由于GPS本身的性能特点，同一时刻有2颗及2颗以上卫星发生问题是不可能的，所以认为判多颗卫星产生异常的该台接收机异常，而不是卫星发生了异常。

(5E)根据(5D)中的处理结果，首先将异常的接收机排除掉，然后从可用的各台基准接收机中排除掉异常的卫星，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，用于计算伪距校正量和载波相位校正量。

本发明的效果可由如下实例验证：

实验1，使用本发明方法与传统方法对码伪距进行革新测试。

以17号卫星为例，使用GPS时间1543周，471600.0秒之后约5个小时的数据进行码伪距革新测试，对本发明方法和传统方法进行分析比较。

首先，根据步骤3中的码伪距革新测试方法使用经过加权的统计量阈值T_Inno对码伪距革新测试统计量值进行检测，此处，加权值w取为1.5，得到本发明提供的方法的检测结果如图6A所示；

然后，根据传统的码伪距革新测试方法使用不加权的统计量阈值T_Inno对码伪距革新测试统计量值进行检测，得到传统方法的检测结果如图6B所示；

由图6可知，使用传统的方法，产生了卫星异常告警，使用本发明提供的方法，未产生卫星异常告警，而根据17号卫星的实际情况，在1543周，17号卫星是正常的，未出现过完好性异常，由此可见，使用传统方法，会产生完好性误警，而使用本发明提供的方法，不会产生完好性误警。此结果表明使用本发明可以提高卫星码伪距检测的精度，降低卫星完好性的误检概率，从而降低局域增强系统中测量值质量监测产生的完好性风险。

实验2，本发明将码-载偏离度检测引入到了测量值质量监测中，而传统方法是没有码-载偏离度检测的，对17号卫星的数据进行仿真，使码-载偏离度数据值异常，使用本发明方法与传统方法对仿真数据进行检测，得到的结果如下表1所示：

表1

表1中，“-”指未进行检测，由上表1可见，使用传统方法不能检测出卫星发生了异常，使用本发明方法可以检测出卫星发生了异常。

实验3，本发明对每台接收机的检测结果进行了综合处理，而传统方法是没有进行综合处理的，依然对17号卫星的数据进行仿真，使某两台接收机的测量值质量监测结果为正常，某一台接收机的测量值质量监测结果为正常，使用本发明方法与传统方法对仿真数据进行检测，得到的结果如下表2所示：

表2

表2中，“-”指未进行检测，由上表2可见，使用传统的测量值质量监测方法，只能判断出接收机1的监测结果为正常，接收机2和接收机3的监测结果为异常，而不能对卫星17整个的可用性做出判断。而使用本发明提供的测量值质量监测方法可以对三台接收机的监测结果进行综合处理，根据步骤5中的(5C)，上述情况属于(5C)中列出的第三种情况，根据(5D)中的处理原则，卫星17为异常，不可用。这样可以提高测量值质量监测的准确性，选择出确实可用的卫星。

Claims (6)

1.一种适用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对M台基准接收机接收到的每一颗卫星的数据，分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，确定各个正常锁定的卫星，此处M＝3；

(2)对确定的正常锁定的卫星通过最小二乘法进行载波相位周跳检测：

2a)计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，并设定相应的加速度阈值T_Acc，0＜T_Acc＜1，斜坡阈值T_Ramp，0＜T_Ramp＜1，和阶跃阈值T_Step，0＜T_Step＜1；

2b)将加速度值、斜坡值、阶跃值分别与设定的阈值T_Acc、T_Ramp和T_Step进行比较，得到相应的判定结果值Res_Acc、Res_Ramp和Res_Step：

若加速度的绝对值大于T_Acc，则认为加速度异常，将Res_Acc置为1，若加速度的绝对值小于T_Acc，则认为加速度正常，将Res_Acc置为0；

若斜坡的绝对值大于T_Ramp，则认为斜坡值异常，将Res_Ramp置为1，若斜坡的绝对值小于T_Ramp，则认为斜坡值正常，将Res_Ramp置为0；

若阶跃的绝对值大于T_Step，则认为阶跃值异常，将Res_Step置为1，若阶跃的绝对值小于T_Step，则认为阶跃值正常，将Res_Step置为0；

2c)对Res_Acc、Res_Ramp和Res_Step三个判定结果进行逻辑判决，若逻辑判决通过，则认为载波相位正常，若逻辑判决未通过，则认为载波相位异常；

(3)对通过载波相位周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，计算革新测试统计量值，并将统计量的绝对值与计算的统计量阈值T_Inno进行比较，若统计量的绝对值大于T_Inno，则认为码伪距异常，若统计量的绝对值小于T_Inno，则认为码伪距正常；T_Inno的计算公式为：T_Inno＝w×6.82×(0.1+2.0×e^-3.0×θ)，其中w为权值，是根据不同的接收机进行设定的，通常w的设定范围为：1.0＜w＜2.0，θ为卫星仰角值；

(4)对通过步骤(1)-(3)检测的卫星进行码-载偏离度的检测：

首先，计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量Δ_psr，计算相邻两个历元的载波相位的增量Δc_arr；

然后，计算Δ_psr与Δ_carr的差值，即为码-载偏离度值

将码-载偏离度值

与设定的码-载偏离度阈值T_Dcc，0＜T_Dcc＜0.8，进行比较，若

大于T_Dcc，则认为码-载偏离度异常，若

小于T_Dcc，则认为码-载偏离度正常；

(5)对每台接收机每颗卫星的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果、码-载偏离度检测结果进行如下综合处理，以获取各颗卫星的可用状态：

5a)用每台接收机的检测结果分别构成一个检测矩阵Check_m：

${\mathrm{Check}}_m=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{PRN}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{1m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{1m}\\ {\mathrm{PRN}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{2m}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{2m}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{PRN}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{carr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{psr}}_{\mathrm{nm}}& {\mathrm{Flag}\_\mathrm{dcc}}_{\mathrm{nm}}\end{array}\right]$

其中，m为接收机号，并且m＝1，2，3，nm为接收机m接收到的卫星数量，PRN_km表示接收机m接收到的卫星号，1≤km≤nm；Flag_carr_km表示接收机m的载波相位周跳检测结果，1≤km≤nm；Flag_psr_km表示接收机m的码伪距检测结果，1≤km≤nm；Flag_dcc_nm表示接收机m的码-载偏离度检测结果，1≤km≤nm；该矩阵中每一行包括接收机m锁定的卫星PRN_km的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果和码-载偏离度检测结果，整个矩阵描述了卫星导航系统所有卫星的测量值质量监测结果的可用性，用于局域增强系统完好性监测；

5b)根据5a)中的卫星可用性矩阵，首先将异常的接收机排除掉，然后从可用的各台基准接收机中排除掉异常的卫星，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，用于计算伪距校正量和载波相位校正量。

2.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(1)所述的分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的锁定时间记为TC(k)，k-1时刻的锁定时间记为TC(k-1)；再将TC(k)与TC(k-1)相减。

3.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤2a)所述的计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，按如下步骤进行：

3a)计算每台接收机每颗卫星的载波相位校正量值φ_c，m，n：

φ_c，m，n(k)＝φ_m，n(k)×λ-R_m，n(k)+τ_m，n(k)-φ_c，m，n(0)

其中：k是时间点，φ_m，n是载波相位值，λ是波长，R_m，n是从基准接收机天线m到卫星n的几何距离，τ_m，n是卫星钟校正量，φ_c，m，n(0)＝φ_m，n(0)×λ-R_m，n(0)+τ_m，n(0)，是初始时间点的载波相位校正量值，其中，φ_m，n(0)是初始时间点的载波相位值，R_m，n(0)是初始时间点的从基准接收机天线m到卫星n的几何距离，τ_m，n(0)是初始时间点的卫星钟校正量；

3b)计算从k-9、k-8、……、一直到k的十个连续的已知点的φ^*值：

${\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}\left(k\right)={\mathrm{\φ}}_{c,m,n}\left(k\right)-\frac{1}{N_m}\underset{j\∈S_m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\φ}}_{c,m,j}\left(k\right)$

其中：S_m(k)是接收机m跟踪的卫星集合，N_m是接收机m跟踪的卫星个数，j指集合S_m(k)中的卫星，φ_c，m，j是卫星j的载波相位校正量；

3c)利用计算的十个已知点拟合如下二次模型：

${\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)={\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}\left(0\right)+\frac{d{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{\mathrm{dt}}t+\frac{d^2{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{{\mathrm{dt}}^2}\frac{t^2}{2}$

其中：

是利用3b)中的公式计算得到的φ^*值，

是利用3b)中的公式计算得到的初始时间点的φ^*值，和

是待求解的模型系数，t是时间，0≤t≤10×T_s，T_s是原始观测量的采样间隔，取值为0.5秒；

3d)使用最小二乘法解算该模型的系数，得到载波相位加速度值Acc、斜坡值Ramp和阶跃值Step：

${\mathrm{Acc}}_{m,n}\left(k\right)=\frac{d^2{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{{\mathrm{dt}}^2},$

${\mathrm{Ramp}}_{m,n}\left(k\right)=\frac{d{\mathrm{\φ}}_{c,m,n}^{*}(k,t)}{\mathrm{dt}},$

${\mathrm{Step}}_{m,n}\left(k\right)={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{meas},m,n}^{*}\left(k\right)-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{pred},m,n}^{*}\left(k\right),$

其中，

是按照3b)中的公式根据实际接收的数据计算得到的实际值，

是根据3c)中的二次模型公式计算得到的预测值。

4.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(3)所述的计算革新测试统计量值，按如下步骤进行：

4a)对每台接收机的每颗卫星进行HATCH滤波，得到平滑码伪距值P_s，m，n：

$P_{s,m,n}\left(k\right)=\frac{1}{N_s}{P}_{m,n}\left(k\right)+(1-\frac{1}{N_s})(P_{s,m,n}(k-1)+{\mathrm{\φ}}_{m,n}\left(k\right)\×\mathrm{\λ}-{\mathrm{\φ}}_{m,n}(k-1)\×\mathrm{\λ})$

其中：k是时间点，N_s＝τ_s/T_s，τ_s为时间常数，取值为100秒，T_s为原始观测量的采样间隔，取值为0.5秒，P_m，n是码伪距观测量，φ_m，n是载波相位观测量，λ是波长；

4b)根据平滑码伪距值计算革新测试统计量值Inno_m，n：

Inno_m，n(k)＝P_m，n(k)-(P_s，m，n(k-1)+φ_m，n(k)×λ-φ_m，n(k-1)×λ)

其中，各符号代表的含义与4a)中相同。

5.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(4)所述的计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量Δ_psr，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的码伪距观测量记为psr(k)，将k-1时刻的码伪距观测量记为psr(k-1)，再将psr(k)与psr(k-1)相减，即得Δ_psr。

6.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(4)所述的计算相邻两个历元的载波相位的增量Δ_carr，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的载波相位记为carr(k)，将k-1时刻的载波相位记为carr(k-1)，再将carr(k)与carr(k-1)相减，即得Δ_carr。

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