CN105068088A - 双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，包括：计算每颗双频卫星可见的距离修正和完好性监测站个数；根据可见的距离修正和完好性监测站个数得到双频伪距误差；根据双频伪距误差计算双频卫星导航星基增强系统的保护级；根据双频卫星导航星基增强系统的保护级判断双频卫星导航星基增强系统的可用性。本发明提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，能够快速预测双频卫星导航星基增强系统的可用性，提高双频卫星导航系统定位精度。

Description

双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法。

背景技术

星基增强系统(Satellite-BasedAugmentationSystem，简称SBAS)，通过地球静止轨道(synchronousorbit，简称GEO)卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。保护级(ProtectLevel，简称PL)用来保证卫星导航星基增强系统正常和非正常情况下的完好性。PL大小需要确保仅仅有非常小部分(小于或者等于完好性风险概率)的误差位于包络之外。为了保证系统的可用性，一般期望PL非常“紧”，即在保证完好性前提下尽可能的小。当PL大于阈值(告警限)时，星基增强系统是不可用的，即导航系统的定位误差过大，超过了星基增强系统容许的误差范围，用户需借助其他手段来辅助定位，以满足其应用需求。也即，通过计算PL，可以判断星基增强系统的可用性。

目前，航空无线电技术委员会(dioTechnicalCommissionforAeronautics，简称RTCA)全球定位系统/广域增强系统机载设备最低操作性能标准(RTCA/DO-229D)中规定了SBASPL的详细计算方法，算法所需的核心参数为双频伪距误差(UserDifferenceRangeError，简称DFRE)参数，通过从导航电文中解析得到DFRE参数，按照RTCA/DO-229D计算PL，进而判断双频卫星导航星基增强系统的可用性。

然而，目前的DFRE参数需实时从导航电文中解析，一是无法对双频卫星导航星基增强系统的可用性进行预判；二是在给定时间范围内，连续不断地从导航电文中解析DFRE参数，运算量大，时效性差，从而无法快速预测双频卫星导航星基增强系统的可用性，导致双频卫星导航系统定位精度不高。

发明内容

本发明提供一种双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，能够快速预测双频卫星导航星基增强系统的可用性，提高双频卫星导航系统定位精度。

本发明提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，适用于双频卫星导航，包括：

计算每颗双频卫星可见的RIMS个数；

根据可见的RIMS个数得到DFRE；

根据DFRE计算双频卫星导航星基增强系统的PL；

根据双频卫星导航星基增强系统的PL判断双频卫星导航星基增强系统的可用性。

在本发明一实施例中，前述根据DFRE计算双频卫星导航星基增强系统的PL，还包括：

根据双频卫星的历书推算双频卫星位置；

根据DFRE和双频卫星位置计算双频卫星导航星基增强系统的PL。

在本发明一实施例中，前述根据DFRE和双频卫星位置计算双频卫星导航星基增强系统的PL，包括：

根据DFRE计算双频卫星导航的σ_i ²；

根据双频卫星位置计算双频卫星导航的S；

根据σ_i ²和S计算双频卫星导航星基增强系统的PL；

具体的，根据σ_i ²和S采用如下公式计算双频卫星导航星基增强系统的PL：

${\mathrm{HPL}}_{SBAS}=\left\{\begin{array}{c}{K}_{H,NPA}\·d_{major}\\ K_{H,PA}\·d_{major}\end{array}\right\}---\left(1\right)$

VPL_SBAS＝K_v·d_U(2)

上述公式中， $d_{major}=\sqrt{\frac{d_{est}^2+d_{north}^2}{2}+\sqrt{{\left(\frac{d_{est}^2-d_{north}^2}{2}\right)}^2+d_{EN}^2}},d_U^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{U,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$

$S=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{east,1}& S_{east,2}& ...& S_{east,3}\\ S_{north,1}& S_{north,2}& ...& S_{north,3}\\ S_{U,1}& S_{U,2}& ...& S_{U,3}\end{array}\right],d_{est}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,d_{north}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{north,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$

$d_{EN}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}{S}_{north,t}{\mathrm{\σ}}_i^2;$

其中，HPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统水平定位误差保护级，VPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统垂直定位误差保护级，K_H,NPA为非精密进近NPA情况下计算HPL的比例系数，K_H,PA为精密进近PA情况下计算HPL的比例系数，K_v为计算VPL的比例系数，d_major为误差椭圆的半长轴方向的误差不确定度，d_U、d_east和d_north分别为包络真实误差分布的分布模型在天、东和北方向上的标准差，d_EN为分布模型在东方向和北方向上的协方差，S_U、S_east、和S_north分别为双频卫星导航的定位误差在天、东和北方向上对DFRE的偏导矩阵。

在本发明一实施例中，前述根据DFRE计算双频卫星导航的σ_i ²，包括：

根据DFRE计算

根据采用公式计算双频卫星导航的σ_i ²；

其中，为双频卫星导航的对流层误差，为双频卫星导航用户的接收机误差。

在本发明一实施例中，前述计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，包括：

通过双频卫星的历书推算每颗双频卫星短期内某一时刻的位置；

遍历每颗双频卫星所有的RIMS；

计算每个RIMS到每颗双频卫星的仰角；

将仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性；

其中，截止角为5度或10度；

统计每颗双频卫星可见的所有RIMS个数。

在本发明一实施例中，前述将仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性，包括：

若仰角大于截止角，则RIMS可见；

若仰角小于或等于截止角，则RIMS不可见。

在本发明一实施例中，前述根据双频卫星导航星基增强系统的PL判断双频卫星导航星基增强系统的可用性，包括：

将双频卫星导航星基增强系统的PL与保护级阈值比较；

若双频卫星导航星基增强系统的PL小于或等于保护级阈值，则双频卫星导航星基增强系统可用；

若双频卫星导航星基增强系统的PL大于保护级阈值，则双频卫星导航星基增强系统不可用

本发明提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，通过计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，根据可见的RIMS个数得到DFRE，即可计算得到双频卫星导航星基增强系统的PL，而不再需要实时解析导航电文，从而能够快速对双频卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了双频卫星导航系统定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为BDS的系统结构图；

图2为本发明实施例一提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图3为双频卫星可见的RIMS个数和DFREI的拟合关系图；

图4为本发明实施例二提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图5为本发明实施例三提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图6为双频卫星导航星基增强系统的保护级计算流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

星基增强系统(Satellite-BasedAugmentationSystem，简称SBAS)主要实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进，目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的广域增强系统(WideAreaAugmentationSystem，简称WAAS)、俄罗斯的差分校正和监测系统(SystemforDifferentialCorrectionsandMonitoring，简称SDCM)、欧洲的静地轨道卫星导航重叠服务(EuropeanGeostationaryNavigationOverlayService，简称EGNOS)、日本的多功能卫星增强系统(Multi-functionalSatelliteAugmentationSystem，简称MSAS)、印度的静地轨道增强导航系统(GPSAidedGeoAugmentedNavigation，简称GAGAN)，以及中国自行研制的北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称BDS)。需要说明的是，BDS有三个频段B1、B2和B3，由于B3为军用频段，不能被用于民用航空，因此，可将BDS作为有2个频段的双频卫星。本发明主要以BDS为例阐述本发明双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，但是本发明的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法适用于各种双频的SBAS系统，不只仅限于适用BDS。

图1为BDS的系统结构图。如图1所示，BDS的系统结构包括：空间段、地面段和用户段。空间段主要由全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS)卫星、全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GLONASS)卫星和地球静止轨道(synchronousorbit，简称GEO)卫星组成，用于保持和实现与地面的距离修正和完好性监测站(RangingandIntegrityMonitoringStations，简称RIMS)和中心站(MasterControlCenter，简称MCC)之间的通信联系，以及完成由MCC发送给用户的指令信息。地面段主要由RIMS、MCC和导航地面站(NavigationLandEarthStation，简称NLES)组成，用于对BDS系统进行全面控制和数据处理。用户段由BDS标准接收机组成，用户段涉及到航空、航海和地面交通等应用，用户所使用的接收机需要能同时接收BDS和GPS/GLONASS的信号，并具有对BDS和GPS/GLONASS的信息进行定位数据综合处理的功能。

图2为本发明实施例一提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图2所示，本实施例提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，包括：

S201：计算每颗双频卫星可见的RIMS个数。

其中，基于双频卫星导航星基增强系统中RIMS位置，和从双频卫星历书计算出来的双频卫星位置，统计计算每颗双频卫星可见的RIMS个数。

具体的，RIMS是指监测站测量所有可见的伪距值，并完成部分完好性监测的监测站。需要说明的是，由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，一般称测量出的距离为伪距。

举例来说，目前，虽然BDS星基增强系统的RIMS还在建设，但是用于DFRE监测的RIMS位置和个数精确可知，根据BDS的RIMS分布图，也即基于BDS系统中RIMS位置，可精确获知RIMS位置和个数。另一方面，通过双频卫星的历书可以推算双频卫星短期内任一时刻的位置。从而，根据RIMS位置和双频卫星位置可以得到双频卫星和RIMS的几何分布，从而可以统计计算每颗双频卫星可见的RIMS数。

S202：根据可见的RIMS个数得到DFRE。

具体的，图3为双频卫星可见的RIMS个数和DFREI的拟合关系图。如图3所示，通过可见RIMS个数和DFREI的拟合关系图，根据可见的RIMS个数可以获得DFREI，进而根据获得的DFREI得到DFRE。其中，DFREI是双频伪距误差标记值(UserDifferenceRangeErrorIndicator，简称DFREI)，表示对DFRE值进行分档，DFREI值从0到15，0-13代表DFRE的不同分档值，14代表没有监测到该卫星，15代表DFRE数据不可用。

需要说明的是，图3为双频卫星导航系统中可见的RIMS个数和DFREI的一个大致拟合关系图，不同的双频卫星导航系统中可见RIMS个数和DFREI对应关系可能略微有所差异，使得不同的双频卫星导航系统中可见RIMS个数和DFREI的拟合关系图可能略微有所差异，但是不同的双频卫星导航系统中可见的RIMS个数和DFREI的拟合关系图大致相同。

S203：根据DFRE计算双频卫星导航星基增强系统的PL。

具体的，根据得到的DFRE，采用RTCA/DO-229D规定的SBASPL的详细计算方法计算双频卫星导航星基增强系统的PL。

S204：根据双频卫星导航星基增强系统的PL判断双频卫星导航星基增强系统的可用性。

具体的，只要计算得到双频卫星导航星基增强系统的PL，将PL与双频卫星导航星基增强系统的保护级阈值(也称告警限)比较，即可判断星基增强系统的可用性。

需要说明的是，双频卫星导航星基增强系统的保护级阈值是固定的，保护级阈值具体的可参照RTCA/DO-229D规定，本发明在此不再赘述。

在该步骤中，可选的，根据双频卫星导航星基增强系统的PL判断双频卫星导航星基增强系统的可用性，包括：

将双频卫星导航星基增强系统的PL与保护级阈值比较。

若双频卫星导航星基增强系统的PL小于或等于保护级阈值，则双频卫星导航星基增强系统可用。

若双频卫星导航星基增强系统的PL大于保护级阈值，则双频卫星导航星基增强系统不可用。

本实施例提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，通过计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，根据可见的RIMS个数得到DFRE，即可计算得到双频卫星导航星基增强系统的PL，而不再需要实时解析导航电文，从而能够快速对双频卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了双频卫星导航系统定位精度。

图4为本发明实施例二提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图4所示，在上述实施例的基础上，计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，包括：

S401：通过双频卫星的历书推算每颗双频卫星短期内某一时刻的位置。

S402：遍历每颗双频卫星所有的RIMS。

S403：计算每个RIMS到每颗双频卫星的仰角。

具体的，对某一时刻下的某颗双频卫星，首先利用历书解算其位置，然后遍历所有RIMS，计算每个RIMS到该双频卫星的仰角。

S404：将仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性。

其中，截止角为5度或10度。

可选的，将仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性，包括：

若仰角大于截止角，则RIMS可见；

若仰角小于或等于截止角，则RIMS不可见。

S405：统计每颗双频卫星可见的所有RIMS个数。

本实施例提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，在上述实施例的基础上，通过判断每个RIMS的可见性，具体计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，确保了统计计算每颗双频卫星可见的RIMS个数的精确性，进而确保了计算得到双频卫星导航星基增强系统的PL的精确性，从而能够快速对双频卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，提高了双频卫星导航系统定位精度。

图5为本发明实施例三提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图5所示，在上述实施例的基础上，根据DFRE和双频卫星位置计算双频卫星导航星基增强系统的PL，包括：

S501：根据DFRE计算双频卫星导航的σ_i ²。

S502：根据双频卫星位置计算双频卫星导航的定位误差对DFRE的偏导矩阵S。

S503：根据σ_i ²和S计算双频卫星导航星基增强系统的PL。

具体的，根据σ_i ²和S采用如下公式计算双频卫星导航星基增强系统的PL：

${\mathrm{HPL}}_{SBAS}=\left\{\begin{array}{c}{K}_{H,NPA}\·d_{major}\\ K_{H,PA}\·d_{major}\end{array}\right\}---\left(1\right)$

VPL_SBAS＝K_v·d_U(2)

上述公式中， $d_{major}=\sqrt{\frac{d_{est}^2+d_{north}^2}{2}+\sqrt{{\left(\frac{d_{est}^2-d_{north}^2}{2}\right)}^2+d_{EN}^2}},d_U^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{U,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$

$S=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{east,1}& S_{east,2}& ...& S_{east,3}\\ S_{north,1}& S_{north,2}& ...& S_{north,3}\\ S_{U,1}& S_{U,2}& ...& S_{U,3}\end{array}\right],d_{est}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,d_{north}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{north,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$

$d_{EN}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}{S}_{north,i}{\mathrm{\σ}}_i^2.$

其中，HPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统水平定位误差保护级，VPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统垂直定位误差保护级，K_H,NPA为非精密进近NPA情况下计算HPL的比例系数，K_H,PA为精密进近PA情况下计算HPL的比例系数，K_v为计算VPL的比例系数，d_major为误差椭圆的半长轴方向的误差不确定度，d_U、d_east和d_north分别为包络真实误差分布的分布模型在天、东和北方向上的标准差，d_EN为分布模型在东方向和北方向上的协方差，S_U、S_east、和S_north分别为双频卫星导航的定位误差在天、东和北方向上对DFRE的偏导矩阵。

具体的，图6为双频卫星导航星基增强系统的保护级计算流程图。如图6所示，计算双频卫星导航星基增强系统的保护级PL具体过程可以为：

首先，根据RIMS个数计算DFRE，根据双频卫星历书推算双频卫星位置。

其次，根据DFRE计算σ_i,flt，根据双频卫星位置计算观测矩阵G。

然后，根据σ_i,flt计算σ_i，根据G计算S。

可选的，根据DFRE计算双频卫星导航的用户观测噪声σ_i ²，包括：

根据DFRE计算双频伪距差分改正误差

根据采用公式计算双频卫星导航的用户观测噪声σ_i ²。

其中，为双频卫星导航的对流层误差，为双频卫星导航用户的接收机误差。

具体的，RTCA/DO-229D规定中有DFRE和的一一对应关系表，通过DFRE和的一一对应关系表可以根据DFRE得到可由双频卫星的仰角计算得到。可由双频卫星中每一个频率的单频卫星导航用户的接收机误差计算得到。由于单频卫星导航用户的接收机误差已在RTCA/DO-229D中规定，只要知道和二者间的关系即可通过计算

和二者间的关系可通过以下方式获得：

双频卫星具有两种波段A1和A2，波段A1对应的频率为f₁，波段A2对应的频率为f₂，使用双频卫星中两种频率的电波的测量，可获得伪距：

${\mathrm{\ρ}}_1=\mathrm{\ρ}+\frac{K}{{f_1}^2}TEC---\left(3\right)$

${\mathrm{\ρ}}_2=\mathrm{\ρ}+\frac{K}{{f_2}^2}TEC---\left(4\right)$

其中，ρ₁为双频卫星中频率f₁的电波测量的单频伪距，ρ₂为双频卫星中频率f₂的电波测量的单频伪距，ρ为双频卫星中两个频率电波测量的双频伪距，K为常量，TEC为积分电子浓度，为电离层延时。消去TEC解得：

$\mathrm{\ρ}=\frac{{f_1}^2}{{f_1}^2-{f_2}^2}{\mathrm{\ρ}}_1-\frac{{f_2}^2}{{f_1}^2-{f_2}^2}{\mathrm{\ρ}}_2---\left(5\right)$

根据公式(5)可知，双频卫星消除了电离层误差，且波段A1单频用户的接收机误差被放大了倍，波段A2单频用户的接收机误差被放大了倍，因此，可确定双频卫星两个波段双频用户的接收机误差和每一个波段的单频用户的接收机误差的关系：

${\mathrm{\σ}}_{i,airdual}^2={\left(\frac{{f_1}^2}{{f_1}^2-{f_2}^2}{\mathrm{\σ}}_{i,air}\right)}^2+{\left(\frac{{f_2}^2}{{f_1}^2-{f_2}^2}{\mathrm{\σ}}_{i,air}\right)}^2---\left(6\right)$

举例来说，BDS有三个频段B1、B2和B3，由于BDSB3为军用频段，其将不能被用于民用航空，使用B1和B2两种频率的电波的测量实现双频卫星的功能，BDS使用B1和B2两种频率采用上述公式(5)和(6)可计算获得BDS双频伪距ρ≈2.49ρ₁-1.49ρ₂，BDS双频用户的接收机误差 ${\mathrm{\σ}}_{i,airdual}^2\≈8.42{\mathrm{\σ}}_{i,air}^2.$

需要说明的是，双频卫星导航的定位误差对DFRE的偏导矩阵也可以表示为： $S=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{east,1}& S_{east,2}& ...& S_{east,3}\\ S_{north,1}& S_{north,2}& ...& S_{north,3}\\ S_{U,1}& S_{U,2}& ...& S_{U,3}\end{array}\right]={\left(G^{T}WG\right)}^{-1}{G}^{T}W,$ 其中，G为双频卫星的观测矩阵(取决于双频卫星的几何结构)，G^T为观测矩阵G的转置，W为双频卫星的加权矩阵。因此，可以根据观测矩阵G计算得到双频卫星导航的定位误差对DFRE的偏导矩阵S。

再次，根据σ_i和S计算d_est，d_north，d_EN，d_major，d_U。

最后，根据d_est，d_north，d_EN，d_major，d_u计算VPL_SBAS和VPL_SBAS。

需要说明的是，定位误差对伪距误差的偏导矩阵S由观测矩阵G(取决于卫星的几何结构)计算得到，由卫星播发的DFREI计算得到，具体的，根据得到的DFRE计算星基增强系统的PL与现有中按照RTCA/DO-229D给出PL的计算公式的计算方法和计算过程一致，在此不再赘述。

本实施例提供的双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，在上述实施例的基础上，通过计算每颗双频卫星可见的RIMS个数，DFRE根据每颗双频卫星可见的RIMS个数推断预测得到，DFRE不再需要实时解析导航电文得到，即可计算得到双频卫星导航星基增强系统的PL，从而能够快速对双频卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了双频卫星导航系统定位精度。

需要说明的是，在上述实施例中，DFRE与双频卫星可见的RIMS个数相关，可通过以下方式计算分析：

(1)监测站测量的多频观测伪距在监测站经预处理后发送给中心站，在中心站完成对各监测站接收机的钟差解算。经监测站接收机钟差改正，得到的观测距离以R_m表示，这时R_m中仅包含卫星钟差。

(2)计算距离由监测站已知坐标和经过改正的卫星坐标计算得到，并用接收的钟差快变和慢变改正数进行改正，计算距离以R表示。计算距离R中包含的误差有卫星星历残差与卫星钟差。

(3)对R_m和R取差，其差值dR为：dR＝R_m-R(7)

其中，dR中仅包含该卫星的卫星星历残差与星钟残差。

(4)中心站对监测同一颗卫星的不同监测站的所有差值dR进行统计，可得到相应卫星的DFRE值，即 $DFRE=\stackrel{\‾}{dR}+\mathrm{\κ}\left(\mathrm{Pr}\right){\mathrm{\σ}}_{dR}---\left(8\right)$

其中，为平均值，σ_dR为对应的标准差，κ(Pr)为对应置信度99.9％的分位数。

从DFRE与双频卫星可见的RIMS个数相关计算分析可以看出，对于同一颗卫星，其DFRE值与其可见的RIMS个数相关，可见的RIMS个数越多，dR越多，从公式(8)可以发现，此时的DFRE对卫星星钟/星历误差的反应也越精确。

需要说明的是，在上述实施例中，DFREI与双频卫星可见的RIMS个数之间的拟合关系图，可通过以下方式分析获得：

本发明为了获得DFREI与双频卫星可见的RIMS个数之间的拟合关系图，通过统计处理BDS系统长达一月的增强数据，建立了由RIMS个数推算DFREI的模型。

建立由RIMS个数推算DFREI的模型，具体过程如下：

(1)计算每颗双频卫星可见的RIMS数目

具体的，具体计算每颗双频卫星可见的RIMS数目与上述实施例中计算每颗双频卫星可见的RIMS数的方法和过程一样，上述实施例已详细具体说明了计算每颗双频卫星可见的RIMS数目的方法和过程，在此不再赘述。

需要说明的是，为了避免单次试验带来的偶然误差，需扩大样本容量，并将仿真时间取为一月，就可以充分统计不同双频卫星在不同地理位置、不同时刻下的可见RIMS个数。

(2)解析每颗双频卫星的DFREI值

具体的，解析BDS系统卫星播发的导航电文，可以得到星钟/星历校正等增强信息，其数据中就含有每颗BDS卫星实时的DFREI值。

(3)建立由RIMS个数预测DFREI的模型

以RIMS个数为自变量，DFREI为因变量，拟合二者函数关系。

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，并不使对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 (7)

1.一种双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法，适用于双频卫星导航，其特征在于，包括：

计算每颗双频卫星可见的距离修正和完好性监测站RIMS个数；

根据所述可见的RIMS个数得到双频伪距误差DFRE；

根据所述DFRE计算双频卫星导航星基增强系统的保护级PL；

根据所述双频卫星导航星基增强系统的PL判断所述双频卫星导航星基增强系统的可用性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述DFRE计算双频卫星导航星基增强系统的保护级PL，还包括：

根据双频卫星的历书推算双频卫星位置；

根据所述DFRE和所述双频卫星位置计算双频卫星导航星基增强系统的PL。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述DFRE和所述双频卫星位置计算双频卫星导航星基增强系统的PL，包括：

根据所述DFRE计算双频卫星导航的用户观测噪声σ_i ²；

根据所述双频卫星位置计算双频卫星导航的定位误差对所述DFRE的偏导矩阵S；

根据σ_i ²和S计算双频卫星导航星基增强系统的PL；

具体的，根据σ_i ²和S采用如下公式计算双频卫星导航星基增强系统的PL：

${\mathrm{HPL}}_{SBAS}=\left\{\begin{array}{c}{K}_{H,NPA}\·d_{major}\\ K_{H,PA}\·d_{major}\end{array}\right\}---\left(1\right)$

VPL_SBAS＝K_v·d_U(2)

上述公式中， $d_{major}=\sqrt{\frac{d_{est}^2+d_{north}^2}{2}+\sqrt{{\left(\frac{d_{est}^2-d_{north}^2}{2}\right)}^2+d_{EN}^2}},d_U^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{U,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$ $S=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{east,1}& S_{east,2}& ...& S_{east,3}\\ S_{north,1}& S_{north,2}& ...& S_{north,3}\\ S_{U,1}& S_{U,2}& ...& S_{U,3}\end{array}\right],d_{est}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,d_{north}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{north,i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,$ $d_{EN}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{S}_{east,i}{S}_{north,i}{\mathrm{\σ}}_i^2;$

其中，HPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统水平定位误差保护级，VPL_SBAS为双频卫星导航星基增强系统垂直定位误差保护级，K_H,NPA为非精密进近NPA情况下计算HPL的比例系数，K_H,PA为精密进近PA情况下计算HPL的比例系数，K_v为计算VPL的比例系数，d_major为误差椭圆的半长轴方向的误差不确定度，d_U、d_east和d_north分别为包络真实误差分布的分布模型在天、东和北方向上的标准差，d_EN为分布模型在东方向和北方向上的协方差，S_U、S_east、和S_north分别为双频卫星导航的定位误差在天、东和北方向上对所述DFRE的偏导矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述DFRE计算双频卫星导航的用户观测噪声σ_i ²，包括：

根据所述DFRE计算双频伪距差分改正误差

根据采用公式计算双频卫星导航的用户观测噪声σ_i ²；

其中，为双频卫星导航的对流层误差，为双频卫星导航用户的接收机误差。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述计算每颗双频卫星可见的距离修正和完好性监测站RIMS个数，包括：

通过双频卫星的历书推算每颗双频卫星短期内某一时刻的位置；

遍历每颗双频卫星所有的RIMS；

计算每个RIMS到每颗双频卫星的仰角；

将所述仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性；

其中，所述截止角为5度或10度；

统计每颗双频卫星可见的所有RIMS个数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述仰角与每个RIMS到每颗双频卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性，包括：

若所述仰角大于所述截止角，则所述RIMS可见；

若所述仰角小于或等于所述截止角，则所述RIMS不可见。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述双频卫星导航星基增强系统的PL判断所述双频卫星导航星基增强系统的可用性，包括：

将所述双频卫星导航星基增强系统的PL与保护级阈值比较；

若所述双频卫星导航星基增强系统的PL小于或等于所述保护级阈值，则所述双频卫星导航星基增强系统可用；

若所述双频卫星导航星基增强系统的PL大于所述保护级阈值，则所述双频卫星导航星基增强系统不可用。