CN105116423A - Araim地面监测站完好性监测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置。本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法，包括：获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA；根据第一用户距离精度URA、第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，ARAIM结构为线上结构或线下结构；根据ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置能满足大部分区域的精准度和完好性要求，扩大了应用范围，同时，提高了LPV-200的可用性。

Description

ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置

技术领域

本发明涉及导航技术，尤其涉及一种先进接收机自主完好性监测(AdvancedReceiverAutonomousIntegrityMonitoring；简称：ARAIM)地面监测站完好性监测方法和装置。

背景技术

全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem；简称：GNSS)以其全球、全天候、连续和高精度的特点成为了重要的空间基础设施。目前，已经广泛应用于陆地、海洋和航空航天等领域。ARAIM能实现对GNSS的增强。ARAIM一方面保证了定位精度，另一方面实现对卫星工作状态的监控，是目前卫星定位获得完好性监控时的一种自主有效的方法。ARAIM支持水平导航和垂直导航，能在部分区域满足低至200英尺的基于水平和垂直引导的精密进近(LocalizerPerformancewithVerticalguidancefromGNSS；简称LPV)，即LPV-200。ARAIM依赖于地面系统向相关星座提供周期性的标称性能和故障率的更新。这些完好性数据包含在完好性支持电文(IntegritySupportMessage；简称：ISM)中，ISM在ARAIM地面监测站中产生，并广播给卫星导航接收机。

现有技术中，采用ARAIM线下结构。采用ARAIM线下结构时，使用的ISM参数较为保守，可用性较差。

因此，采用现有技术的方法，由于ISM参数保守，仅能满足部分区域的LPV-200性能，应用范围较小。

发明内容

本发明提供一种ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置，以解决现有技术存在的问题。

本发明提供一种ARAIM地面监测站完好性监测方法，包括：

获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，所述第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，所述第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA；根据所述第一用户距离精度URA、所述第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，所述ARAIM结构为线上结构或线下结构；根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

本发明还提供一种ARAIM地面监测站完好性监测装置，包括：

获取模块，用于获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，所述第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，所述第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA；确定模块，用于根据所述第一用户距离精度URA、所述第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，所述ARAIM结构为线上结构或线下结构；监测模块，用于根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置，通过获取第一URA和第二URA，第一URA为当前预设时间段内的URA，第二URA为未来预设时间段内的URA，根据第一URA、第二URA和预设的URA阈值确定ARAIM结构为线上结构或者线下结构，根据ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测，从而，能根据不同的应用场景确定ARAIM的结构，最终确定ISM中的内容和更新频率，进行完好性监测，与只采用ARAIM线下结构的方案相比，可以满足大部分区域的精准度要求，扩大了应用范围。同时，提高了LPV-200的可用性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法实施例一的流程示意图；

图2为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法实施例二的流程示意图；

图3为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置实施例一的结构示意图；

图4为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置实施例二的结构示意图。

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付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。

图1为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法实施例一的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法包括：

S101：获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA。

具体地，ARAIM地面监测站网络由1个主控站和多个ARAIM地面监测站组成。主控站是地面信息处理和运行控制的中心，其主要接收各个ARAIM地面监测站采集的卫星信息、观测数据及环境数据，实现ARAIM地面监测站网络的任务规划与调度、全系统运行管理与控制等。本实施例的执行主体可以是主控站。

ARAIM地面监测站接收导航卫星星座中的卫星信息，本实施例中的导航卫星星座可以是全球定位系统(GlobalPositionSystem；简称：GPS)和北斗系统(BeidouSystem；简称：BDS)。ARAIM地面监测站对接收到的卫星信息进行相应的处理，并将处理的结果发送给主控站。可选的，本实施例中ARAIM地面监测站的数量为7个。可以理解的是，ARAIM地面监测站的数量越多，则最终得到的第一URA和第二URA的值越精确，但考虑到成本及稀疏性的要求，7个ARAIM地面监测站可以满足对导航卫星星座中卫星的监测和接收卫星信息。

主控站可以根据ARAIM地面监测站发送的数据获得星历误差、星钟误差、精密星历和精密星钟，根据星历误差、星钟误差、精密星历和精密星钟获取第一用户距离精度(UserRangeAccuracy；简称：URA)和第二URA。URA可以用来衡量卫星空间信号的精度。第一URA为当前预设时间段内的URA，可以根据当前预设时间段内的星历误差和星钟误差获得第一URA。第二URA为未来预设时间段内的URA，可以根据未来预设时间内的精密星历和精密星钟获得第二URA。

S102：根据第一用户距离精度URA、第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，ARAIM结构为线上结构或线下结构。

具体地，预设的URA阈值可以根据以下步骤得到：对卫星星座中卫星的URA进行统计，估计其分布模型，根据用户对导航精度的要求，确定一个概率值，计算该分布模型关于该概率值的分位数，将该分位数作为预设的URA阈值。

根据第一URA、第二URA和预设的URA阈值确定ARAIM为线上结构还是线下结构。例如，可以根据第一URA和第二URA通过计算得到的值和预设的URA阈值之间的大小来确定，也可以通过分别比较第一URA、第二URA和预设的URA阈值的大小来确定。ARAIM线上结构中，由ARAIM地面监测站生成的ISM中，ISM的更新频率高，能够提供更加精密的星历和星钟信息，广播给卫星导航接收机，即机载用户。

可选的，可以通过分别比较第一URA、第二URA和预设的URA阈值的大小来确定：若第一URA和第二URA均小于预设的URA阈值，确定ARAIM结构为线上结构；若第一URA和第二URA中至少一个大于等于预设的URA阈值，确定ARAIM结构为线下结构。

需要说明的是，ARAIM的结构可以是在未来预设时间段内采用线上或者线下结构。

S103：根据ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

根据ARAIM结构确定ISM的内容和更新频率，进行ARAIM地面监测站完好性监测。

本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法和装置，通过获取第一URA和第二URA，第一URA为当前预设时间段内的URA，第二URA为未来预设时间段内的URA，根据第一URA、第二URA和预设的URA阈值确定ARAIM结构为线上结构或者线下结构，根据ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测，从而，能根据不同的应用场景确定ARAIM的结构，最终确定ISM中的内容和更新频率，进行完好性监测，与只采用ARAIM线下结构的方案相比，可以满足大部分区域的精准度要求，扩大了应用范围。同时，提高了LPV-200的可用性。

进一步地，在上述实施例中，获取第一URA和第二URA，包括：根据当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到第一URA。根据未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到第二URA。可选的，还可以通过当前预设时间段内的星历误差和当前预设时间段内的星钟误差得到第一URA；根据未来预设时间段内的精密星历和未来预设时间段内的精密星钟得到第二URA。当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵可以由当前预设时间段内的星历误差和星钟误差得到；未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵可以由未来预设时间段内的精密星历和精密星钟得到。

图2为发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法实施例二的流程示意图。如图2所示，在上述实施例的基础上，在获取第一URA和第二URA之前，包括：

S201：根据卫星的导航电文得到卫星到ARAIM地面监测站的距离

具体地，卫星的导航电文是ARAIM地面监测站发送给主控站的。根据卫星的导航电文可以得到卫星到ARAIM地面监测站的距离

S202：根据和得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差。其中， $\mathrm{\Δ}{\stackrel{\→}{R}}^j\·{\stackrel{\→}{l}}_m^j=R_m^j-{\hat{R}}_m^j,{\mathrm{\ΔB}}^j=B^j-{\hat{B}}^j,$ m表示ARAIM地面监测站的标号，c表示时钟同步站的标号，j表示卫星的标号，表示根据导航电文提供的卫星钟差改正数得到的卫星钟差，表示ARAIM地面监测站至卫星的真实距离，表示当前预设时间段内的卫星星历误差矢量，表示ARAIM地面监测站至卫星的方向矢量，表示时钟同步站至卫星的方向矢量，ΔB^j表示当前预设时间段内的卫星星钟误差，表示ARAIM地面监测站的第一伪距残差的误差，表示时钟同步站的第一伪距残差的误差，b_c为时钟同步站的接收机钟差，b_m表示ARAIM地面监测站的接收机钟差，B^j表示卫星钟差，f₁表示卫星发送卫星信息的第一频率。

具体地，时钟同步站可以是单独设置的时钟准确的站，也可以是在ARAIM地面监测站网络中选取一个时钟准确的站。可选的，为了节约成本，时钟同步站可以是在ARAIM地面监测站网络中选取的一个时钟准确的站。

在得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差之前，还包括：接收ARAIM地面监测站发送的第一数据，ARAIM地面监测站根据载波相位观测值和码伪距测量值消除电离层误差和对流层误差得到第一数据；根据第一数据得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差。

具体地，ARAIM地面监测网络中的ARAIM地面监测站接受导航卫星星座中的卫星信息，包括：卫星星历数据、历书数据、卫星伪距和伪距的差值、卫星状态、几何精度因子(GeometricDilutionofPrecision；简称：GDOP)、水平精度因子(HorizonDilutionofPrecision；简称：HDOP)、三维位置精度因子(PositionDilutionofPrecision；简称：PDOP)，并根据上述卫星信息得到码伪距测量值和载波相位观测值。可选的，ARAIM地面接测站通过能接收导航卫星星座中卫星的双频信号的接收机来接收卫星信息，接收机中的天线可以选择抗多径干扰的GNSS天线。

载波相位观测值用下式表示： ${\mathrm{\φ}}_{m,f_1}^j=R_m^j-I_m^j+T_m^j+b_m-B^j+N_1{\mathrm{\λ}}_1+e_{m,f_1}^j,$ ${\mathrm{\φ}}_{m,f_2}^j=R_m^j-\frac{{f_1}^2}{{f_2}^2}{I}_m^j+T_m^j+b_m-B^j+N_2{\mathrm{\λ}}_2+e_{m,f_2}^j,$ 码伪距测量值用下式表示： ${\mathrm{\ρ}}_{m,f_1}^j=R_m^j+I_m^j+T_m^j+b_m-B^j+v_{m,f_1}^j,{\mathrm{\ρ}}_{m,f_2}^j=R_m^j+\frac{{f_1}^2}{{f_2}^2}{I}_m^j+T_m^j+b_m-B^j+v_{m,f_2}^j,$ 其中，f₂表示所述卫星发送所述卫星信息的第二频率，表示所述第一频率下的载波相位观测值，表示所述第二频率下的载波相位观测值，表示电离层延迟，表示对流层延迟，N₁与N₂分别表示与的整周模糊度；λ₁表示所述第一频率的卫星信号的波长，λ₂表示所述第二频率的卫星信号的波长；表示所述第一频率下的载波相位噪声；表示所述第二频率下的载波相位噪声；所述第一频率下的码伪距测量值，表示所述第二频率下的码伪距测量值；表示所述第一频率下的码伪距测量噪声；表示所述第二频率下的码伪距测量噪声。

ARAIM地面监测站根据卫星信息得到码伪距测量值和载波相位观测值后，探测载波相位观测值中的周跳，并修复载波相位观测值中的周跳。

采用无电离层(Ionospheric-Free)滤波对载波相位观测值和码伪距测量值进行双频电离层修正。根据公式 对载波相位观测值和码伪距测量值进行处理，将处理的结果通过Hatch滤波器，Hatch滤波器的公式为： $R_m^j\left(k\right)=\frac{1}{N_S}\mathrm{\Ψ}\left(k\right)+\frac{N_s-1}{N_s}(R_m^j(k-1)+\mathrm{\Φ}\left(k\right)-\mathrm{\Φ}(k-1)),$ 最终得到消除电离层误差的码伪距测量值，其中，k表示采样时刻，τ_s表示滤波时间常数，T_s表示采样间隔。

根据气象站提供的气压、温度及湿度参数并根据航空无线电技术委员会的标准RTCADO-229D中提供的方法和模型计算卫星的对流层误差。

消除了电离层误差的码伪距测量值再消除对流层误差即得到了第一数据，第一数据表示消除了电离层误差和对流层误差的码伪距测量值，第一数据用下式表示：其中，表示经过所述Hatch滤波器以后的所述第一频率上的码伪距测量噪声。

时钟同步站按照同样的方法得到第一数据。

需要说明的是，可以通过ARAIM地面监测站中的数据处理计算机得到第一数据。ARAIM地面监测站中的数据处理计算机采用双机备份方式。

ARAIM地面监测站将第一数据发送给主控站，主控站接收第一数据，并根据第一数据得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差。

具体地，主控站接收第一数据，并根据卫星导航电文消除卫星钟差得到第一伪距残差： $\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\ρ}}}_{m,f_1}^j=\left(R_m^j-{\hat{R}}_m^j\right)+b_m-\left(B^j-{\hat{B}}^j\right)+{\hat{v}}_{m,f_1}^j,$ 令 $R_m^j-{\hat{R}}_m^j=\mathrm{\Δ}{\stackrel{\→}{R}}^j\·{\stackrel{\→}{l}}_m^j,$ 得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差：同理，可得到时钟同步站的第一伪距残差：

S203：根据ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差得到单差方程。单差方程用下式表示：其中表示单差方程的残差。

具体地，将ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差相减得到单差方程，即

S204：根据得到ARAIM地面监测站的接收机钟差。其中，N表示ARAIM地面监测站与时钟同步站的共视卫星的数目。

由于时钟同步站的接收机钟差已知，根据ARAIM地面监测站和时钟同步站的所有单差方程，得到ARAIM地面监测站的接收机钟差，即根据公式得到ARAIM地面监测站的接收机钟差，N表示ARAIM地面监测站与时钟同步站的共视卫星的数目。ARAIM地面监测站和时钟同步站的共视卫星是指ARAIM地面监测站和时钟同步站都可以接受到其信息的卫星。

S205：根据得到消除ARAIM地面监测站的接收机钟差的第二伪距残差。

具体地，根据S204中得到的ARAIM地面监测站的接收机钟差得到第二伪距残差，ARAIM地面监测站的第一伪距残差减去ARAIM地面监测站的接收机钟差得到ARAIM地面监测站的第二伪距残差，即

S206：根据第二伪距残差得到当前预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵。

具体地，将第二伪距残差输入卫星定轨处理模块，得到当前预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵。未来预设时间段内的星历误差的协方差矩阵可以根据未来预设时间段内的精密星历得到。

S207：根据第二伪距残差和当前预设时间段内的星历误差得到当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。

具体地，将第二伪距残差去除当前预设时间段内的星历误差的值输入卫星钟差处理模块，得到当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。未来预设时间段内的星钟误差的协方差矩阵可以根据未来预设时间段内的精密星钟得到。

本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法，通过在获取第一URA和第二URA之前接收ARAIM地面监测站的第一数据，根据第一数据得到ARAIM地面监测站和时钟同步站的第一伪距残差，根据第一伪距残差得到单差方程，根据单差方程得到ARAIM地面监测站的接收机钟差，第一伪距残差减去ARAIM地面监测站的接收机钟差得到第二伪距残差，根据第二伪距残差得到当前预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵，根据第二伪距残差和当前预设时间段内的星历误差得到当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，从而，能根据不同的应用场景确定ARAIM的结构，最终确定ISM中的内容和更新频率，与只采用ARAIM线下结构的方案相比，可以满足大部分区域的精准度要求，扩大了应用范围。同时，提高了LPV-200的可用性。

进一步地，在上述任一实施例中，根据当前预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵、当前预设时间段内的星钟误差、当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到第一URA，具体包括：用表示当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵，用P_c当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。根据公式其中，R表示观测方差矩阵， $R=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\σ}}_{{\hat{v}}_1}^2& 0& 0& 0\\ 0& {\mathrm{\σ}}_{{\hat{v}}_2}^2& 0& 0\\ 0& 0& ...& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\σ}}_{{\hat{v}}_K}^2\end{array}\right],$ G表示观测矩阵，且

$G=\left[\begin{array}{cc}{l}_1^j& 1\\ l_2^j& 1\\ ...& ...\\ l_K^j& 1\end{array}\right]$ (K×4维)， $\hat{P}=\left[\begin{array}{cc}{\tilde{P}}_{3,o}& 0\\ 0& {\tilde{P}}_{1,c}\end{array}\right]$ (4×4维)，其中，为3×3维对角阵，其对角线上元素由当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵中对角线上的前三个元素组成，表示当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵P_c中对角线上的第一个元素，……

，表示噪声的方差，K表示监测站的个数。可得第一URA的计算公式：URA＝κ(Pr)·σ_URA，其中，κ(Pr)表示与置信度对应的分位数。

在上述任一实施例中，在ARAIM地面监测站接收卫星信息之前，还需要进行ARAIM地面监测站的选址，包括：根据地理位置和稀疏性的要求，确定备用ARAIM地面监测站组合。将备用ARAIM地面监测站组合中的每个备用ARAIM地面监测站的经度值和纬度值转换至三维地球模型对应的位置上。根据三维地球模型对应的位置，计算每个备用ARAIM地面监测站以大于第一角度的仰角所能可见的所述导航卫星星座的卫星轨道球面的范围，并计算有三重以上重叠部分的所述卫星轨道球面的面积。确定具有最大的三重以上重叠部分的卫星轨道球面的面积的备用ARAIM地面监测站组合为所述ARAIM地面监测站网络。可选的，第一角度可以为7.5°。

在上述任一实施例中，在根据第一数据得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差之前，还包括：选取导航星座中卫星，有以下原则：卫星至少对于两个ARAIM地面监测站可见；如果卫星对于两个或两个以上ARAIM地面监测站的高度角均大于15度，则放弃小于15度的观测量；如果高度角大于15度的ARAIM地面监测站数目少于两个，则用高度角最大的两个卫星的观测量。

需要说明的是，在上述任一实施例中，ARAIM地面监测站还可以进行一系列完好性监测，即对GNSS空间信号以及地面设备本身可能出现的异常情况进行监测，保证导航系统的完好性，包括信号质量监测(SignalQualityMonitoring；简称：SQM)、数据质量监测(DataQualityMonitoring；简称：DQM)、测量质量监测(MeasurementQualityMonitoring；简称：MQM)、多接收机一致性校验(MultipleReferenceConsistencyCheck；简称：MRCC)、均值、方差监测(σμ-monitor)和信息域范围检验(MessageFieldRangeTest；简称：MFRT)。进行一系列故障处理逻辑，即每个完好性监视算法可能对一个通道或一颗卫星生成一个故障告警，EXM对所有的告警进行综合，然后隔离故障测量值。EXM第一阶段(EXM-I)将有告警的测量值排除，未被排除的测量值用于计算差分校正和B值。EXM第二阶段(EXM-II)基于MRCC、σμ-monitor和MFRT进行一系列故障排除。数据处理计算机将以上步骤中的信息记录到数据库中进行存储和备份。

图3为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置实施例一的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置包括：获取模块31，用于获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA。确定模块32，用于根据第一用户距离精度URA、第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，先进接收机自主完好性监测ARAIM结构为线上结构或线下结构。监测模块33，用于根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

具体地，确定模块32具体用于：若第一URA和第二URA均小于预设的URA阈值，确定ARAIM结构为线上结构；若第一URA和第二URA中至少一个大于等于预设的URA阈值，确定ARAIM结构为线下结构。

本实施例提供的装置对应地可用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置，通过设置获取模块用于获取第一URA和第二URA，第一URA为当前预设时间段内的URA，第二URA为未来预设时间段内的URA，确定模块用于根据第一URA、第二URA和预设的URA阈值确定ARAIM结构为线上结构或者线下结构，监测模块用于根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测，从而，能根据不同的应用场景确定ARAIM的结构，最终确定ISM中的内容和更新频率，与只采用ARAIM线下结构的方案相比，可以满足大部分区域的精准度要求，扩大了应用范围。同时，提高了LPV-200的可用性。

进一步地，获取模块具体用于：根据当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到第一用户距离精度URA；根据未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到第二用户距离精度URA。

图4为本发明提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置实施例二的结构示意图。如图4所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测装置还包括：第一计算模块41，用于根据卫星的导航电文得到卫星到ARAIM地面监测站的距离第二计算模块42，用于根据和得到ARAIM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差。其中， m表示ARAIM地面监测站的标号，c表示时钟同步站的标号，j表示卫星的标号，表示根据导航电文提供的卫星钟差改正数得到的卫星钟差，表示ARAIM地面监测站至卫星的真实距离，表示当前预设时间段内的卫星星历误差矢量，表示ARAIM地面监测站至卫星的方向矢量，表示时钟同步站至卫星的方向矢量，ΔB^j表示当前预设时间段内的卫星星钟误差，表示ARAIM地面监测站的第一伪距残差的误差，表示时钟同步站的第一伪距残差的误差，b_c为时钟同步站的接收机钟差，b_m表示ARAIM地面监测站的接收机钟差，B^j表示卫星钟差，f₁表示卫星发送卫星信息的第一频率。第三计算模块43，用于根据ARIAM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差得到单差方程。单差方程用下式表示：其中表示单差方程的残差。第四计算模块44，用于根据公式得到ARAIM地面监测站的接收机钟差，其中，N表示ARAIM地面监测站与时钟同步站的共视卫星的数目。第五计算模块45，用于根据公式得到消除ARAIM地面监测站的接收机钟差的第二伪距残差。第六计算模块46，用于根据第二伪距残差得到预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵。第七计算模块47，用于根据第二伪距残差和当前预设时间段内的星历误差得到当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。

具体地，本实施例提供的装置对应地可用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例提供的ARAIM地面监测站完好性监测方法，通过设置第一计算模块，用于根据卫星的导航电文得到所述卫星到ARAIM地面监测站的距离，在获取第一URA和第二URA之前接收ARAIM地面监测站的第一数据，第二计算模块用于根据第一数据得到ARAIM地面监测站和时钟同步站的第一伪距残差，第三计算模块用于根据第一伪距残差得到单差方程，第四计算模块用于根据单差方程得到ARAIM地面监测站的接收机钟差，第五计算模块用于根据第一伪距残差减去ARAIM地面监测站的接收机钟差得到第二伪距残差，第六计算模块用于根据第二伪距残差得到当前预设时间段内的星历误差、当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵，第七计算模块用于根据第二伪距残差和当前预设时间段内的星历误差得到当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，从而，能根据不同的应用场景确定ARAIM的结构，最终确定ISM中的内容和更新频率，与只采用ARAIM线下结构的方案相比，可以满足大部分区域的精准度要求，扩大了应用范围。同时，提高了LPV-200的可用性。

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 (10)

1.一种ARAIM地面监测站完好性监测方法，其特征在于，包括：

获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，所述第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，所述第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA；

根据所述第一用户距离精度URA、所述第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，所述ARAIM结构为线上结构或线下结构；

根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一用户距离精度URA、所述第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，所述ARAIM结构为线上结构或线下结构，包括：

若所述第一用户距离精度URA和所述第二用户距离精度URA均小于所述预设的用户距离精度URA阈值，确定所述ARAIM结构为线上结构；

若所述第一用户距离精度URA和所述第二用户距离精度URA中至少一个大于等于所述预设的用户距离精度URA阈值，确定所述ARAIM结构为线下结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，包括：

根据当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到所述第一用户距离精度URA；

根据未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到所述第二用户距离精度URA。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA之前，还包括：

根据卫星的导航电文得到所述卫星到ARAIM地面监测站的距离

根据和得到所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差，其中，m表示所述ARAIM地面监测站的标号，c表示所述时钟同步站的标号，j表示所述卫星的标号，表示根据所述导航电文提供的卫星钟差改正数得到的卫星钟差，表示所述ARAIM地面监测站至所述卫星的真实距离，表示卫星星历误差矢量，表示所述ARAIM地面监测站至所述卫星的方向矢量，表示所述时钟同步站至所述卫星的方向矢量，ΔB^j表示卫星星钟误差，表示所述ARAIM地面监测站的第一伪距残差的误差，表示所述时钟同步站的第一伪距残差的误差，b_c为所述时钟同步站的接收机钟差，b_m表示所述ARAIM地面监测站的接收机钟差，B^j表示卫星钟差，f₁表示所述卫星发送所述卫星信息的第一频率；

根据所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和所述时钟同步站的第一伪距残差得到单差方程，所述单差方程用下式表示：其中，表示所述单差方程的残差；

根据公式得到所述ARAIM地面监测站的接收机钟差，其中，N表示所述ARAIM地面监测站与所述时钟同步站的共视卫星的数目；

根据公式得到消除所述ARAIM地面监测站的接收机钟差的第二伪距残差；

根据所述第二伪距残差得到所述当前预设时间段内的星历误差、所述当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵；

根据所述第二伪距残差和所述当前预设时间段内的星历误差得到所述当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二伪距残差得到所述当前预设时间段内的星历误差、所述当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵，包括：

将所述第二伪距残差输入定轨处理模块，得到所述当前预设时间段内的星历误差、所述当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵；

所述根据所述第二伪距残差和所述当前预设时间段内的星历误差得到所述当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，包括：

将所述第二伪距残差去除所述当前预设时间段内的星历误差的值输入卫星钟差处理模块，得到所述当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据和得到所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差之前，还包括：

接收所述ARAIM地面监测站发送的第一数据，所述ARAIM地面监测站根据载波相位观测值和码伪距测量值消除电离层误差和对流层误差得到所述第一数据；

根据所述第一数据得到所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和时钟同步站的第一伪距残差。

7.一种ARAIM地面监测站完好性监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取第一用户距离精度URA和第二用户距离精度URA，其中，所述第一用户距离精度URA为当前预设时间段内的用户距离精度URA，所述第二用户距离精度URA为未来预设时间段内的用户距离精度URA；

确定模块，用于根据所述第一用户距离精度URA、所述第二用户距离精度URA以及预设的用户距离精度URA阈值确定采用的先进接收机自主完好性监测ARAIM结构，所述ARAIM结构为线上结构或线下结构；

监测模块，用于根据所述ARAIM结构进行ARAIM地面监测站完好性监测。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

若所述第一用户距离精度URA和所述第二用户距离精度URA均小于所述预设的用户距离精度URA阈值，确定所述ARAIM结构为线上结构；

若所述第一用户距离精度URA和所述第二用户距离精度URA中至少一个大于等于所述预设的用户距离精度URA阈值，确定所述ARAIM结构为线下结构。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

根据当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到所述第一用户距离精度URA；

根据未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵，得到所述第二用户距离精度URA。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述ARAIM地面监测站完好性监测装置还包括：

第一计算模块，用于根据卫星的导航电文得到所述卫星到ARAIM地面监测站的距离

第二计算模块，用于根据和得到所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和时钟监测站的第一伪距残差，其中，m表示所述ARAIM地面监测站的标号，c表示所述时钟监测站的标号，j表示所述卫星的标号，表示根据所述导航电文提供的卫星钟差改正数得到的卫星钟差，表示所述ARAIM地面监测站至所述卫星的真实距离，表示卫星星历误差矢量，表示所述ARAIM地面监测站至所述卫星的方向矢量，表示所述时钟同步站至所述卫星的方向矢量，ΔB^j表示卫星星钟误差，表示所述ARAIM地面监测站的第一伪距残差的误差，表示所述时钟同步站的第一伪距残差的误差，b_c为所述时钟同步站的接收机钟差，b_m表示所述ARAIM地面监测站的接收机钟差，B^j表示卫星钟差，f₁表示所述卫星发送所述卫星信息的第一频率；

第三计算模块，用于根据所述ARIAM地面监测站的第一伪距残差和所述时钟同步站的第一伪距残差得到单差方程，所述单差方程用下式表示：其中，表示所述单差方程的残差；

第四计算模块，用于根据公式得到所述ARAIM地面监测站的接收机钟差，其中，N表示所述ARAIM地面监测站与所述时钟同步站的共视卫星的数目；

第五计算模块，用于根据公式得到消除所述ARAIM地面监测站的接收机钟差的第二伪距残差；

第六计算模块，根据所述第二伪距残差得到所述当前预设时间段内的星历误差、所述当前预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星历误差的误差协方差矩阵；

第七计算模块，根据所述第二伪距残差和所述当前预设时间段内的星历误差得到所述当前预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵和所述未来预设时间段内的星钟误差的误差协方差矩阵。