CN105467406A - 多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多测站广播星历确定用户测距精度上界值（URA_UB）的方法，涉及卫星导航系统性能的监测与评估。该方法采用频次加权模式识别确定单个测站用户测距精度（URA）表示形式，再根据多个测站广播星历中的用户测距精度（URA）值确定对应时刻、对应卫星的用户测距精度上界值（URA_UB）。本发明合成的用户测距精度上界值可用于全球卫星导航系统空间信号的完好性监测与评估，为提升卫星导航系统性能提供更科学的参考依据。

Description

多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法

技术领域

本发明涉及卫星导航系统性能监测与评估，更具体涉及合成GPS广播星历时，确定用户测距精度(UserRangeAccuracy‐URA)参数统一表达形式以及上界值的方法，该方法适用于GPS卫星导航系统完好性监测与评估的广播星历合成。

背景技术

精度、完好性、连续性与可用性是卫星导航系统四个重要性能指标，其中完好性对民航等涉及生命安全的应用领域至关重要，其性能监测与评估备受关注。而GPS空间信号(SignalinSpace–SIS)完好性的监测与评估是GPS系统完好性保障中的重要组成部分，它和广播星历中的用户测距精度(URA)指标以及卫星健康标记密切相关：GPS现代化之前，当卫星健康标记为0时，用户测距误差(UserRangeError-URE)超过4.42×URA_UB(URA上界值)，但未及时报警的概率小于10^-5/h(称之为完好性风险)；GPS现代化以后，当完好性状态标记(IntegrityStatusFlag-ISF)为0时，完好性风险与现代化前的相同，当完好性标记(ISF)为1(即为“增强”模式)时，用户测距误差(URE)超过5.73倍的用户测距精度上界值(URAUpperBoundvalue–URA_UB)，但未及时报警的概率小于10^-8/h。由此可见，用户测距精度上界值(URA_UB)在卫星导航系统的完好性保障、完好性监测与评估中具有关键作用。

然而，现在合成的广播星历中还没有一种统一的用户测距精度上界值可用于GPS空间信号完好性监测与评估。广播电文中的用户测距精度是四位二进制数表示的指数形式(URAIndex–URA_IX)，除此外，还有用户测距精度上界值(URA_UB)，用户测距精度下界(URALowerBoundvalue-URA_LB)、用户测距精度名义值(URANormalValue-URA_NV)两种形式。四种表示形式对应的值如下表所示(GPSNavstarJointProgramOffice,NavstarGPSSpaceSegment/NavigationUserInterfaces,IS-GPS-200,RevisionH,GPSNavstarJointProgramOffice,ElSegundo,CA,Sep.7,2013)：

表2用户测距精度的四种不同表示形式

表2中，当用户测距精度指数等于15时，表示无可用的预测准确度，用户使用该卫星定位时，风险自担。

各接收机厂家采用的处理方式不同，导致其输出的URA值含义不尽相同，例如国际GNSS服务组织(IGS)有些测站获取的广播星历中的用户测距精度采用名义值形式，如测站dgar的接收机(类型：ASHTECHUZ-12)、测站dgav的接收机(类型：JAVADTRE_G3TH)，而有些采用指数形式，如测站nist的接收机(类型：NOVOEM4-G2)、测站mat1的接收机(类型：TRIMBLE4000SSI)，此外还有些接收机采用下界值、上界值作为用户测距精度的表示形式。而国际GNSS服务组织(IGS)提供的合成广播星历(brdc)中的用户测距精度(URA)参数表达形式也不统一，比如2015年9月17日(年积日260天)至2015年10月16日(年积日289天)间，国际GNSS服务组织(IGS)提供的GPS合成广播星历(brdc)中的用户测距精度值主要是{0,2,2.8,2.9,4,5.7,8,4096}中的元素，比如2015年9月20日(年积日263天)的用户测距精度值有：0,2,2.8,2.9,4,5.7，由这些值很难判断是哪种用户测距精度的表达形式，2015年9月16日(年积日262天)中的用户测距精度值甚至有负值，即使卫星健康标记为不健康，这也是不合理的。由此可见，国际GNSS服务组织(IGS)提供的GPS合成广播星历是不能用于该系统的完好性监测与评估的。

此外，GPS卫星可能受到周围环境、星上载荷工作状态影响，导致播发的数据与所注入数据不同，即使GPS运行控制系统的地面监测站能够监测到异常，一般需要45分钟，甚至更长的时间作出反应。因此地面运控端的注入星历也不能作为GPS系统完好性评估的基础数据。

在解决这类难题的方法中，有学者(HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2010).GPSEphemerisErrorScreeningandResultsfor2006–2009[C].ION2010InternationalTechnicalMeetingJanuary25-27,2010,SanDiego,CA.；HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2011).DiggingintoGPSIntegrity-ChartingtheEvolutionofSignal-in-SpacePerformancebyDataMining400,000,000NavigationMessages[J].GPSWorld,22(11):44-49.；HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2012).GPSSignal-in-SpaceIntegrityPerformanceEvolutionintheLastDecade[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,48(4):2932-2946)提出采用基于模式识别的方法分五步判定导航星历文件中提取的用户测距精度(URA)数据属于哪种表示形式，并对2004年至2010年的广播星历数据进行了合成。虽对同一台接收机来说，其解码得到的所有卫星URA值表示形式是统一的，这也易于采用模式识别方法判定，但是仍有少数国际GNSS服务组织(InternationalGNSSService–IGS)跟踪站的导航星历文件中的用户测距精度(URA)值并不是上述四种表示形式中的任一个值。而上述文献所提出的模式识别法将这类数值认为是除用户测距精度指数(URA_IX)表达形式外的其它形式，并将其归入差值绝对值最近的用户测距精度(URA)表示形式。这种处理方法忽略了导航文件中用户测距精度(URA)不同数值出现的频次，实际上异类用户测距精度(URA)值出现的次数很少。因此，前述文献提出的用户测距精度(URA)表示形式判定的模式识别法在实际应用中存在不足。

发明内容

本发明的目的是：提供一种多测站广播星历确定用户测距精度上界值(URA_UB)的方法，该方法采用频次加权模式识别确定单个测站用户测距精度(URA)表示形式，再根据多个测站广播星历中的用户测距精度(URA)值确定对应时刻、对应卫星的用户测距精度上界值(URA_UB)。该方法合成的用户测距精度上界值可用于全球卫星导航系统空间信号的完好性监测与评估，为提升卫星导航系统性能提供更科学的参考依据。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

1、多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法，该方法是在有N个可以提供广播星历数据的GNSS测站的条件下，确定用户测距精度的上界值，具体步骤如下：

a、给每个测站一个序号，第m个测站是指序号为m的测站，m＝1,2,…,N；

a1、令m＝1；

b、如果m＞N，执行步骤m，否则读取第m个测站的广播星历数据，存入集合中，其中M_i表示该测站第i组广播星历数据，i＝1,2,…,n，n表示第m个测站的广播星历组数；

c、将第m个测站广播星历中的用户测距精度存入向量S_m中，S_m＝[s₁,s₂,…,s_n]，其中s_i为第i组广播星历M_i中的用户测距精度,i＝1,2,…,n；

d、构造向量S'，向量S'的第一个元素为s′₁，s′₁＝s₁；

d1、令i＝2，l＝1；

d2、读取S中的第i个元素s_i，令j＝1；

d3、读取S'中的第j个元素s'_j；

d4、当s_i＝s'_j，令i＝i+1，如果i>n执行步骤e，否则执行步骤d2，当s_i≠s'_j，令j＝j+1，如果j>l，执行步骤d5，否则执行步骤d3；

d5、令l＝l+1，S'的第l个元素s′_l＝s_i；

e、统计S'的元素s′_i在S_m中出现的次数，记为f_i，其中i＝1,2,…,l，组成向量f＝[f₁,f₂,…,f_l]；

f、对f进行归一化处理，得到f'

$f^{\′}=\[f_1^{\′},f_2^{\′},...,f_l^{\′}\]=\frac{1}{n}\[f_1,f_2,...,f_l\]$

g、令L₁＝URA_IX＝[0,1,…,15]，称URA_IX为用户测距精度指数向量，

L₂＝URA_LB＝[0.00,2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_LB为用户测距精度下界向量，

L₃＝URA_NV＝[2.00,2.83,4.00,5.66,8.00,11.31,16.00,32.00,64.00,128.00,256.00,512.00,1024.00,2048.00,4096.00]，称URA_NV为用户测距精度名义向量，

L₄＝URA_UB＝[2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_UB为用户测距精度上界向量；

h、辨识第m个测站采用的用户测距精度表示形式，令k＝1；

h1、构造b＝[b₁,b₂,…,b_l]，其中

h2、令w_k＝f'b^T，其中b^T表示b的转置向量；

h3、令k＝k+1

h4、当k≤4时，返回步骤h1，否则执行步骤i；

i、令w_max＝max{w₁,w₂,w₃,w₄}

i1、如果w_max<0.9，将置为空集，令m＝m+1，执行步骤b；

i2、否则，令k＝4；

i3、如果w_max＝w_k，则用户测距精度采用的是L_k对应的用户测距精度表达形式，执行步骤j；

i4、如果w_max≠w_k，令k＝k-1，执行步骤i3；

j、将第m个测站的用户测距精度替换为上界值，令k0＝1；

j1、读取S_m中的第k0个元素s_k0；

j2、如果s_k0>6144.00，令执行步骤j5，否则，令k1＝1，执行步骤j3；

j3、如果s_k0＝L_k(k1)，令执行步骤j5，其中L_k(k1)表示向量L_k的第k1个元素，k的取值在执行步骤j前已确定，1≤k≤4，否则，令k1＝k1+1，执行步骤j4；

j4、如果k1≤15，执行步骤j3，否则，如果k≤2且k1≥16，或者k>2且k1>15，令执行步骤j5；

j5、将广播星历E_k0中的用户测距精度替换为

j6、将广播星历E_k0中6个调和改正项幅值C_uc、C_us、C_rc、C_rs、C_ic、C_is、平动点偏差Δn、参考历元的平近点角M₀、轨道偏心率e、按参考历元计算的升交点赤经Ω₀、升交点赤经变化率近地点角ω、轨道半长轴平方根以及参考历元的轨道倾角i₀，共14个参数作为稳健星历参数向量E_R,k0，而将卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB作为非稳健星历参数向量即

$E_{R,k0}=\&lsqb;C_{uc},C_{us},C_{rc},C_{rs},C_{ic},C_{is},\mathrm{\&Delta;}n,M_0,e,{\mathrm{\&Omega;}}_0,\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&Omega;}},\mathrm{\&omega;},\sqrt{A},i_0\&rsqb;$

$E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}=\&lsqb;PRN,t_{oe},t_{oc},health\_if,URA\_UB\&rsqb;$

卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB在中的顺序依次为1，2，3，4，5；

j7、将集合第k0个广播星历E_k0替换为 $E_{k0}=\left[\begin{array}{cc}{E}_{R,k0}& E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}\end{array}\right];$

j8、令k0＝k0+1，如果k0≤n，执行步骤j1，否则执行步骤k；

k、令m＝m+1，当m≤N，执行步骤b；

m、将N个测站所有广播星历m＝1,2,…,N，存入集合中，

其中，n_m表示第m个测站有n_m组广播星历数据，p为的元素总数；

n、将第一组广播星历数据E₁的稳健参数E_R,1存入中，非稳健参数存入中，

n1、令k＝2，q＝1；

n2、令i＝1；

n3、读取中的广播星历数据E_k；

n4、如果E_k的稳健星历数据部分E_R,k与中的第i组稳健星历数据相同，则

令k＝k+1，当k≤p时，执行步骤n2，当k>p时，执行步骤o；

n5、否则，令i＝i+1，如果i≤q，执行步骤n4，如果i>q执行步骤n6；

n6、令q＝q+1，将E_R,k、分别作为稳健、非稳健星历参数集合的第q个元素，即

步骤n4中E_R,k与相同是指E_R,k和中所有对应的广播星历数据差的绝对值均不大于相应的阈值，相应的阈值如表1所示

表1

o、构造集合以及向量Y；

o1、令为空集；

o2、令k＝1；

o3、令p＝1；

o4、读取集合中的第k个元素

o5、如果的行数小于3，令k＝k+1，当k≤r时，其中r为中元素的个数，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o6、否则，当的行数为偶数时，删除的最后一行；

o7、取中第1至4列的中位数以及第5列的最大值按顺序存入向量T，令其中表示矩阵的行数；

o8、如果为空集，令的第一个元素向量Y的第一个元素Y₁＝y，令k＝k+1，当k≤r时，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o9、当为非空集合时，令i＝1；

o10、读取中的第i个元素

o11、如果的第一、第二个元素分别与T的第一个、第二个元素均相等，执行步骤o12，否则令i＝i+1，当i≤p时，执行步骤o10，当i>p时，执行步骤o14；

o12、如果Y的第i个元素Y_i<y，令Y_i＝y，执行步骤o13；

o13、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o14、令p＝p+1，将T、y分别作为Y的第p个元素，即Y_p＝y，执行步骤o15；

o15、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

p、通过上述步骤得到用于卫星导航系统完好性监测评估的广播星历数据集合它的每个元素包括卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB。

本发明的优点是：提出了一种基于频次加权识别单站用户测距精度(URA)表达形式的方法，并利用多测站用户测距精度上界值(URA_UB)合成最终的用户测距精度上界值(URA_UB)，与IGS提供的brdc合成星历以及相关文献提供的合成结果相比，本方法合成的用户测距精度上界值(URA_UB)更为合理、准确，为提升卫星导航系统性能提供更科学的参考依据。

附图说明

图1是多测站广播星历确定用户测距精度上界值(URA_UB)的方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及附表，对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

多测站广播星历确定用户测距精度上界值(URA_UB)的方法，该方法包含下列步骤：

多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法，该方法是在有N个可以提供广播星历数据的GNSS测站的条件下，确定用户测距精度的上界值，具体步骤如下：

a、给每个测站一个序号，第m个测站是指序号为m的测站，m＝1,2,…,N；

a1、令m＝1；

b、如果m>N，执行步骤m，否则读取第m个测站的广播星历数据，存入集合中，其中M_i表示该测站第i组广播星历数据，i＝1,2,…,n，n表示第m个测站的广播星历组数；

c、将第m个测站广播星历中的用户测距精度存入向量S_m中，S_m＝[s₁,s₂,…,s_n]，其中s_i为第i组广播星历M_i中的用户测距精度,i＝1,2,…,n；

d、构造向量S'，向量S'的第一个元素为s′₁，s′₁＝s₁；

d1、令i＝2，l＝1；

d2、读取S中的第i个元素s_i，令j＝1；

d3、读取S'中的第j个元素s'_j；

d4、当s_i＝s'_j，令i＝i+1，如果i>n执行步骤e，否则执行步骤d2，当s_i≠s'_j，令j＝j+1，如果j>l，执行步骤d5，否则执行步骤d3；

d5、令l＝l+1，S'的第l个元素s′_l＝s_i；

e、统计S'的元素s′_i在S_m中出现的次数，记为f_i，其中i＝1,2,…,l，组成向量f＝[f₁,f₂,…,f_l]；

f、对f进行归一化处理，得到f'

$f^{\&prime;}=\&lsqb;f_1^{\&prime;},f_2^{\&prime;},...,f_l^{\&prime;}\&rsqb;=\frac{1}{n}\&lsqb;f_1,f_2,...,f_l\&rsqb;$

g、令L₁＝URA_IX＝[0,1,…,15]，称URA_IX为用户测距精度指数向量，

L₂＝URA_LB＝[0.00,2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_LB为用户测距精度下界向量，

L₃＝URA_NV＝[2.00,2.83,4.00,5.66,8.00,11.31,16.00,32.00,64.00,128.00,256.00,512.00,1024.00,2048.00,4096.00]，称URA_NV为用户测距精度名义向量，

L₄＝URA_UB＝[2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_UB为用户测距精度上界向量；

h、辨识第m个测站采用的用户测距精度表示形式，令k＝1；

h1、构造b＝[b₁,b₂,…,b_l]，其中

h2、令w_k＝f'b^T，其中b^T表示b的转置向量；

h3、令k＝k+1

h4、当k≤4时，返回步骤h1，否则执行步骤i；

i、令w_max＝max{w₁,w₂,w₃,w₄}

i1、如果w_max<0.9，将置为空集，令m＝m+1，执行步骤b；

i2、否则，令k＝4；

i3、如果w_max＝w_k，则用户测距精度采用的是L_k对应的用户测距精度表达形式，执行步骤j；

i4、如果w_max≠w_k，令k＝k-1，执行步骤i3；

j、将第m个测站的用户测距精度替换为上界值，令k0＝1；

j1、读取S_m中的第k0个元素s_k0；

j2、如果s_k0>6144.00，令执行步骤j5，否则，令k1＝1，执行步骤j3；

j3、如果s_k0＝L_k(k1)，令执行步骤j5，其中L_k(k1)表示向量L_k的第k1个元素，k的取值在执行步骤j前已确定，1≤k≤4，否则，令k1＝k1+1，执行步骤j4；

j4、如果k1≤15，执行步骤j3，否则，如果k≤2且k1≥16，或者k>2且k1>15，令执行步骤j5；

j5、将广播星历E_k0中的用户测距精度替换为

j6、将广播星历E_k0中6个调和改正项幅值C_uc、C_us、C_rc、C_rs、C_ic、C_is、平动点偏差Δn、参考历元的平近点角M₀、轨道偏心率e、按参考历元计算的升交点赤经Ω₀、升交点赤经变化率近地点角ω、轨道半长轴平方根以及参考历元的轨道倾角i₀，共14个参数作为稳健星历参数向量E_R,k0，而将卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB作为非稳健星历参数向量即

$E_{R,k0}=\&lsqb;C_{uc},C_{us},C_{rc},C_{rs},C_{ic},C_{is},\mathrm{\&Delta;}n,M_0,e,{\mathrm{\&Omega;}}_0,\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&Omega;}},\mathrm{\&omega;},\sqrt{A},i_0\&rsqb;$

$E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}=\&lsqb;PRN,t_{oe},t_{oc},health\_if,URA\_UB\&rsqb;$

卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB在中的顺序依次为1，2，3，4，5；

j7、将集合第k0个广播星历E_k0替换为 $E_{k0}=\left[\begin{array}{cc}{E}_{R,k0}& E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}\end{array}\right];$

j8、令k0＝k0+1，如果k0≤n，执行步骤j1，否则执行步骤k；

k、令m＝m+1，当m≤N，执行步骤b；

m、将N个测站所有广播星历m＝1,2,…,N，存入集合中，

其中，n_m表示第m个测站有n_m组广播星历数据，p为的元素总数；

n、将第一组广播星历数据E₁的稳健参数E_R,1存入中，非稳健参数存入中，

n1、令k＝2，q＝1；

n2、令i＝1；

n3、读取中的广播星历数据E_k；

n4、如果E_k的稳健星历数据部分E_R,k与中的第i组稳健星历数据相同，则

令k＝k+1，当k≤p时，执行步骤n2，当k>p时，执行步骤o；

n5、否则，令i＝i+1，如果i≤q，执行步骤n4，如果i>q执行步骤n6；

n6、令q＝q+1，将E_R,k、分别作为稳健、非稳健星历参数集合的第q个元素，即

步骤n4中E_R,k与相同是指E_R,k和中所有对应的广播星历数据差的绝对值均不大于相应的阈值，相应的阈值如表1所示

表1

o、构造集合以及向量Y；

o1、令为空集；

o2、令k＝1；

o3、令p＝1；

o4、读取集合中的第k个元素

o5、如果的行数小于3，令k＝k+1，当k≤r时，其中r为中元素的个数，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o6、否则，当的行数为偶数时，删除的最后一行；

o7、取中第1至4列的中位数以及第5列的最大值按顺序存入向量T，令其中表示矩阵的行数；

o8、如果为空集，令的第一个元素向量Y的第一个元素Y₁＝y，令k＝k+1，当k≤r时，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o9、当为非空集合时，令i＝1；

o10、读取中的第i个元素

o11、如果的第一、第二个元素分别与T的第一个、第二个元素均相等，执行步骤o12，否则令i＝i+1，当i≤p时，执行步骤o10，当i>p时，执行步骤o14；

o12、如果Y的第i个元素Y_i<y，令Y_i＝y，执行步骤o13；

o13、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o14、令p＝p+1，将T、y分别作为Y的第p个元素，即Y_p＝y，执行步骤o15；

o15、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

p、通过上述步骤得到用于卫星导航系统完好性监测评估的广播星历数据集合它的每个元素包括卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB。

实施例二

多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法的应用。

选取国际卫星导航系统服务组织(IGS)网站上提供的2004年至2010年多天的全球跟踪站的广播星历，采用实施例一的步骤得到当天合成星历的用户测距精度上界值(URA_UB)。所选择的实验数据年份、年积日，以及当天有广播星历数据的测站数见表3。

表3

以2004年、年积日202天，即本年第202天，测站“albh”为例，执行步骤b至步骤f，得到S'＝{2,2.8,4,64,128}，f'＝{0.5374,0.3878,0.0612,0.0068,0.0068}，执行至步骤i，得到{w₁,w₂,w₃,w₄}＝{0.5986,0,1,0}，w_max＝1，执行至步骤j时，得到k＝3，即该测站用户测距精度采用的是名义向量形式，完成步骤p后，将合成广播星历的用户测距精度上界值有{2.4,3.4,4.85,48,96,192}，而国际GNSS服务组织提供的同一天的广播星历数据中的用户测距精度值有{0,1,2,2.8,4,7,8,64,128}，显然采用本发明步骤合成的用户测距精度均是用户测距精度上界值向量中的元素，而国际GNSS服务组织提供的广播星历中的用户测距精度值并不全是任一L_k中的元素，k＝1,2,3,4，即国际GNSS服务组织提供的广播星历的用户测距精度不统一，因而不能用于全球卫星导航系统的完好性监测与评估。为进一步说明存在的问题，提取了国际GNSS服务组织提供的、表3对应时间的广播星历中的用户测距精度数据，并提取了相同时间、采用本发明步骤合成的用户测距精度上界值，见表4。

表4

经实际检验本方法合成的广播星历用户测距精度上界值(URA_UB)与(HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2012).GPSSignal-in-SpaceIntegrityPerformanceEvolutionintheLastDecade[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,48(4):2932-2946)中的合成结果大部分相同，篇幅所限在此省略，仅针对部分不同的计算结果进行分析，并验证本文确定的用户测距精度上界值(URA_UB)的正确性，详情见表5，关于该表有以下几点说明：

⑴异常时刻为卫星用户测距误差(URE)开始超限的时刻；

⑵持续时间表示卫星用户测距误差(URE)超限至卫星告警之间的时间长度；

⑶URA_UB_HL一列为(HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2012).GPSSignal-in-SpaceIntegrityPerformanceEvolutionintheLastDecade[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,48(4):2932-2946)中合成星历中的用户测距精度上界值(URA_UB)；

⑷多测站用户测距精度上界值(URA_UB)是指本专利申请方法在用户测距精度上界值(URA_UB)确定过程中获得的上界值，例如：3.40(29)+2.40(1)表示总共有29个测站的用户测距精度上界值(URA_UB)为3.40，仅有1个测站的用户测距精度上界值(URA_UB)为2.40，根据本专利申请方法确定的原则应选3.40作为用户测距精度上界值(URA_UB)的最终值；

⑸TOE表示与异常时刻对应的有效星历参考历元时刻。

从表5中可以看出：本专利申请的方法合成的用户测距精度上界值

(URA_UB)与(HengL.,GaoG.X.,WalterT.,etal.(2012).GPSSignal-in-SpaceIntegrityPerformanceEvolutionintheLastDecade[J].

IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,48(4):2932-2946)中的值有差异，但不难发现我们合成的用户测距精度上界值(URA_UB)是大多数测站共同观测到的，因而是较为可信的。

Claims (1)

1.多测站广播星历确定用户测距精度上界值的方法，其特征在于，该方法是在有N个可以提供广播星历数据的GNSS测站的条件下，确定用户测距精度的上界值，具体步骤如下：

a、给每个测站一个序号，第m个测站是指序号为m的测站，m＝1,2,…,N；

a1、令m＝1；

b、如果m>N，执行步骤m，否则读取第m个测站的广播星历数据，存入集合中，其中M_i表示该测站第i组广播星历数据，i＝1,2,…,n，n表示第m个测站的广播星历组数；

c、将第m个测站广播星历中的用户测距精度存入向量S_m中，S_m＝[s₁,s₂,…,s_n]，其中s_i为第i组广播星历M_i中的用户测距精度,i＝1,2,…,n；

d、构造向量S'，向量S'的第一个元素为s′₁，s′₁＝s₁；

d1、令i＝2，l＝1；

d2、读取S中的第i个元素s_i，令j＝1；

d3、读取S'中的第j个元素s'_j；

d4、当s_i＝s'_j，令i＝i+1，如果i>n执行步骤e，否则执行步骤d2，当s_i≠s'_j，令j＝j+1，如果j>l，执行步骤d5，否则执行步骤d3；

d5、令l＝l+1，S'的第l个元素s′_l＝s_i；

e、统计S'的元素s′_i在S_m中出现的次数，记为f_i，其中i＝1,2,…,l，组成向量f＝[f₁,f₂,…,f_l]；

f、对f进行归一化处理，得到f'

$f^{\&prime;}=\&lsqb;f_1^{\&prime;},f_2^{\&prime;},...,f_l^{\&prime;}\&rsqb;=\frac{1}{n}\&lsqb;f_1,f_2,...,f_l\&rsqb;$

g、令L₁＝URA_IX＝[0,1,…,15]，称URA_IX为用户测距精度指数向量，

L₂＝URA_LB＝[0.00,2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_LB为用户测距精度下界向量，

L₃＝URA_NV＝[2.00,2.83,4.00,5.66,8.00,11.31,16.00,32.00,64.00,128.00,256.00,512.00,1024.00,2048.00,4096.00]，称URA_NV为用户测距精度名义向量，

L₄＝URA_UB＝[2.40,3.40,4.85,6.85,9.65,13.65,24.00,48.00,96.00,192.00,384.00,768.00,1536.00,3072.00,6144.00]，称URA_UB为用户测距精度上界向量；

h、辨识第m个测站采用的用户测距精度表示形式，令k＝1；

h1、构造b＝[b₁,b₂,…,b_l]，其中

h2、令w_k＝f'b^T，其中b^T表示b的转置向量；

h3、令k＝k+1

h4、当k≤4时，返回步骤h1，否则执行步骤i；

i、令w_max＝max{w₁,w₂,w₃,w₄}

i1、如果w_max<0.9，将置为空集，令m＝m+1，执行步骤b；

i2、否则，令k＝4；

i3、如果w_max＝w_k，则用户测距精度采用的是L_k对应的用户测距精度表达形式，执行步骤j；

i4、如果w_max≠w_k，令k＝k-1，执行步骤i3；

j、将第m个测站的用户测距精度替换为上界值，令k0＝1；

j1、读取S_m中的第k0个元素s_k0；

j2、如果s_k0>6144.00，令执行步骤j5，否则，令k1＝1，执行步骤j3；

j3、如果s_k0＝L_k(k1)，令执行步骤j5，其中L_k(k1)表示向量L_k的第k1个元素，k的取值在执行步骤j前已确定，1≤k≤4，否则，令k1＝k1+1，执行步骤j4；

j4、如果k1≤15，执行步骤j3，否则，如果k≤2且k1≥16，或者k>2且k1>15，令执行步骤j5；

j5、将广播星历E_k0中的用户测距精度替换为

j6、将广播星历E_k0中6个调和改正项幅值C_uc、C_us、C_rc、C_rs、C_ic、C_is、平动点偏差Δn、参考历元的平近点角M₀、轨道偏心率e、按参考历元计算的升交点赤经Ω₀、升交点赤经变化率近地点角ω、轨道半长轴平方根以及参考历元的轨道倾角i₀，共14个参数作为稳健星历参数向量E_R,k0，而将卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB作为非稳健星历参数向量即

$E_{R,k0}=\&lsqb;C_{uc},C_{us},C_{rc},C_{rs},C_{ic},C_{is},\mathrm{\&Delta;}n,M_0,e,{\mathrm{\&Omega;}}_0,\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&Omega;}},\mathrm{\&omega;},\sqrt{A},i_0\&rsqb;$

$E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}=\&lsqb;PRN,t_{oe},t_{oc},health\_if,URA\_UB\&rsqb;$

卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB在中的顺序依次为1，2，3，4，5；

j7、将集合第k0个广播星历E_k0替换为 $E_{k0}=\left[\begin{array}{cc}{E}_{R,k0}& E_{\stackrel{\&OverBar;}{R},k0}\end{array}\right];$

j8、令k0＝k0+1，如果k0≤n，执行步骤j1，否则执行步骤k；

k、令m＝m+1，当m≤N，执行步骤b；

m、将N个测站所有广播星历m＝1,2,…,N，存入集合中，

其中，n_m表示第m个测站有n_m组广播星历数据，p为的元素总数；

n、将第一组广播星历数据E₁的稳健参数E_R,1存入中，非稳健参数存入中，

n1、令k＝2，q＝1；

n2、令i＝1；

n3、读取中的广播星历数据E_k；

n4、如果E_k的稳健星历数据部分E_R,k与中的第i组稳健星历数据相同，则

令k＝k+1，当k≤p时，执行步骤n2，当k>p时，执行步骤o；

n5、否则，令i＝i+1，如果i≤q，执行步骤n4，如果i>q执行步骤n6；

n6、令q＝q+1，将E_R,k、分别作为稳健、非稳健星历参数集合的第q个元素，即

步骤n4中E_R,k与相同是指E_R,k和中所有对应的广播星历数据差的绝对值均不大于相应的阈值，相应的阈值如表1所示

表1

o、构造集合以及向量Y；

o1、令为空集；

o2、令k＝1；

o3、令p＝1；

o4、读取集合中的第k个元素

o5、如果的行数小于3，令k＝k+1，当k≤r时，其中r为中元素的个数，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o6、否则，当的行数为偶数时，删除的最后一行；

o7、取中第1至4列的中位数以及第5列的最大值按顺序存入向量T，令其中表示矩阵的行数；

o8、如果为空集，令的第一个元素向量Y的第一个元素Y₁＝y，令k＝k+1，当k≤r时，执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o9、当为非空集合时，令i＝1；

o10、读取中的第i个元素

o11、如果的第一、第二个元素分别与T的第一个、第二个元素均相等，执行步骤o12，否则令i＝i+1，当i≤p时，执行步骤o10，当i>p时，执行步骤o14；

o12、如果Y的第i个元素Y_i<y，令Y_i＝y，执行步骤o13；

o13、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

o14、令p＝p+1，将T、y分别作为Y的第p个元素，即Y_p＝y，执行步骤o15；

o15、令k＝k+1，当k≤r时执行步骤o4，当k>r时，执行步骤p；

p、通过上述步骤得到用于卫星导航系统完好性监测评估的广播星历数据集合它的每个元素包括卫星编号PRN、星历参考历元t_oe、卫星钟差参考历元t_oc、卫星健康状况标记health_if、用户测距精度上界值URA_UB。