CN105676233A - 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统 - Google Patents

空地协同的ras电离层异常监测方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105676233A
CN105676233A CN201610008979.6A CN201610008979A CN105676233A CN 105676233 A CN105676233 A CN 105676233A CN 201610008979 A CN201610008979 A CN 201610008979A CN 105676233 A CN105676233 A CN 105676233A
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
ionosphere
usable
monitoring station
error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610008979.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105676233B (zh
Inventor
王志鹏
朱衍波
王书敬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201610008979.6A priority Critical patent/CN105676233B/zh
Publication of CN105676233A publication Critical patent/CN105676233A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105676233B publication Critical patent/CN105676233B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment

Abstract

本发明提供一种空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统，其中，该方法，包括：根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，根据可见卫星对应的第一电离层延迟误差将不可用的卫星剔除，且在地面监测站的第一可用卫星个数满足要求时，对第一可用卫星进行机载监测，并在机载监测得到的第一可用卫星的定位误差满足要求时，对第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法，进而得到第一可用卫星对应的伪距校正误差，进而在该伪距校正误差也满足阈值条件时，估算出RAS的保护级，从而得出RAS的电离层异常情况。本发明的技术方案，提高了电离层异常监测结果的准确度和精确。

Description

空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统。
背景技术
电离层是地球大气的一个电离区域，其是受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层，电离层中存在着相当多的自由电子和离子，其能改变无线电波的传播速度，使无线电波发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。若电离层发生异常，其将会改变无线电波的传播速度甚至造成无线中断，影响到卫星导航增强系统的完好性性能。因此，监测电离层是否发生异常是计算卫星导航增强系统的完好性性能的重要前提条件。
现阶段，电离层异常监测方法主要有接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，简称RAIM)方法、平面拟合方法和双频监测方法。其中，RAIM方法是为卫星导航系统的机载用户提供完好性保障的最基本方式，其核心思想是通过接收机接收到的多颗卫星信息来实现故障的检测和识别，其对卫星故障反应迅速、完全自动、不需要借助外界的其他信息，但该方法在接收机视界内有5颗以上且几何分布较好的卫星时才能正常工作，在某些时间和地点无法使用。平面拟合方法是根据误差来源对全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS)的观测误差进行模型化处理，然后将计算出的每一个误差源的误差校正参数通过静地轨道(GeostationaryEarthOrbit，简称GEO)卫星数据链广播给用户，对用户的观测误差进行校正，但是该方法比较保守，在没有电离层异常发生时，它会在一定程度上影响系统的可用性。双频监测方法是根据L1频段(约1575MHz)和L2频段(约1227MHz)的覆盖范围得到导航卫星的伪距值，进而消除电离层异常的误差，但是由于L2频段没有放到受保护的航空无线电导航业务(AeronauticalRadioNavigationService，简称ARNS)频段，且其附近的大功率雷达对卫星的干扰过大，实用性受到限制。
综上可知，现有电离层异常监测方法的实用性均存在一定的限制，导致电离层监测的准确度比较低。
发明内容
本发明提供一种空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统，以解决现有电离层检测的准确度较低，实用性低的问题。
本发明提供的一种空地协同的RAS电离层异常监测方法，包括：
根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，若所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值，则将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星；
若至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数，则对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差，所述N为地面监测站总数，N为不小于3的整数；
若任一所述第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个所述第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值，则对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法DSIGMA，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差；
若所述伪距校正误差不大于第四预设阈值，则利用所述第一可用卫星的完好性监测结果估算区域增强系统RAS的保护级，得出所述RAS的电离层异常情况。
本发明还提供一种空地协同的RAS电离层异常监测系统，包括：
地面监测站模块，用于根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
可用卫星确定模块，用于分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，在所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值时，将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星；
机载监测模块，用于在至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数时，对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差，所述N为地面监测站总数，N为不小于3的整数；
D值监测模块，用于在任一所述第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个所述第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值时，对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法DSIGMA，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差；
保护级计算模块，用于在所述伪距校正误差不大于第四预设阈值时，利用所述第一可用卫星的完好性监测结果估算区域增强系统RAS的保护级，得出所述RAS的电离层异常情况。
本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统，首先根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，根据得到的可见卫星对应的第一电离层延迟误差将不可用的卫星剔除，得到每个地面监测站的第一可用卫星，其次，在第一可用卫星个数满足要求时，对每个第一可用卫星进行机载监测，并在机载监测得到的第一可用卫星的定位误差满足要求时，对第一可用卫星进行双平滑电离层梯度监测算法，进而得到第一可用卫星对应的伪距校正误差，最后在该伪距校正误差也满足阈值条件时，利用该第一可用卫星的完好性监测结果估算RAS的保护级，从而得出RAS的电离层异常情况。本发明的技术方案，通过对可见卫星进行层层筛选，将不可用的卫星剔除掉，只采用完好性性能好的卫星来估算保护级，提高了电离层异常监测结果的准确度和精确。
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为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例一的流程示意图；
图2为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例二的流程示意图；
图3为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例三的流程示意图；
图4为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例四的流程示意图；
图5为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例五的流程示意图；
图6为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法中RAS的示意图；
图7为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例一的结构示意图；
图8为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例二的结构示意图；
图9为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例三的结构示意图；
图10为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例四的结构示意图。
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。
电离层异常是影响卫星导航增强系统完好性性能的主要因素，因此，若要精确计算卫星导航增强系统的完好性性能，首先需要对电离层是否发生异常进行监测。与现有的卫星导航增强系统相对应，目前的电离层异常监测方法主要有空基增强系统(AircraftBasedAugmentationSystem，简称ABAS)电离层异常监测方法、星基增强系统(Satellite-BasedAugmentationSystem，简称SBAS)电离层异常监测方法和地基增强系统(GroundBasedAugmentationSystem，简称GBAS)电离层异常监测方法。
其中，ABAS电离层异常监测方法的典型代表为接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，简称RAIM)技术。RAIM技术是为卫星导航系统的机载用户提供完好性保障的最基本方式，其核心思想是通过接收机收到的多颗卫星信息来实现故障的检测和识别，其对卫星故障反应迅速、完全自动、不需要借助外界的其他信息便可得到监测结果，但其对卫星的数量和分布形式要求较为苛刻，必须在接收机视界内有5颗以上且几何分布较好的卫星时才能正常工作，而在某些时间和地点无法使用。
SBAS中使用的传统平面拟合方法其基本思想是：首先根据误差源将全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS)观测误差进行模型化处理，然后将计算得到的每一个误差源对应的误差校正参数通过静地轨道(GeostationaryEarthOrbit，简称GEO)卫星的数据链广播给用户，对用户的观测误差进行校正。在此基础上，为了解决广域增强系统(WideAreaAugmentationSystem，简称WAAS)中的电离层异常监测问题，某所大学的GPS实验室提出了加权平面拟合法，其与SBAS中使用的传统平面拟合方法相比，该加权平面拟合法可以较好地对电离层异常带来的误差进行包络。但是，该方法的估计比较保守，在没有发生电离层异常时，会在一定程度上损失SBAS的可用性。
此外，某公司的研究人员还提出了两种电离层异常的监测方法，分别称为“Calculate-then-monitor”结构和“Monitor-then-Calculate”结构，该方法也是基于平面拟合的思想对电离层异常进行监测，但是没有考虑拟合过程中产生的处理噪声和系统测量噪声对监测结果带来的影响。
进一步的，某所大学的研究人员还基于地质学中的普通Kriging算法提出了一种估计电离层异常的方法，该方法利用了所有WAAS参考站的电离层穿透点(IonosphericPiercePoint，简称IPP)信息，但由于带宽的限制用户很难收到所有的IPP信息，致使该方法的实用性受到了一定的制约。同时，一些研究人员还提出了利用变球壳高度模型和多层模型的思想来估计WAAS的电离层异常方法，但并不成熟。
GBAS电离层异常监测方法有双频监测方法。双频监测方法是根据GPS的两个频段，也即，L1频段(约1575MHz)和L2频段(约1227MHz)的覆盖范围得到导航卫星的伪距值，进而消除电离层异常的误差，其在理论上可以消除电离层异常带来的误差，但是由于GPS的第二个频段L2频段没有放到受保护的航空无线电导航业务(AeronauticalRadioNavigationService，简称ARNS)频段，且其附近的大功率雷达在工作，该雷达对卫星的干扰过大。随着导航技术的发展，GPS新增加的一个L5频率，但是现阶段能播发L5频段的卫星数很少，等到现役卫星退役后才能进行推广，且随着卫星寿命的增大，现役卫星退役时间推后，若L5频率进入大范围使用的阶段还需10年之久，因此该方法的实用性受到了限制。
综上所述，现有的电离层异常监测方法的实用性均存在一定的限制，电离层检测的准确度较低。
针对现有电离层异常监测方法存在的不足，本发明提出了一种空地协同的RAS电离层异常监测方法及系统，利用卫星导航区域增强系统(RegionalAugmentationSystem，简称RAS)的特点，通过对该系统中布置的多个地面监测站进行检测，根据可见卫星的第一电离层延迟误差排除不可用卫星，并对满足地面监测条件的定位卫星进行机载监测，进一步将不满足定位误差条件和伪距校正误差条件的卫星排除，最后利用第一可用卫星的完好性监测结果计算区域增强系统的保护级，得到RAS的电离层异常情况，该方案不仅提高了整个区域的电离层监测性能和电离层检测结果的准确度，而且实用性高。
图1为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例一的流程示意图。如图1所示，本发明实施例一提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法，包括：
步骤101：根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个地面监测站中每个可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
具体的，在RAS系统的一定范围内，布置多个地面监测站，每个地面监测站均接收可见卫星发送的电文信号，进而根据RAS系统的定位要求从可见卫星中选择定位卫星。将离地面高约350km的电离层虚拟化成了一个薄壳模型，在该薄壳模型形成的表面上，分别每隔5度画一条经线和一条纬线，多条经线和多条纬线可交叉形成电离层格网，该电离层格网的交点称为电离层格网点。
对于每个地面监测站，根据可见卫星发送的电文，可求出每个可见卫星对应的电离层延迟误差。
步骤102：分别将每个地面监测站中每个可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，若第一电离层延迟误差大于第一预设阈值，则将第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个地面监测站的第一可用卫星；
具体的，利用电离层格网点的电离层延迟值，通过Junkins加权法或距离倒数法可求出监测站中每个可见卫星对应的第一电离层延迟误差，若第一电离层延迟误差大于第一预设阈值，那么表示该电离层延迟较大，其对应卫星的伪距也相应太大，若利用该卫星进行电离层监测，那么会使得电离层监测结果不准确，所以，得出第一电离层延迟误差对应的卫星不可用的结论，并将其从可见卫星中剔除，相应的，可见卫星的个数减1，在该地面监测站中，剩余的可见卫星称为第一可用卫星。
值得说明的是，本步骤中的第一预设阈值可以为12，也即，第一电离层延迟误差大于12时，确定对应的卫星不可用。
步骤103：若至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数不小于预设个数，则对每个第一可用卫星进行机载监测，得到每个第一可用卫星的定位误差；
其中，N为地面监测站总数，N为不小于3的整数。
综合上述多个地面监测站的监测信息，此时，若两个以上地面监测站的第一可用卫星个数小于预设个数，本实施例中的预设个数为4，则认为上述RAS完好性监测结果不可用，则不向机载用户播发上述监测信息。由于在利用GPS来定位记载用户时，需要求出机载用户的位置和接收机时钟差，而机载用户的位置需要用x、y、z三个方向上的坐标来表示，因此，一共是四个未知数，因此，最少需要四个第一可用卫星才能对其进行定位。
然而，当至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数不小于预设个数(4个)时，对所有的第一可用卫星进行机载监测，根据机载监测的结果，可得到每个第一可用卫星的定位误差。
步骤104：若任一第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值，则对第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法(DSIGMA)，得到第一可用卫星对应的伪距校正误差；
D值监测方法指的是：为进行电离层异常监测，RTCADO-253C规定GASTD中使用两个不同滤波时间常数的Hatch滤波器进行滤波，因此，D值监测方法也称为双平滑电离层梯度监测算法(Dual-SmoothingIonosphericGradientMonitoringAlgorithm，简称DSIGMA)。实际应用中，可通过分别使用30s和100s两个滤波时间常数的Hatch滤波器进行滤波，来求每个第一可用卫星的定位解，进而根据所得的定位解来监测GBAS的局部电离层梯度，从而求出第一可用卫星对应的伪距校正误差。
步骤105：若伪距校正误差不大于第四预设阈值，则利用第一可用卫星的完好性监测结果估算RAS的保护级，得出该RAS的电离层异常情况。
若第一可用卫星的伪距校正误差大于第四预设阈值，此处的第四预设阈值选择为2米，则表明该第一可用卫星产生的误差较大，对应的电离层延迟误差对RAS的影响较大，其对RAS的干扰太大，所以，通知机载用户接收机的完好性性能不可用。然而，若第一可用卫星的伪距校正误差不大于第四预设阈值，则可利用第一可用卫星的完好性监测结果来估算RAS的保护级，从而得出RAS的电离层异常情况。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法，首先根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，根据得到的可见卫星对应的第一电离层延迟误差将不可用的卫星剔除，得到每个地面监测站的第一可用卫星，其次，在第一可用卫星个数满足要求时，对每个第一可用卫星进行机载监测，并在机载监测得到的第一可用卫星的定位误差满足要求时，对第一可用卫星进行双平滑电离层梯度监测算法，进而得到第一可用卫星对应的伪距校正误差，最后在该伪距校正误差也满足阈值条件时，利用该第一可用卫星的完好性监测结果估算RAS的保护级，从而得出RAS的电离层异常情况。本发明的技术方案，通过对可见卫星进行层层筛选，将不可用的卫星剔除掉，只采用完好性性能好的卫星来估算保护级，提高了电离层异常监测结果的准确度和精确。
图2为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例二的流程示意图。本发明实施例二是在上述实施例一的基础上对空地协同的RAS电离层异常监测方法的进一步说明。由于上述可见卫星包括：可见导航卫星和GEO卫星，相应的，如图2所示，上述步骤101，也即，根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个地面监测站中每个可见卫星对应的第一电离层延迟误差，具体包括：
步骤201：接收多个可见导航卫星发送的导航电文，根据定位需求选择卫星遮蔽角，从上述多个可见导航卫星中选择定位卫星；
地面监测站接收多个导航卫星发送的导航电文，并可根据飞机所处的地形条件以及机载用户接收机对精度、完好性的要求选择定位卫星，具体的，首先根据上述定位需求选择一个合适的卫星遮蔽角，进而从上述多个可见卫星中选择定位卫星。
其中，飞机所处的地形条件可以是飞机所处的高度、飞机所处的地形区域或者飞机附近遮挡物等，本发明并不对此进行限定。卫星遮蔽角与导航电文信号受噪声干扰程度相关，如果导航电文信号受噪声干扰大，相应的，定位精度将变差。所以，根据定位需求选择一个合适的卫星遮蔽角，根据卫星遮蔽角从可见导航卫星中选择定位卫星，可以有效降低导航电文信号受噪声干扰的程度，进而提高定位精度。
步骤202：接收GEO卫星发送的导航电文，获得电离层格网点(IGP)的电离层延迟值；
具体的，在地面监测站接收多个导航卫星发送的导航电文，并根据定位需求选择定位卫星的同时，地面监测站还接收静地轨道(GeostationaryEarthOrbit，简称GEO)卫星的导航电文，由于GEO卫星发送的导航电文中包含有格网电离层垂直误差(GridIonosphericVerticalError，简称GIVE)，因此，根据接收到的GEO卫星发送的导航电文，可直接获得电离层格网点(IonosphericGridPoint，简称IGP)的电离层延迟值电离层格网点是每个电离层格网的顶点。
步骤203：根据定位卫星和机载用户的连线与电离层格网点所在平面的交点，求出电离层穿透点(IPP)的经纬度；
将定位卫星和机载用户接收机进行连线，那么该连线必穿过电离层形成的电离层格网，并且定位卫星到机载用户的连线与电离层格网点所在平面的交点为电离层穿透点(IonosphericPiercePoint，简称IPP)，因此，计算交叉点在电离层参考面上的经纬度即是求IPP的经纬度。
实际上，IPP的位置定义为在WGS-84椭球上方350km的椭球与接收机到卫星之间连线的交叉点。
步骤204：利用电离层穿透点(IPP)的经纬度和电离层格网点(IGP)的电离层延迟值，求出地面监测站的第一电离层延迟误差。
具体的，地面监测站接收到电离层格网点(IGP)的电离层延迟值之后，利用电离层穿透点(IPP)所在网格的4个网格顶点的电离层延迟值采用内插法的方法，具体利用公式(1)可求出地面监测站的第一电离层延迟误差GIVEU。
其中，Wj为加权因子，可用于Junkins加权法或距离倒数法；K为用于内插点的个数，一般为4，但当4个格网顶点中的某一个不可用时，如剩余的三个点包围了电离层穿透点，则用这三个点计算，否则，认为地面监测站的第一电离层延迟误差不可用。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法，根据多个可见卫星发送的导航电文选择出定位卫星，并根据电离层穿透点的经纬度和电离层格网点的电离层延迟值，求出地面监测站的第一电离层延迟误差，不仅提高了卫星定位的精度，还提高了地面监测站对应的第一电离层延迟误差的计算精度。
图3为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例三的流程示意图。本发明实施例三是在上述实施例二的基础上对空地协同的RAS电离层异常监测方法的进一步说明。如图3所示，上述步骤102，也即，分别将每个地面监测站中每个可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，若第一电离层延迟误差大于第一预设阈值，则将第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个地面监测站的第一可用卫星，具体包括：
步骤301：若第一电离层延迟误差大于第一预设阈值，则将第一电离层延迟误差对应的可见卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个地面监测站的第一定位卫星；
可选的，在执行步骤301之前，还可首先对第一电离层延迟误差GIVEU按照RTCADO-229D的标记规则进行标记，得到标记延迟误差GIVEI，标记延迟误差GIVEI与第一电离层延迟误差GIVEU是相对应的，若第一电离层延迟误差GIVEU越大，则标记延迟误差GIVEI越大。具体的，若第一电离层延迟误差大于第一预设阈值，也即，若GIVEI的值大于12，则表明第一电离层延迟误差GIVEU较大，利用其对应可见卫星测得的电离层异常监测结果，因此，将第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，可见卫星的个数减1，剩余的可见卫星则是每个地面监测站的第一定位卫星。
步骤302：若第一定位卫星的个数不小于预设个数，则根据地面监测站与其他地面监测站的间距，计算每个第一定位卫星对应的最小可监测误差MED；
具体的，判断第一定位卫星的个数是否小于预设个数，此处的预设个数为4，也即，若第一定位卫星的个数不小于4，则利用地面监测站与其他地面监测站的间距，计算每个第一定位卫星对应的最小可监测误差MED。具体的，最小可监测误差MED通过公式(2)求出。
其中，Kffd为第一定位卫星的无故障因数，取值可为6.1；
Kmd为第一定位卫星的漏检因数，取值为3.8；
σLBM为离散格子玻尔兹曼方法(LatticeBoltzmannMethod，简称LBM)的标准偏差，建议值为5mm～22mm；
σvig为第一定位卫星的垂直电离层梯度标准偏差，建议值为5mm/km；
Z为地面监测站与地面监测站之间的距离，在本发明实施例中两个地面监测站之间的距离在20km到37km之间；
FPP为倾斜因子，其可通过公式(3)求出：
其中，Re为地球的半径，取值为6378.1363km；hI为电离层距地面的高度，取值为350km；θ为第一定位卫星的仰角，其可以通过步骤203求得。
因此，将上述参数带入上述公式(2)和(3)，可求出地面监测站的间距Z对应的MED值。
步骤303：若第一定位卫星对应的最小可监测误差MED大于MED阈值，则将该第一定位卫星去除不用，获得地面监测站的第一可用卫星；
其中，对于地面监测站的间距Z，MED阈值为1.2+0.06×(Z-20)，倘若第一定位卫星对应的MED大于MED阈值，则认为仰角为θ的定位卫星不可用，将其去除不用，定位卫星的个数减1。
对于多个地面监测站与本地面监测站之间进行站站距基线监测时，选择与飞机前进方向的两个地面监测站进行监测。
步骤304：若第一定位卫星的个数小于预设个数，则将该第一定位卫星作为地面监测站的第一可用卫星。
倘若第一定位卫星的个数小于4，则直接综合所有地面监测站的监测信息，则直接将第一定位卫星作为地面监测站的第一可用卫星，进而来判断地面监测站得到的监测信息是否可用。
本发明实施例三提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法，通过在RAS的区域内布置多个位置精确已知地面监测站，利用相邻、部分或全部地面监测站的信息以及SBAS播发的校正信息，提高了整个RAS区域的导航性能，可以满足精密进近和着陆的需求。
图4为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例四的流程示意图。本发明实施例四是在上述实施例三的基础上对空地协同的RAS电离层异常监测方法的进一步说明。如图4所示，上述步骤103，也即，若至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数不小于预设个数，则对每个第一可用卫星进行机载监测，得到每个第一可用卫星的定位误差，具体包括：
步骤401：若至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数不小于预设个数，则根据第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值，对第一可用卫星进行码载分歧(CCD)监测，得到该第一可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值；
其中，N为地面监测站总数，N为不小于3的整数。
判断所有地面监测站的第一定位卫星的个数与预设个数(可选为4个)的关系，若两个以上地面监测站的第一定位卫星的个数小于预设个数(4个)，则无法实现GPS定位，所以，该RAS的完好性监测结果不可用，不给机载用户接收机播发监测站的监测信息。
当至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数不小于预设个数，也即，至少N-2个地面监测站的第一可用卫星个数大于等于4个时，则根据第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值，对第一可用卫星进行码载分歧(CCD)监测，得到该第一可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值。
具体的，码载分歧监测(Code-Carrier-Divergence，简称CCD)的监测流程如下，通过公式(4)和公式(5)可求出第j颗可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值Dj：
Dj＝(1-k)Dj-1+kZj(4)
Zj＝(1-k)Zj-1+kdzj(5)
其中，k为加权因子，是采样间隔和滤波时间常数的比值；
Dj为第j颗可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值；Zj是滤波中间变量。而dzj可通过公式(6)求出：
dzj＝[ρj-(λ/2π)φj]-[ρj-1-(λ/2π)φj-1](6)
其中，ρj是第一可用卫星的码伪距测量(m)，φj是第一可用卫星的载波相位测量值(rad)，λ是波长(m)。
步骤402：若第一电离层梯度值不大于梯度门限值，且在当前时刻以前的第一预设时间段内得到的电离层梯度值均不大于该梯度门限值，则根据接收机与第一可用卫星的仰角和方位角，对第一可用卫星进行卫星几何监测，获得每个第一可用卫星的定位误差。
具体的，设定的电离层梯度门限值TCCD由公式(7)求得：
其中，KFDI为常数因子，FPP为电离层倾斜因子，σLTI为电离层垂直时间梯度，vair为飞机水平方面的运动速度，σLIS为电离层垂直空间梯度，σsm-diff为滤波前后多径和接收机热噪声误差的差分值。
将上述滤波得到的第j颗可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值Dj与梯度门限值进行比较，若Dj大于梯度门限值TCCD，则认为电离层梯度异常，CCD监测不通过。值得说明的是，本实施中的电离层梯度主要指的是电离层空间梯度异常。
倘若CCD监测通过，则直接根据接收机与第一可用卫星的仰角和方位角，对第一可用卫星进行卫星几何监测。
倘若该次CCD监测不通过，那么监测当前时刻以前的第一预设时间段内(具体可选为20分钟)得到的电离层梯度值是否大于梯度门限值，如果在第一预设时间段内，该第一可用卫星的CCD监测均通过，则直接对第一可用卫星进行卫星几何监测，如果在第一预设时间段内，该第一可用卫星的CCD监测有不通过的记录，则启动接收机自主性完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，简称RAIM)，若RAIM监测通过则利用该第一可用卫星进行卫星几何监测，否则将在很短的时间内(可选为2秒钟)将其从第一可用卫星中排除，相应的第一可用卫星数减1。
本发明实施例经过CCD监测之后，判断第一可用卫星的个数是否小于预设个数(4个)，若是，则无法实现GPS定位，此时该RAS的完好性监测结果不可用。若第一可用卫星的个数不小于预设个数，则对第一可用卫星进行卫星几何监测。
利用表示接收机和第一可用卫星的仰角和方位角的S矩阵和G矩阵来求第一可用卫星的定位误差，具体的，S为加权的最小二乘法投影矩阵，G为有状态空间到测量空间的转移矩阵。W为最小二乘法的加权矩阵，通过公式(8)求出S矩阵。具体如下：
其中，W矩阵的逆矩阵为：
G矩阵的第i行用公式(9)来表示：
G＝[-cosθicosAzi-cosθisinAzi-sinθi1](9)
在公式(9)中，θi是接收机到第i颗第一可用卫星的仰角；Azi是接收机到第i颗第一可用卫星的方位角，σi是与第i颗第一可用卫星有关的无故障误差，具体的计算公式如公式(10)：
其中，σpr_gnd,i为第i颗第一可用卫星计算的地面监测站设备广播的伪距修正误差的标准差；
σtropo,i为第i颗第一可用卫星计算的对流层延迟残余误差的标准差；
σair,i为第i颗第一可用卫星计算的机载用户差分残余误差的标准差；
σiono,i为电离层延迟残余误差的标准差，在伪卫星的测量误差中不含有该项。
利用公式(8)、公式(9)和公式(10)可求出伪距域到定位域投影矩阵垂直方向的分量，也即，第i颗第一可用卫星的定位误差Svert,i，具体如公式(11)所示：
Svert,i＝sz,i+sx,i×tanθGPA(11)
其中，sx,i为由第i颗第一可用卫星的伪距误差导出的x方向定位误差分量；
sz,i为由第i颗第一可用卫星的伪距误差导出的z方向定位误差分量；
θGPA：最终进近航路的下滑角。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法，在地面监测站监测结果符合完好性性能的前提下，利用第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值对第一可用卫星进行CCD监测，利用接收机和第一可用卫星的仰角和方位角，对第一可用卫星进行卫星几何监测，获得了每个第一可用卫星的定位误差，提高了定位精度。
图5为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例五的流程示意图。本发明实施例五是在上述实施例的基础上对空地协同的RAS电离层异常监测方法的进一步说明。如图5所示，对第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法(DSIGMA)，得到第一可用卫星对应的伪距校正误差，具体包括：
步骤501：根据电离层倾斜因子、垂直电离层梯度、飞机的运行速度，分别求出第一滤波时间常数对应的第一伪距测量值和第二滤波时间常数对应的第二伪距测量值；
具体的，判断任一第一可用卫星的定位误差是否大于第二预设阈值或者任意两个第一可用卫星的定位误差之和是否大于第三预设阈值，其中，第二预设阈值为4，第三预设阈值为6，若任一第一可用卫星的定位误差大于4或者任意两个第一可用卫星的定位误差之和大于6，则判断第一可用卫星的个数是否等于4，若是，则通知机载用户RAS的完好性监测结果不可用，若否，排除定位误差最大的第一可用卫星，再一次进行卫星几何监测。若任一第一可用卫星的定位误差不大于4且任意两个第一可用卫星的定位误差之和不大于6时，则根据电离层倾斜因子、垂直电离层梯度、飞机的运行速度，分别求出第一滤波时间常数对应的第一伪距测量值和第二滤波时间常数对应的第二伪距测量值。
为进行电离层异常监测，RTCADO-253C规定GASTD监测中使用第一滤波时间常数为30s和第二滤波时间常数为100s的两个滤波时间常数的Hatch滤波器进行滤波，因此，该D监测方法也称为双平滑电离层梯度监测算法(Dual-SmoothingIonosphericGradientMonitoringAlgorithm，简称DSIGMA)，即通过对比100s和30s平滑所得的定位解来监测GBAS的局部电离层梯度。
D值为基于30s平滑的定位解和基于100s平滑的滤波定位解之差，其垂向分量为Dv，一般地，在精密进行运行中，垂向的性能要比侧向的苛刻。因此一般主要讨论Dv，且DV＝|Vdiff|。
其中，Vdiff为基于30s平滑滤波的定位解和基于100s平滑滤波的定位解之差的垂向分量，而
其中，对于第i颗卫星，DR,i为基于30s平滑滤波的第一伪距测量值与基于100s平滑滤波的第二伪距测量值之差。在该模型中，DR,i主要反映由于电离层延迟引起的伪距校正误差。
步骤502：根据第一伪距测量值和第二伪距测量值，求出第一可用卫星对应的伪距校正误差。
具体的，第一可用卫星对应的伪距校正误差DR,i通过公式(12)求得，其为第一伪距测量值Eiono(30)和第二伪距测量值Eiono(100)之差，其中，Eiono(τ)通过公式(13)求出。
DR,i＝Eiono(30)-Eiono(100)(12)
Eiono(τ)＝FPP×Gvert_iono_gradient×(Xdist_to_gf+2×τ×Vair)(13)
其中，FPP为电离层倾斜因子，Gvert_iono_gradient为垂直电离层梯度，Xdist_to_gf为飞机与地面监测站之间的直线距离，τ为滤波时间常数，Vair为飞机的水平运行速度，因此，第一可用卫星对应的伪距校正误差DR,i还可用公式(14)求出。
DR,i＝-FPP×Gvert_iono_gradient×140×Vair(14)
对于第一可用卫星对应的伪距校正误差DR,i，判断第一可用卫星对应的伪距校正误差的垂直分量Dv是否大于第四预设阈值，第四预设阈值取值为2米，若Dv大于2，则表示第一可用卫星对应的机载用户接收机的完好性性能不可用，需要将其去除。但是若Dv不大于2，则利用第一可用卫星的完好性监测结果估算RAS的保护级。
飞机在着陆过程中的垂直保护级为H0假设条件下对应垂直保护级VPLApr_H0和H1假设条件下对应垂直保护级VPLApr_H1的最大值，而H0假设条件(地面监测系统无接收机故障)的垂直保护级为VPLApr_H0，H1假设条件(地面监测系统单接收机故障)下的垂直保护级为VPLApr_H1。
H0假设条件下对应垂直保护级VPLApr_H0通过公式(15)求得，H1假设条件下对应垂直保护级为VPLApr_H1通过公式(16)求得。
其中，Kffmd为无接收机故障时的漏检概率系数，N是用于定位的第一可用卫星的个数，svert,i是第i颗第一可用卫星从伪距域到定位域投影矩阵垂直方向的分量。
VPLApr_H1＝max(VPLApr_H1,j)(16)
其中，VPLApr_H1,j利用公式(17)表示：
且：
其中，j是RAS地面系统的第j个接收机从1到Mi的最大值，Mi是用第i颗第一可用卫星计算伪距修正的参考接收机的数量，Kmd为第一定位卫星的漏检因数，取值为3.8。Bi,j是所有接收机测量第i颗第一可用卫星的伪距修正值的平均值与除了第j个接收机外的其余接收机测量第i颗第一可用卫星的伪距修正值的平均值之差。Ui是排除第j个接收机，用于第i颗第一可用卫星计算伪距修正的参考接收机的数量。
垂直星历定位误差限值利用公式(18)表示：
VPBApr_e＝max(VPBApr_e,k)+DV(18)
其中，VPBApr_e,k是第k个用于定位的第一可用卫星的垂直星历定位误差限值，其计算公式如公式(19)：
其中，xair是飞机当前位置与参考点的倾斜距离，i用于定位的第i颗第一可用卫星，Pk_x是第i颗第一可用卫星广播星历的去相关参数，值为0.00015。Kmd_e_x是第i颗第一可用卫星的星座广播星历漏检参数。Kmd_e_C,GPS和Kmd_e_D,GPS取值分别为5.0和5.6。
值得说明的是，RAS的保护级VPL是VPLApr和VPBApr_e的最大值。
本发明实施例通过计算RAS的保护级，能够保证GBAS的完好性性能评估结果准确可靠，通过RAS的保护级值的大小，提高了对电离层异常的监测性能，使得RAS在机场分布相对密集区域，能够提供高等级精密进近服务，以保证各个机场安全高效的运行。
图6为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测方法中RAS的示意图。如图6所示，本发明的RAS系统包括多个导航卫星61、GEO卫星62、机载用户63、地面监测站64和空管中心65。其中，空管中心65主要进行各地面监测站64的数据汇总及数据处理，然后通过甚高频电台播发给机载用户63。地面监测部分的运算均在空管中心65进行。
本发明利用广域增强系统(WAAS)的电离层模型监测电离层异常即GIVE监测，然后进行RAS系统局域电离层异常监测即站站长基线监测，即进行了多重监测，随后进行机载监测部分，包括CCD监测和S矩阵监测，该RAS系统在一定范围内，布置多个地面监测站，扩大了监测范围，本系统有多个地面监测站，站间距为20-30km。
图7为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例一的结构示意图。如图7所示，本发明实施例一提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，包括：
地面监测站模块701，用于根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
可用卫星确定模块702，用于分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，在所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值时，将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星；
机载监测模块703，用于在至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数时，对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差；
其中，N为地面监测站总数，N为不小于3的整数。
D值监测模块704，用于在任一所述第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个所述第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值时，对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法(DSIGMA)，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差；
保护级计算模块705，用于在所述伪距校正误差不大于第四预设阈值时，利用所述第一可用卫星的完好性监测结果估算区域增强系统RAS的保护级，得出所述RAS的电离层异常情况。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，可以用于执行如图1所示空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图8为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例二的结构示意图。如图8所示，在本发明实施例二提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统中，若上述可见卫星包括：可见导航卫星和GEO卫星；则地面监测站模块701，包括：
定位卫星选择单元801，用于接收多个所述可见导航卫星发送的导航电文，根据定位需求选择卫星遮蔽角，从所述多个可见导航卫星中选择定位卫星；
处理单元802，用于接收所述GEO卫星发送的导航电文，获得电离层格网点IGP的电离层延迟值，用于根据所述定位卫星和机载用户的连线与电离层格网点所在平面的交点，求出电离层穿透点IPP的经纬度，还用于利用所述电离层穿透点IPP的经纬度和所述电离层格网点IGP的电离层延迟值，求出所述地面监测站的第一电离层延迟误差。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，可以用于执行如图2所示空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图9为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例三的结构示意图。如图9所示，在本发明实施例三提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统中，上述可用卫星确定模块702，包括：
第一定位卫星确定单元901，用于在所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值时，将所述第一电离层延迟误差对应的可见卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一定位卫星；
站站间基线监测单元902，用于在所述第一定位卫星的个数不小于预设个数时，根据所述地面监测站与其他地面监测站的间距，计算每个所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED；
第一可用卫星确定单元903，用于在所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED大于MED阈值时，将所述第一定位卫星去除不用，获得所述地面监测站的第一可用卫星，用于在所述第一定位卫星的个数小于预设个数时，将所述第一定位卫星作为所述地面监测站的第一可用卫星。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，可以用于执行如图3所示空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图10为本发明提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统实施例四的结构示意图。如图10所示，在本发明实施例四提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统中，机载监测模块703，包括：
CCD监测单元1001，用于根据所述第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值，对所述第一可用卫星进行CCD监测，得到所述第一可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值；
卫星几何监测单元1002，用于在所述第一电离层梯度值不大于梯度门限值，且在当前时刻以前的第一预设时间段内得到的电离层梯度值均不大于所述梯度门限值时，根据接收机与所述第一可用卫星的仰角和方位角，对所述第一可用卫星进行卫星几何监测，获得每个所述第一可用卫星的定位误差。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，可以用于执行如图1所示空地协同的RAS电离层异常监测方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统中，上述D值监测模块704，具体用于根据电离层倾斜因子、垂直电离层梯度、飞机的运行速度，分别求出第一滤波时间常数对应的第一伪距测量值和第二滤波时间常数对应的第二伪距测量值，用于根据所述第一伪距测量值和所述第二伪距测量值，求出所述第一可用卫星对应的伪距校正误差。
本发明实施例提供的空地协同的RAS电离层异常监测系统，针对RAS系统特点，通过地面监测站模块、可用卫星确定模块、机载监测模块、D值监测模块和保护级计算模块的综合分析，将不可用的定位卫星去除，提高了电离层异常的监测性能，使得RAS在机场分布相对密集区域，能够提供高等级精密进近服务，保证了各个机场安全高效的运行。
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)

1.一种空地协同的RAS电离层异常监测方法，其特征在于，包括：
根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，若所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值，则将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星；
若至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数，则对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差，所述N为地面监测站总数，N为不小于3的整数；
若任一所述第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个所述第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值，则对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法DSIGMA，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差；
若所述伪距校正误差不大于第四预设阈值，则利用所述第一可用卫星的完好性监测结果估算区域增强系统RAS的保护级，得出所述RAS的电离层异常情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可见卫星包括：可见导航卫星和静地轨道GEO卫星；
所述根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差，具体包括：
接收多个所述可见导航卫星发送的导航电文，根据定位需求选择卫星遮蔽角，从所述多个可见导航卫星中选择定位卫星；
接收所述GEO卫星发送的导航电文，获得电离层格网点IGP的电离层延迟值；
根据所述定位卫星和机载用户的连线与电离层格网点所在平面的交点，求出电离层穿透点IPP的经纬度；
利用所述电离层穿透点IPP的经纬度和所述电离层格网点IGP的电离层延迟值，求出所述地面监测站的第一电离层延迟误差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，若所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值，则将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星，具体包括：
若所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值，则将所述第一电离层延迟误差对应的可见卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一定位卫星；
若所述第一定位卫星的个数不小于预设个数，则根据所述地面监测站与其他地面监测站的间距，计算每个所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED；
若所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED大于MED阈值，则将所述第一定位卫星去除不用，获得所述地面监测站的第一可用卫星；
若所述第一定位卫星的个数小于预设个数，则将所述第一定位卫星作为所述地面监测站的第一可用卫星。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数，则对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差，具体包括：
根据所述第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值，对所述第一可用卫星进行码载分歧CCD监测，得到所述第一可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值；
若所述第一电离层梯度值不大于梯度门限值，且在当前时刻以前的第一预设时间段内得到的电离层梯度值均不大于所述梯度门限值，则根据接收机与所述第一可用卫星的仰角和方位角，对所述第一可用卫星进行卫星几何监测，获得每个所述第一可用卫星的定位误差。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法DSIGMA，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差，具体包括：
根据电离层倾斜因子、垂直电离层梯度、飞机的运行速度，分别求出第一滤波时间常数对应的第一伪距测量值和第二滤波时间常数对应的第二伪距测量值；
根据所述第一伪距测量值和所述第二伪距测量值，求出所述第一可用卫星对应的伪距校正误差。
6.一种空地协同的RAS电离层异常监测系统，其特征在于，包括：
地面监测站模块，用于根据多个可见卫星发送的电文，分别对每个地面监测站进行监测，得到每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差；
可用卫星确定模块，用于分别将每个所述地面监测站中每个所述可见卫星对应的第一电离层延迟误差与第一预设阈值进行比较，在所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值时，将所述第一电离层延迟误差对应的卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一可用卫星；
机载监测模块，用于在至少N-2个地面监测站的所述第一可用卫星个数不小于预设个数时，对每个所述第一可用卫星进行机载监测，得到每个所述第一可用卫星的定位误差，所述N为地面监测站总数，N为不小于3的整数；
D值监测模块，用于在任一所述第一可用卫星的定位误差不大于第二预设阈值且任意两个所述第一可用卫星的定位误差之和不大于第三预设阈值时，对所述第一可用卫星执行双平滑电离层梯度监测算法DSIGMA，得到所述第一可用卫星对应的伪距校正误差；
保护级计算模块，用于在所述伪距校正误差不大于第四预设阈值时，利用所述第一可用卫星的完好性监测结果估算区域增强系统RAS的保护级，得出所述RAS的电离层异常情况。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述可见卫星包括：可见导航卫星和静地轨道GEO卫星；则地面监测站模块，包括：
定位卫星选择单元，用于接收多个所述可见导航卫星发送的导航电文，根据定位需求选择卫星遮蔽角，从所述多个可见导航卫星中选择定位卫星；
处理单元，用于接收所述GEO卫星发送的导航电文，获得电离层格网点IGP的电离层延迟值，用于根据所述定位卫星和机载用户的连线与电离层格网点所在平面的交点，求出电离层穿透点IPP的经纬度，还用于利用所述电离层穿透点IPP的经纬度和所述电离层格网点IGP的电离层延迟值，求出所述地面监测站的第一电离层延迟误差。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述可用卫星确定模块，包括：
第一定位卫星确定单元，用于在所述第一电离层延迟误差大于所述第一预设阈值时，将所述第一电离层延迟误差对应的可见卫星从对应的地面监测站中剔除，得到每个所述地面监测站的第一定位卫星；
站站长基线监测单元，用于在所述第一定位卫星的个数不小于预设个数时，根据所述地面监测站与其他地面监测站的间距，计算每个所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED；
第一可用卫星确定单元，用于在所述第一定位卫星对应的最小可监测误差MED大于MED阈值时，将所述第一定位卫星去除不用，获得所述地面监测站的第一可用卫星，用于在所述第一定位卫星的个数小于预设个数时，将所述第一定位卫星作为所述地面监测站的第一可用卫星。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述机载监测模块，包括：
CCD监测单元，用于根据所述第一可用卫星的码伪距测量和载波相位测量值，对所述第一可用卫星进行码载分歧CCD监测，得到所述第一可用卫星在当前时刻的第一电离层梯度值；
卫星几何监测单元，用于在所述第一电离层梯度值不大于梯度门限值，且在当前时刻以前的第一预设时间段内得到的电离层梯度值均不大于所述梯度门限值时，根据接收机与所述第一可用卫星的仰角和方位角，对所述第一可用卫星进行卫星几何监测，获得每个所述第一可用卫星的定位误差。
10.根据权利要求6～9任一项所述的系统，其特征在于，
所述D值监测模块，具体用于根据电离层倾斜因子、垂直电离层梯度、飞机的运行速度，分别求出第一滤波时间常数对应的第一伪距测量值和第二滤波时间常数对应的第二伪距测量值，用于根据所述第一伪距测量值和所述第二伪距测量值，求出所述第一可用卫星对应的伪距校正误差。
CN201610008979.6A 2016-01-07 2016-01-07 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统 Active CN105676233B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610008979.6A CN105676233B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610008979.6A CN105676233B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105676233A true CN105676233A (zh) 2016-06-15
CN105676233B CN105676233B (zh) 2018-01-12

Family

ID=56299254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610008979.6A Active CN105676233B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105676233B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106226785A (zh) * 2016-07-18 2016-12-14 北京航空航天大学 电离层异常监测模型建立方法和装置
CN109542084A (zh) * 2018-11-19 2019-03-29 北京航空航天大学 一种星基增强系统完好性故障仿真方法
CN109581430A (zh) * 2018-12-13 2019-04-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于伪卫星的gbas电离层空间梯度的监测方法
CN110879403A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 中海北斗(深圳)导航技术有限公司 一种简单可行的星基增强系统监测方法及系统
CN110988929A (zh) * 2019-12-21 2020-04-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 电离层影响下的gbas系统性能评估方法及装置
CN112130177A (zh) * 2020-09-08 2020-12-25 南京航空航天大学 一种基于稳定分布的地基增强系统完好性监测方法
CN113031017A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法
CN113406609A (zh) * 2021-06-04 2021-09-17 哈尔滨工业大学 一种天波雷达探测电离层突发异常结构方法
CN113777636A (zh) * 2021-08-24 2021-12-10 北京航空航天大学 一种gbas电离层延迟梯度的双平滑伪距域检测方法
CN114047526A (zh) * 2022-01-12 2022-02-15 天津七一二通信广播股份有限公司 基于双频双星座gbas的电离层异常监测方法及装置
CN114152958A (zh) * 2021-11-28 2022-03-08 中国民航大学 一种基于多数据源的机载卫星导航欺骗式干扰检测方法
CN115616616A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 涟漪位置(广州)科技有限公司 一种确定卫星定位系统可靠性的方法、装置、设备及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042371A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Electronic Navigation Research Institute 衛星航法システムにおける電離圏異常を検出する方法及びその装置。
KR20140026902A (ko) * 2012-08-23 2014-03-06 한국과학기술원 Ｇｐｓ 데이터 분석에 의한 플래그 데이터 제공 방법 및 시스템
CN104280741A (zh) * 2014-09-29 2015-01-14 北京航空航天大学 电离层异常检测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042371A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Electronic Navigation Research Institute 衛星航法システムにおける電離圏異常を検出する方法及びその装置。
KR20140026902A (ko) * 2012-08-23 2014-03-06 한국과학기술원 Ｇｐｓ 데이터 분석에 의한 플래그 데이터 제공 방법 및 시스템
CN104280741A (zh) * 2014-09-29 2015-01-14 北京航空航天大学 电离层异常检测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. MURPHY ET AL.: ""Mitigation of Ionospheric Gradient Threats for GBAS to Support CAT II/III"", 《ION GNSS 19TH INTERNATIONAL TECHNICAL MEETING OF THE SATELLITE DIVISION》 *
牛飞 等: ""局部电离层异常对局域增强系统的影响及其监测方法"", 《武汉大学学报 信息科学版》 *
王志鹏 等: ""一种抑制电离层异常的优化Hatch滤波方法"", 《华中科技大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106226785B (zh) * 2016-07-18 2018-04-03 北京航空航天大学 电离层异常监测模型建立方法和装置
CN106226785A (zh) * 2016-07-18 2016-12-14 北京航空航天大学 电离层异常监测模型建立方法和装置
CN109542084A (zh) * 2018-11-19 2019-03-29 北京航空航天大学 一种星基增强系统完好性故障仿真方法
CN109581430A (zh) * 2018-12-13 2019-04-05 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于伪卫星的gbas电离层空间梯度的监测方法
CN110879403A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 中海北斗(深圳)导航技术有限公司 一种简单可行的星基增强系统监测方法及系统
CN110988929A (zh) * 2019-12-21 2020-04-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 电离层影响下的gbas系统性能评估方法及装置
CN110988929B (zh) * 2019-12-21 2020-09-22 中国电子科技集团公司第二十研究所 电离层影响下的gbas系统性能评估方法及装置
CN112130177B (zh) * 2020-09-08 2023-09-29 南京航空航天大学 一种基于稳定分布的地基增强系统完好性监测方法
CN112130177A (zh) * 2020-09-08 2020-12-25 南京航空航天大学 一种基于稳定分布的地基增强系统完好性监测方法
CN113031017A (zh) * 2021-03-10 2021-06-25 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法
CN113031017B (zh) * 2021-03-10 2024-03-19 重庆两江卫星移动通信有限公司 一种联合leo和gnss星座建立电离层格网产品的方法
CN113406609B (zh) * 2021-06-04 2022-11-29 哈尔滨工业大学 一种天波雷达探测电离层突发异常结构方法
CN113406609A (zh) * 2021-06-04 2021-09-17 哈尔滨工业大学 一种天波雷达探测电离层突发异常结构方法
CN113777636A (zh) * 2021-08-24 2021-12-10 北京航空航天大学 一种gbas电离层延迟梯度的双平滑伪距域检测方法
CN113777636B (zh) * 2021-08-24 2022-05-27 北京航空航天大学 一种gbas电离层延迟梯度的双平滑伪距域检测方法
CN114152958A (zh) * 2021-11-28 2022-03-08 中国民航大学 一种基于多数据源的机载卫星导航欺骗式干扰检测方法
CN114047526A (zh) * 2022-01-12 2022-02-15 天津七一二通信广播股份有限公司 基于双频双星座gbas的电离层异常监测方法及装置
CN115616616A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 涟漪位置(广州)科技有限公司 一种确定卫星定位系统可靠性的方法、装置、设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN105676233B (zh) 2018-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105676233A (zh) 空地协同的ras电离层异常监测方法及系统
Datta-Barua et al. Ionospheric threat parameterization for local area global-positioning-system-based aircraft landing systems
US8798819B2 (en) Vertical required navigation performance containment with radio altitude
Walter et al. Robust detection of ionospheric irregularities
Datta-Barua et al. Using WAAS ionospheric data to estimate LAAS short baseline gradients
EP3023811B1 (en) Using space-based augmentation system (sbas) grid ionosphere vertical error (give) information to mitigate ionosphere errors for ground based augmentation systems (gbas)
Kim et al. GBAS ionospheric threat model assessment for category I operation in the Korean region
Walter Satellite based augmentation systems
Zhu et al. GNSS integrity monitoring schemes for terrestrial applications in harsh signal environments
EP3206048B1 (en) Use of wide area reference receiver network data to mitigate local area error sources
CN101839986B (zh) 基于laas和waas的卫星导航监测方法和系统
RU2542326C1 (ru) Способ повышения целостности используемых сигналов навигационных спутников с помощью локальной контрольно-корректирующей станции (лккс) с учетом влияния аномальной ионосферы
Luo et al. LAAS study of slow-moving ionosphere anomalies and their potential impacts
Yoon et al. Extreme ionospheric spatial decorrelation observed during the March 1, 2014, equatorial plasma bubble event
Park et al. Horizontal drift velocity and dimensions of ionospheric irregularities using ROT from a GNSS receiver array
Lo et al. Projected performance of a baseline high integrity GNSS railway architecture under nominal and faulted conditions
Marini-Pereira et al. Advanced warning of threatening equatorial plasma bubbles to support GBAS in low latitudes
Datta-Barua Ionospheric threats to space-based augmentation system development
Marini-Pereira et al. Reexamining low-latitude ionospheric error bounds: An SBAS approach for Brazil
Khanafseh et al. Ephemeris monitor for GBAS using multiple baseline antennas with experimental validation
Joerger et al. Measurement error models and fault-detection algorithms for multi-constellation navigation systems
Kim et al. Keynote: Design of Local Area DGNSS Architecture to Support Unmanned Aerial Vehicle Networks: Concept of Operations and Safety Requirements Validation
Yoon et al. Multi-dimensional verification methodology of ionospheric gradient observation during plasma bubble events in the Brazilian region
Felux Total system performance of GBAS-based automatic landings
Konno Design of an aircraft landing system using dual-frequency GNSS

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant