CN102749632B - 卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法，包括：机载装置接收卫星导航监测设备发送的导航参数，导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；根据导航参数，利用单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；根据单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级，能够监测双卫星同时发生故障的概率。

Description

卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法。

背景技术

随着现有卫星导航系统的升级和发展中卫星导航系统的大量卫星进入轨道，多卫星故障事件将增加，多故障事件对现代化的卫星导航系统及其增强系统提出了新的要求。

现有的卫星导航增强系统，例如，接收机自主完好性监测（ReceiverAutonomous Integrity Monitoring,RAIM）系统、局域增强系统（Local AreaAugmentation System,LAAS）和广域增强系统（Wide Area AugmentationSystem,WAAS），仅仅评估单系统故障事件，而不考虑多故障事件同时发生的情况，所有的多故障事件被认为是小概率的。

然而，在一些对完好性要求特别严格的领域，例如，民用航空领域，单卫星故障的假设并不能满足实际要求，特别在全球导航卫星系统（GlobalNavigation Satellite System，GNSS）蓬勃发展的今天，采用多卫星组合方式进行导航定位已是一种必然趋势，此时，多卫星同时发生故障的概率将会增大，尤其是双卫星同时发生故障的概率不能被忽略。

然而，基于现有的卫星导航增强系统不能监测双卫星的星历故障。

发明内容

鉴于上述目的，本发明提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法，能够解决现有的卫星导航增强系统存在不能监测双卫星的星历故障的问题。

本发明提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法，包括：

机载装置接收卫星导航监测设备发送的导航参数，所述导航参数中包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；

根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本发明还提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法，包括：

卫星导航监测设备分别获取每个接收机接收的导航卫星信号，所述导航卫星信号中包含N可见颗导航卫星的星历参数；

根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

发送导航参数给机载装置，所述导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，以使所述机载装置根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本发明还提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测系统，包括：

所述机载装置，用于机载装置接收卫星导航监测设备发送的导航参数，所述导航参数中包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；

根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级；

所述卫星导航监测设备，用于分别获取每个接收机接收的导航卫星信号，所述导航卫星信号中包含N可见颗导航卫星的星历参数；

根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

发送导航参数给机载装置，所述导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，以使所述机载装置根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本发明实施例的机载装置根据卫星导航监测设备发送的导航参数，导航参数中包括单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的漏检概率以及、卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，基于单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；基于获取的单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级可以进一步获取综合星历故障保护级，从而使得机载装置可以根据综合星历故障保护级进一步确定导航卫星的可用性，能够解决现有的卫星导航增强系统存在不能监测双卫星的星历故障的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法的流程示意图。

具体实施方式

由于通过卫星导航系统自身的操作控制部分进行微型故障检测时，告警时间比较长，不能满足航空导航的需求，因此，需要在用户端对卫星故障进行快速检测。

现有的卫星导航增强系统，例如，RAIM系统、LAAS系统和WAAS系统，都是基于单卫星故障的假设，然而，在一些对完好性要求特别严格的领域，例如，民用航空领域，单卫星故障的假设并不能满足实际要求，特别在全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）蓬勃发展的今天，采用多卫星组合方式进行导航定位已是一种必然趋势，此时，多卫星同时发生故障的概率将会增大，尤其是双卫星同时发生故障的概率不能被忽略。

鉴于上述目的，本发明实施例提供了一种卫星导航监测方法，能够监测双卫星同时发生故障的概率。

图1为本发明实施例一提供的卫星导航监测方法的流程示意图，具体包括：

101、机载装置接收卫星导航监测设备发送的导航参数，所述导航参数中包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数。

在本发明的一个可选实施方式中，地面监测站安装有卫星导航监测设备和接收机，其中，地面监测站的接收机包括两种接收机，即LAAS接收机，用于接收导航卫星信号，WAAS接收机，用于接收广域增强系统信号。WASS接收机还可以用于接收导航卫星信号，本实施例并不限制地面基准站中接收机的个数。

其中，导航卫星信号具体包括GPS星座中的卫星发射的信号和全球卫星导航装置星座中的卫星发射的信号。

接收机接收导航卫星信号，其中，导航卫星信号中包含有N颗可见导航卫星的星历参数；将接收的导航卫星信号发送给卫星导航监测设备，卫星导航监测设备根据所述导航卫星信号，获取第k颗导航卫星和第j颗导航卫星的星历故障的漏检概率，以及第k颗导航卫星的星历去相关参数、第j颗导航卫星的星历去相关参数，并将获取的第k颗导航卫星和第j颗导航卫星的星历故障的漏检概率以及第k颗导航卫星的星历去相关参数和第j颗导航卫星的星历去相关参数携带在导航参数中，将导航参数发送给机载装置。

上述，j,k=1,2,3…N，j不等于k。

102、根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级。

本实施例采用的单卫星星历故障保护级计算公式为：

${\mathrm{VEB}}_j=\left|S_{\mathrm{vert},j}\right|{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{vert},i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2};$

其中，χ_air为所述机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离，S_vert，j为第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，P_j为第j颗导航卫星的单卫星星历故障的星历去相关参数，K_{md_e}为单卫星星历故障的漏检概率，σ_i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的伪距域误差的标准偏差，S_vert，i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量。

上述单卫星星历故障的星历去相关参数可以根据航空无线电委员会（RTCA）的标准文件DO-253C中获取。

本实施例采用的双卫星星历故障保护级计算公式为：

${\mathrm{VEB}}_{k,j}={\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}|S_{\mathrm{vert},k}{P}_{2e\_k}+S_{\mathrm{vert},j}{P}_{2e\_j}|+K_{2\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{vert},i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2};$

其中，χ_air为所述机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离，S_vert，k为第k颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，S_vert，j为第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，P_{2e_k}为第k颗导航卫星的星历去相关参数，P_{2e_j}为第j颗导航卫星的双卫星星历故障的星历去相关参数，K_{2md_e}为双卫星星历故障的漏检概率，σ_i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的伪距域误差的标准偏差，S_vert，i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量。

需要说明的是，S_vert，j的计算公式为：

S_vert，i=S_z，i+S_x,i*tanθ_GS，i、j、k=1,2,3…N，j不等于k；

根据上述S_vert，j的计算公式，可以得到第k颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert，k、第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert，j和N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert，i；

其中，S_z,i和S_x,i分别代表S矩阵中与z方向和x方向相关的第i列元素，θ_GS是飞机的进近滑翔角，S是一个从伪距域到定位域的转换矩阵。

其中，σ_i为伪距域误差的标准偏差，其表达式为：

${\mathrm{\σ}}_i^2={\mathrm{\σ}}_{\mathrm{pr}\_\mathrm{gnd},i}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{air},i}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{iono},i}^2+{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tropo},i}^2$

其中，σ_{pr_gnd，i}指地面监测站的接收机的伪距校正值标准差，σ_air,i指机载装置的接收机多径和热噪声误差的标准差，σ_iono，i指电离层误差的标准差，σ_trop,i指对流层误差的标准差，其具体计算公式参考LAAS的MASPS（MinimumAviation System Performance Standards）DO-245A，此处不再赘述。

需要说明的是，x_air为所述机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离，在实际应用时，机载装置具备实时监测机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离的功能。

需要说明的是，上述P_j、K_{md_e}、P_{2e_k}、P_{2e_j}、K_{2md_e}的算法参见图2所示实施例的相关描述。

103、根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本实施例的综合星历故障保护级计算公式为：

VEB=max(VEB_k，j，VEB_j)+D_V，j,k=1,2,3,…N；

其中，VEB_k，j为双卫星星历故障保护级，VEB_，j为单卫星星历故障保护级，D_V为机载装置基于滤波时间常数为30s和100s的Hatch滤波所得到的定位解差值在垂直方向的分量。

需要说明的是，在实际应用中，可以将上述获得的综合星历故障保护级与系统预设的星历故障保护级门限值进行比较，以便机载装置可以进一步确定第k颗导航卫星和第j颗导航卫星的可用性。

本发明实施例的机载装置根据卫星导航监测设备发送的导航参数，导航参数中包括单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的漏检概率以及、卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，基于单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；基于获取的单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级可以进一步获取综合星历故障保护级，从而使得机载装置可以根据综合星历故障保护级进一步确定导航卫星的可用性，能够解决现有的卫星导航增强系统存在不能监测双卫星的星历故障的问题。

图2为本发明实施例二提供的卫星导航增强系统的完好性检测方法的流程示意图，具体包括：

201、卫星导航监测设备分别获取每个接收机接收的导航卫星信号，所述导航卫星信号中包含N颗可见导航卫星的星历参数。

在本发明的一个可选实施方式中，地面监测站安装有卫星导航监测设备和接收机，其中，地面监测站的接收机包括两种接收机，即LAAS接收机，用于接收导航卫星信号，WAAS接收机，用于接收广域增强系统信号。WAAS接收机还可以用于接收导航卫星信号，本实施例并不限制地面基准站中接收机的个数。

其中，导航卫星信号包含N颗导航卫星的星历参数，星历参数可以用于计算导航卫星位置，根据获取的导航卫星位置，结合机载装置位置，进一步可以计算机载装置可见的导航卫星的颗数N,以及导航卫星和地面监测站的接收机之间的距离ρ。

接收机接收导航卫星信号，将接收的导航卫星信号发送给卫星导航监测设备。

202、根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数。

其中，卫星导航监测设备根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率，具体为：

根据双接收机故障的完好性风险值计算公式：

$P_{\mathrm{md}\_2e}=\frac{{2C}_N^2({\mathrm{Pr}}_V\left(\mathrm{MI}\right)-P_{\mathrm{ffmd}}P\left(H_0\right)-P_{\mathrm{md}}P\left(H_1\right))}{({2C}_N^2+1)P\left(H_{2e}\right)},$ 获取双接收机故障的完好性风险值；

其中，P_ffmd是指无接收机故障时的漏检概率，P_md是指单接收机故障时的漏检概率；Pr_V(MI)是指垂直方向的完好性风险值；P(H₀)是指无接收机故障概率；P(H₁)是指单接收机故障概率；P(H_2e)是指双卫星星历故障概率。

根据双卫星星历故障的漏检概率计算公式：K_{md_2e}=Q^-1(P_{md_2e})，获取第k颗导航卫星和第j颗导航卫星的星历故障的漏检概率，j不等于k，j,k=1,2,3,…N，N为可见导航卫星的颗数。

以下对双卫星星历故障的漏检概率计算公式的推导展开详细的说明：

假设地面监测站有M个接收机，每个接收机存在故障的先验概率为10^-5，用H₀表示无接收机故障，H₁表示单接收机故障，则有P(H₀)≈1，P(H₁)≈M×10^-5，两个接收机同时故障的概率约为10^-10，而民航精密进近的完好性最高要求是10^-9（CAT III），所以此处不考虑这种情况。

假设有N颗可见导航卫星，每个导航卫星存在星历故障的先验概率为3.6×10^-3，分别用P(H_e)和P(H_2e)表示单卫星星历故障和双卫星星历故障，则有P(H_e)≈3.6×10^-3，

三颗卫星同时存在星历故障的概率暂不考虑。

假设地面监测站无接收机故障，则VPL_H0以(1-P_ffmd)的概率包络垂直定位误差，其中，P_ffmd是指无接收机故障时的漏检概率。如果VPL_H0小于垂直告警限VAL，则在假设无接收机故障的条件下完好性风险值（即垂直方向的导航系统误差NSE_v大于垂直告警限VAL）被P_ffmd包络。

用公式表示如下：P(NSE_V>VPL_H0|H₀)＝P_ffmd；

如果VPL_H0<VAL，则P(NSE_V>VAL|H₀)<P_ffmd；亦即Pr_V(MI|H₀)<P_ffmd（1）；

同理，在假设地面监测站单接收机故障的前提下，可得：

Pr_V(MI|H₁)<P_md（2）；

其中，P_md是指单接收机故障时的漏检概率。

类似地，对于单卫星星历故障（H_e）和双卫星星历故障（H_2e），可得：

Pr_V(MI|H_e)<P_{md_e}（3）；

Pr_V(MI|H_2e)<P_{md_2e}（4）

垂直方向的完好性风险值包括：接收机故障完好性风险和卫星星历故障完好性风险，可以表示为：

Pr_V(MI)=Pr_V(MI|H₀)P(H₀)+Pr_V(MI|H₁)P(H₁)

+Pr_V(MI|H_e)P(H_e)+Pr_V(MI|H_2e)P(H_2e)                   (5)

如果VPL_H0、VPL_H1和VEB均小于VAL，则把公式（1）、（2）、（3）和（4）都带入公式（5）可得：

Pr_V(MI)<P_ffmdP(H₀)+P_mdP(H₁)+P_{md_e}P(H_e)+P_{md_2e}P(H_2e)          (6)

或者，

Pr_V(MI)-P_ffmdP(H₀)-P_mdP(H₁)<P_{md_e}P(H_e)+P_{md_2e}P(H_2e)          (7)

对于N颗可见的导航卫星，假设有一个单卫星星历故障H_e和

个双卫星星历故障H_2e，上述公式（7）的右边部分可表示为：

保守地，取VPL_H0、VPL_H1和VEB均等于VAL，则公式（7）变为等式。

上述公式（8）中，在

项间分配接收机故障的完好性风险有: $P_{\mathrm{md}\_e}=\frac{{\mathrm{Pr}}_V\left(\mathrm{MI}\right)-P_{\mathrm{ffmd}}P\left(H_0\right)-P_{\mathrm{md}}P\left(H_1\right)}{({2C}_N^2+1)\&CenterDot;P\left(H_e\right)}---\left(9\right)$

$P_{\mathrm{md}\_2e}=\frac{{2C}_N^2({\mathrm{Pr}}_V\left(\mathrm{MI}\right)-P_{\mathrm{ffmd}}P\left(H_0\right)-P_{\mathrm{md}}P\left(H_1\right))}{({2C}_N^2+1)P\left(H_{2e}\right)}---\left(10\right)$

其中，P(H₀)是指无接收机故障概率,P(H₀)≈1；P(H₁)是指单接收机故障概率,P(H₁)≈M×10^-5；P(H_2e)是指双卫星星历故障概率,

Pr_V(MI)是指垂直方向的完好性风险值,根据所述机载装置所需性能等级将整体完好性风险值在垂直方向分配的完好性风险值；具体实现时，根据机载装置所需性能等级（如I类精密进近，或II/III类精密进近）将整体完好性风险值在垂直方向分配而得到，具体分配方法取决于系统设计。

参考ICAO标准文件RTCA-DO245A中给出的无故障漏检概率系数K_ffmd和单接收机故障漏检概率系数K_md，并由此求得无故障漏检概率P_ffmd和单接收机故障漏检概率P_md，即：

P_ffmd＝2Q(K_ffmd)                                        (11)

P_md=Q(K_md)                                              (12)

其中， $Q\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_x^{\&infin;}{e}^{-\frac{t^2}{2}}\mathrm{dt}$

进而可以求得P_{md_e}和P_{md_2e}，由此可得到单卫星星历故障时的漏检概率系数K_{md_e}和双卫星星历故障时的漏检概率系数K_{md_2e}，即:

K_{md_e}=Q^-1(P_{md_e})

K_{md_2e}=Q^-1(P_{md_2e})

其中，卫星导航监测设备根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的星历去相关参数具体为：

根据双卫星星历故障的星历去相关参数计算公式：

获取双卫星星历故障的星历去相关参数；

其中，i=1,2,3…N，N为可见导航卫星的个数，MDE为所述卫星导航监测设备星历监测的最小可检测误差，ρ_i为所述卫星导航监测设备所在的地面监测站的接收机天线到N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的距离。

以下对MDE的算法的推导展开详细的说明：

在某时间历元k(k为当前GPS秒与星历参考时间t_oe之差)，利用广播星历得到的卫星位置为r_k1，同时，利用已经确认了的精密星历得到的卫星位置为r_k0，二者的差值为：

δr_k＝r_k1-r_k0              (13)；

在没有星历异常发生的前提下，可以收集多天的δr_k数据得到无故障分布和协方差矩阵

通常用当地水平坐标系（即参考卫星轨道的径向、沿迹向、轨道面法向）来表示δr_k和定义一个归一化的监测统计量为：

$s_k={\mathrm{\&delta;r}}_k^T{\mathrm{\&Sigma;}}_{{\mathrm{\&delta;r}}_k}^{-1}{\mathrm{\&delta;r}}_k---\left(14\right);$

将该测试统计量与门限值T对比检测是否有星历异常发生。门限值的选取需确保无故障告警概率P_ffa与系统的可用性和连续性需求一致。考虑CAT II/III中8×10^-6/15s的连续性需求，保守地选取升轨卫星（其星历尚未被确认）的P_ffa为1.9×10^-4，正常情况下，s_k近似为自由度为3的卡方分布，对应的门限值求取公式为：

$P_{\mathrm{ffa}}=1.9\&times;{10}^{-4}=1-{\&Integral;}_0^T\frac{t^{(v-2)/2}{e}^{-t/2}}{2^{v/2}\mathrm{\&Gamma;}(v/2)}\mathrm{dt}=1-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}{\&Integral;}_0^T{t}^{1/2}{e}^{-t/2}\mathrm{dt}---\left(15\right);$

其中，v为自由度的个数，Γ为伽马函数。

如果有星历故障发生，监测统计量将为一个近似的非中心卡方分布。最小非中心参数λ与系统的漏检概率相关，对于双卫星星历故障的情况，即与P_{md_2e}相关：

$P_{\mathrm{md}\_2e}=\underset{j=0}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{(\mathrm{\&lambda;}/2)}^j}{j!}{e}^{-\mathrm{\&lambda;}/2}P[{\mathrm{\&chi;}}_{3+2j}^2\&le;T]---\left(16\right);$

从而可以求得最小可检测误差的大小为：

$\mathrm{MDE}=\sqrt{\mathrm{\&lambda;q}}---\left(17\right);$

其中，q为矩阵

的最大特征值,需要说明的是，每个矩阵都有特征值，特征值的个数大于等于1，本实施例的最大特征值是指矩阵

的各特征值中的一个最大特征值。

需要说明的是，单卫星星历故障的星历去相关参数可以根据航空无线电委员会（RTCA）的标准文件DO-253C中获取。

203、发送导航参数给机载装置，所述导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，以使所述机载装置根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本发明实施例的卫星导航监测设备根据接收机接收的导航卫星信息，获取导航参数，所述导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率、单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历去相关参数和单卫星星历去相关参数，将导航参数发送给机载装置，以使机载装置获取双卫星星历故障保护级和单卫星星历故障保护级；进而可以获取综合星历故障保护级，能够解决现有的卫星导航增强系统存在不能监测双卫星的星历故障的问题。

本发明实施例还提供一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测系统，包括：机载装置和卫星导航监测设备；

其中，所述机载装置，用于接收卫星导航监测设备发送的导航参数，所述导航参数中包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；

根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级；

所述卫星导航监测设备，用于分别获取每个接收机接收的导航卫星信号，所述导航卫星信号中包含N颗可见导航卫星的星历参数；

根据所述导航卫星信号，获取双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

发送导航参数给机载装置，所述导航参数包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数，以使所述机载装置根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级。

本实施例所述的系统具体可以执行图1或图2所示实施例所述的方法，其实现原理和技术效果不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种卫星导航区域增强系统的双卫星星历故障监测方法，其特征在于，包括：

机载装置接收卫星导航监测设备发送的导航参数，所述导航参数中包括双卫星星历故障的漏检概率和单卫星星历故障的漏检概率、双卫星星历故障的星历去相关参数和单卫星星历故障的星历去相关参数；

根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级；

根据所述单卫星星历故障保护级和所述双卫星星历故障保护级，获取综合星历故障保护级；

根据所述导航参数，利用单卫星星历故障保护级计算公式和双卫星星历故障保护级计算公式，获取单卫星星历故障保护级和双卫星星历故障保护级，具体包括：

根据S_vert,i计算公式：S_vert,i=S_z,i+S_x,i*tanθ_GS，i、j、k=1,2,3…N，j不等于k，得到第k颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert,k、第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert,j和N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量S_vert,i；

其中，S_z,i和S_x,i分别代表S矩阵中与z方向和x方向相关的第i列元素，θ_GS是飞机的进近滑翔角，S是一个从伪距域到定位域的转换矩阵;

根据计算公式：

得到N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的伪距域误差的标准偏差σ_i；

其中，σ_{pr_gnd,i}指所述卫星导航监测设备所在地面监测站的接收机的伪距校正值标准差，σ_air,i指机载装置的接收机多径和热噪声误差的标准差，σ_iono,i指电离层误差的标准差，σ_tropo,i指对流层误差的标准差；

根据单卫星星历故障保护级计算公式：

${\mathrm{VEB}}_j=\left|S_{\mathrm{vert},j}\right|{\mathrm{\&chi;}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{\mathrm{vert},i}^2{\mathrm{\&sigma;}}_i^2},$ 获取单卫星星历故障保护级；

其中，χ_air为所述机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离，S_vert,j为第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，P_j为第j颗导航卫星的单卫星星历故障的星历去相关参数，K_{md_e}为单卫星星历故障的漏检概率，σ_i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的伪距域误差的标准偏差，S_vert,i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量;

根据双卫星星历故障保护级计算公式：

${\mathrm{VEB}}_{k,j}={\mathrm{\&chi;}}_{\mathrm{air}}|S_{\mathrm{vert},k}{P}_{2e\_k}+S_{\mathrm{vert},j}{P}_{2e\_j}|+K_{2\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{\mathrm{vert},i}^2{\mathrm{\&sigma;}}_i^2},$ 获取双卫星星历故障保护级；

其中，χ_air为所述机载装置和地面监测站的卫星导航监测设备之间的直线距离，S_vert,k为第k颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，S_vert,j为第j颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量，P_{2e_k}为第k颗导航卫星的星历去相关参数，P_{2e_j}为第j颗导航卫星的星历去相关参数，K_{2md_e}为第k颗导航卫星和第j颗导航卫星的星历故障的漏检概率，σ_i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星的伪距域误差的标准偏差，S_vert,i为N颗可见导航卫星中第i颗导航卫星从伪距域到定位域的转换矩阵在垂直方向的分量。

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