CN105866802A - 一种对流层延迟完好性监测方法与装置 - Google Patents

一种对流层延迟完好性监测方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种对流层延迟完好性监测方法与装置。该方法包括接收多颗卫星的数据信息，根据多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差，根据该最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗可见卫星的对流层水平误差，根据每颗可见卫星的对流层水平误差、每颗可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗可见卫星的对流层误差。本发明的方法，实现了对对流层误差的准确计算，提高了地面增强系统获得定位误差修正值的准确性，进而提高了飞机进场与着陆过程中GPS定位系统的定位准确性和完好性，提高了飞机飞行的安全性。

Description

一种对流层延迟完好性监测方法与装置
技术领域
本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种对流层延迟完好性监测方法与装置。
背景技术
飞机的进场与着陆在整个飞行过程非常重要，为了提高飞机的进场与着陆过程中的定位准确性和完好性，国内外发展了诸多卫星导航增强系统，主要分为广域增强系统(Wide Area Augmentation System，简称WAAS)和局域增强系统(Local AreaAugmentation System，简称LAAS)，其中局域增强系统又称地面增强系统(Ground BasedAugmentation System，简称GBAS)。卫星导航增强系统用于为全球定位系统(GlobalPositioning System，简称GPS)提供定位误差修正值，以提高GPS定位系统的定位准确性和完善性。在卫星导航增强系统中沿信号传播路径方向的误差源可以分为电离层误差、对流层误差和多径误差，在实际应用中，可以通过双频测量大幅度消除电离层误差，根据测量地区的地形特点设置合理的遮蔽角来消除多径误差。
对于对流层误差来说，一般可以分为垂直误差和水平误差，但是现有技术在计算对流层误差时主要考虑垂直误差，而忽略水平误差，使得对整个对流层的误差计算不准确，并且多项研究发现，对流层的水平误差对电离层的误差有一定的影响，这样使得卫星导航增强系统获得信号误差不准确，提供给用户的定位误差修正值也不准确，使得飞机在进场与着陆的过程中无法实现准确定位，造成飞机飞行的危险性。
故而，现有技术所计算对流层误差不准确，造成卫星导航增强系统提供给飞机用户的定位误差修正值不准确，无法满足飞机在进场与着陆过程中准确定位。
发明内容
本发明提供一种对流层延迟完好性监测方法与装置，提高了对流层误差计算的准确性，进而确保了GPS定位系统的定位准确性和完善性，同时通过每隔一段时间计算一次GPS定位系统的垂直保护级VPL，提高了地面增强系统对GPS定位系统实施监管的准确性，增强了GPS定位系统的可靠性。
第一方面，本发明提供一种对流层延迟完好性监测方法，包括：
接收多颗卫星的数据信息；
根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差；
根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差；
根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
进一步地，根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差，具体包括：
根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差；其中，所述μj为第j颗卫星的伪距误差，所述kB是参考站的配置参数，所述所述M为地面子系统中接收机的总数目，所述a0、所述a1和所述a2为所述参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，所述θ0为所述参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角参考值，所述θi为第j颗卫星的高度角；
根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差。
进一步地，所述根据所述最大伪距误差确定每颗所述可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差，具体包括：
根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop；其中，所述μmax为所述最大伪距误差，所述N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数；
根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]；其中，所述所述Fpp1[i]为所述第i颗可见卫星的方向转换因子，所述Re为地球半径，所述hI电离层高度，所述h0为对流层高度，所述xair为飞机与所述参考站之间的距离，所述τ为滤波时间，所述vair为所述飞机的水平速度。
进一步地，所述方法还包括：
根据公式计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差所述误差源包括所述第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、所述第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、所述第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、所述第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和所述第i颗可见卫星对应的所述参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]；
根据公式计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差其中，所述M为地面子系统中所有参考站中接收机的数目之和，U为所述地面子系统中所有参考站的数量；
根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级；其中Svert,i为卫星几何矩阵的垂直分量，所述为所述第一总标准差或者所述第二总标准差；
判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级；
若是，则发出报警信息。
第二方面，本发明还提供一种对流层延迟完好性监测装置，包括：
接收模块，用于接收多颗卫星的数据信息；
第一获取模块，用于根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差；
第一计算模块，用于根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差；
第二获取模块，用于根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
进一步地，所述第一获取模块，具体用于根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差，并根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差；其中，所述μj为第j颗卫星的伪距误差，所述kB是参考站的配置参数，所述所述M为地面子系统中接收机的总数目，所述a0、所述a1和所述a2为所述参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，所述θ0为所述参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角参考值，所述θi为第j颗卫星的高度角。
进一步地，所述第一计算模块，具体用于根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop，并根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]；其中，所述μmax为所述最大伪距误差，所述N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数，所述所述Fpp1[i]为所述第i颗可见卫星的方向转换因子，所述Re为地球半径，所述hI为电离层高度，所述h0为对流层高度，所述xair为飞机与所述参考站之间的距离，所述τ为滤波时间，所述vair为所述飞机的水平速度。
进一步地，所述装置还包括：
第二计算模块，用于根据公式计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差所述误差源包括所述第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、所述第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、所述第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、所述第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和所述第i颗可见卫星对应的所述参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]；
第三计算模块，用于根据公式
计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差其中所述U为所述地面子系统中所有参考站的数量；
第四计算模块，用于根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级；其中Svert,i为卫星几何矩阵的垂直分量，所述为所述第一总标准差或者所述第二总标准差；
报警模块，用于判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级，若是，则发出报警信息。
本发明提供的一种对流层延迟完好性监测方法与装置，通过接收多颗卫星的数据信息；根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差；根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差；根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差，即在计算对流层误差时，考虑到了对流层水平误差对对流层误差的影响，实现了对对流层误差的准确计算，提高了地面增强系统获得定位误差修正值的准确性，进而提高了飞机进场与着陆过程中GPS定位系统的定位准确性和完好性，提高了飞机飞行的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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为地面增强系统的体系结构和组成示意图；
图2为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例一的流程示意图；
图3为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例二的流程示意图；
图4为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例三的流程示意图；
图5为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例四的流程示意图；
图6为本发明提供的对流层延迟完好性监测装置实施例一的结构示意图；
图7为本发明提供的对流层延迟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。
在GPS增强系统中，由于地面增强系统比广域增强系统的定位精度高，它利用地面信号发射器向用户广播定位误差修正值，具有为飞机提供全天候、满足各类难度更大、性能要求更加严格的精密进场与着陆要求的服务，并且能够实时检测GPS定位系统运行的完好性，当GPS定位系统出现故障时，地面增强系统会及时报警，用于提醒用户此时GPS定位系统不可用，进而保证了飞机进场与着陆的安全性，因此本发明提高的方法主要用在地面增强系统中。
图1为地面增强系统的体系结构和组成示意图，如图1所示，地面增强系统包括地面子系统10、用户系统40(即飞机系统)和卫星系统30，其中空间系统30主要包括各种导航卫星，该导航卫星用于向地面子系统10发送卫星信号20；用户系统40可以包括用户接收机(即机载接收机)，该机载接收机一方面可以接收卫星系统30发送的卫星信号20，以根据该卫星信号20确定用户(即飞机)当前的位置，另一方面可以接收地面子系统10的广播信号50(该广播信号为每颗可见卫星的定位误差修正值)；地面子系统10可以包括地面站设备和伪卫星，其中地面站设备可以包括参考站、安装在参考站中的参考接收机和参考站中的处理单元。整个地面增强系统10的工作过程为：地面子系统10使用多个安装在参考站上的参考接收机接收所有卫星的卫星信号20，并将该卫星信号20发送给参考站中的处理单元，处理单元对卫星信号20进行相应的滤波和计算处理，获得每颗可见卫星的定位误差修正值，最后利用广播将上述定位误差修正值作为广播信号50发送给用户系统40中的机载接收机，由于卫星信号20在发射的过程中容易受到干扰，使得用户系统40根据卫星系统30发送的卫星信号20获得的定位信息存在误差，不能反映用户(即飞机)当前的实际位置，此时，机载接收机通过接收地面增强系统10发送的每颗可见卫星的定位误差修正值，对卫星系统30发送的定位信息进行校正，获得更高的定位精度。同时地面增强系统10还可以根据误差源的标准差计算GPS定位系统的垂直保护级(Vertical Protect Level，简称VPL)(具体内容可参照下面实施例)，当该垂直保护级VPL大于等于GPS定位系统的警戒VPL时，地面增强系统报警，说明此时导航系统不可用，进而保证了飞机进场与着陆的安全性。
当卫星信号通过对流层时，卫星信号的传输路径发生变化，使得卫星信号通过对流层时产生了延迟，即无法准时到达参考接收机，因此通常将对流层误差称为对流层延迟。
本发明提供的一种对流层延迟完好性监测方法与装置，可以应用于上述地面增强系统中，用于解决现有技术中计算对流层误差不准确的问题，使得地面增强系统获得更加准确的定位误差修正值，进而提高了GPS定位系统在飞机进场与着陆过程中的定位准确性和完好性。
图2为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例一的流程示意图，本实施例的方法可以集成到上述地面增强系统中的处理单元中，也可以作为单独的处理模块集成到上述地面增强系统中，通过计算获得所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差，来计算每个可见卫星对应的对流层水平误差，进而获得每个可见卫星对应的对流层误差，提高了计算每个可见卫星对应的对流层误差的准确性。如图2所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、接收多颗卫星的数据信息。
需要说明的是，整个卫星系统中卫星可以形成多个星系，如GPS定位系统包括24颗卫星，北斗定位系统包括16颗卫星，其中每个星系中的卫星分布在不同的轨道上，本实施例以GPS定位系统为例进行阐述，但本发明的方法还可以适用于其他的定位系统，具体实施方法与GPS定位系统的实施方式相同。
需要说明的是，星系中的所有卫星相对于参考站并不都是可见的，即参考站可以观测到的卫星为可见卫星，参考站观测不到的卫星为不可见卫星。本发明的方法首先是通过计算所有卫星(即可见卫星和不可见卫星)的伪距误差，获取所有卫星伪距误差中的最大值，接着用该最大伪距误差计算每颗可见卫星对应的对流层水平标准差、对流层水平误差和对流层误差。
具体地，GPS定位系统中的多颗卫星向参考站中的参考接收机发送对应的多颗卫星的数据信息，该数据信息可以是GPS定位系统中的卫星发送的导航电文和星历，其中导航电文可以包括：GPS定位系统时间、时钟校正值、该卫星自身精确的轨道数据等系统状态信息，导航电文用于计算卫星当前的位置和信号传输的时间，从而使参考接收机在接收导航电文后能确定卫星的位置。星历中包括了描述该卫星的位置和速度的表达式，参考站中的参考接收机接收卫星发送的导航电文和星历，并将该导航电文和星历传输给参照站中对应的处理单元，该处理单元根据上述导航电文和星历可以计算出该卫星的位置坐标和高度角，该卫星的位置坐标为该卫星在地心坐标系下的位置坐标，该卫星的高度角为该卫星与对应的参考站之间形成的高度角。
需要说明的是，本实施例中的多颗卫星可以是该星系中的所有卫星。
步骤102、根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差。
需要说明的是，GPS卫星能够按照星载时钟发射某一信号，该信号可以理解为该卫星发送的导航电文和星历，该信号从卫星发射到参考站的参考接收机天线接收经过了Δt时间，即该信号的传输时间为Δt，接着该传输时间Δt乘以电磁波在真空中的速度c，可以得到该卫星与参考接收机的空间几何距离为d，即d＝Δt×c。但在实际中，由于卫星时钟与参考接收机时钟不同步的误差、卫星的星历误差、参考接收机测量噪声以及信号在传输过程中的电离层误差、对流层误差和多径误差等的影响，使得由上述方法求得的卫星与参考接收机之间的距离不是卫星与参考接收机之间的实际几何距离，因此，将上述方法获得的卫星与参照站之间的距离d称为卫星的伪距。当计算出伪距之后，可以结合参考站中的参考接收机接收到的多颗卫星的导航电文和星历，估算出每颗卫星的伪距误差。接着选出所有卫星伪距误差的最大值，得到最大伪距误差。
可选的，由于误差源在不同时间产生的误差是不一样的，因此，为了提高计算每颗卫星伪距误差的精度，参考站中的处理单元可以每隔一段时间计算一次该卫星的伪距误差，即在对应的时间段内获得多颗卫星的伪距误差的最大值，用于计算不同时刻每颗可见卫星对应的对流层水平误差。
步骤103、根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差。
具体地，首先参考站中的处理单元根据上述方法获得多颗卫星的最大伪距误差，并用该最大误差来计算每颗可见卫星对应的对流层水平标准差，本发明对如何根据最大伪距误差得到每颗可见卫星对应的对流层水平标准差的具体方式并不做限定，只要能够根据最大伪距误差得到每颗可见卫星对应的对流层水平标准差即可。接着根据上述每颗可见卫星对应的对流层水平标准差获得每颗可见卫星对应的对流层水平误差，同样的本发明对如何根据每颗可见卫星对应的对流层水平标准差获得每颗可见卫星对应的对流层水平误差的具体方式不做限制，只要能够根据每颗可见卫星对应的对流层水平标准差获得每颗可见卫星对应的对流层水平误差即可。
可选的，由于误差源在不同时间产生的误差是不一样的，因此，为了提高计算每颗可见卫星在不同的时刻对应的对流层水平误差的精度，参考站中的处理单元可以每隔一段时间计算一次该卫星对应的对流层水平标准差和对流层水平误差，用于实时监测每颗可见卫星在不同时刻的对流层水平误差。
步骤104、根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
具体地，参考站中的处理单元可以根据公式
获得第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]，其中σn为地面子系统传输的折射不准确度，是地面子系统的固有参数，h0为电流层高度，θi为第i颗可见卫星的高度角，Δh为飞机与参考站之间的距离。然后根据上述公式获得每颗可见卫星对应的对流层垂直误差，最后根据每颗可见卫星的对流层水平误差和对流层垂直误差计算获得每颗可见卫星对应的对流层误差。由上述可知，本实施例在计算对流层误差时不仅考虑了对流层水平误差，并且在计算对流层水平标准差时，代入了所有卫星的最大伪距误差，进而增大了对流层水平误差在整个对流层误差中的占比，使得地面增强系统发给用户的定位误差修正值更加精确，而且提高了地面增强系统的敏感性。
本发明提供的对流层延迟完好性监测方法，通过接收多颗卫星的数据信息，获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差，并根据该最大伪距误差确定每颗可见卫星对应的对流层水平标准差，并根据该对流层水平标准差计算得到每颗可见卫星对应的对流层水平误差，根据该对流层水平误差、对流层垂直误差，获得每颗可见卫星对应的对流层误差，即在计算对流层误差时，考虑到了对流层水平误差对对流层误差的影响，实现了对对流层误差的准确计算，提高了地面增强系统获得定位误差修正值的准确性，进而提高了飞机进场与着陆过程中的定位准确性和完好性，提高了飞机飞行的安全性。
图3为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例二的流程示意图，本实施例给出了参考站中的处理单元根据多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差的具体过程。在上述实施例的基础上，如图3所示，上述S102具体包括：
步骤201、根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差。
步骤202、根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差。
具体地，参考站中的处理单元首先计算第j颗卫星相对于参考站的高度角θj，其计算原理为现有技术，在此不再赘述，kB是参考站的配置参数。接着根据公式：
计算获得第j颗卫星对应的σpr-gnd(θj)，其中σpr-gnd(θj)由接收机宽带噪声、空间信号的残余误差等组成，M为地面子系统中所有参考接收机的总数目(由于地面子系统包括多个参考站，每个参考站中包括多个参考接收机，即M是地面子系统中所有参考站中参考接收机的总数目)。其中a0、a1和a2为参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，θ0为参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角，其中参数a0、a1、a2和θ0为与参考站接收机的精度指标有关，其中常见参考站接收机的精度指标为A、B和C，具体参考站接收机类型与上述参数的对应关系如下表1所示：
表格1 GPS/LAAS空间信号精度需求
当得到σpr-gnd(θj)后，参考站中的处理单元可以根据公式获得第j颗卫星的伪距误差。依次类推，即根据上述公式就可以求得所有卫星(N1颗)的伪距误差，获得N1个伪距误差，并根据公式获得N1颗卫星的伪距误差中的最大值μmax。
可选的，由于在发送、传输和接收电文的过程中，卫星的时钟误差、电离层误差、对流层误差、多径误差、接收机等误差源产生的误差在不同时刻一直变化，使得第j颗卫星的伪距误差在不同时刻对应的值不相同，因此为了消除上述误差源产生的处于变化状态的误差对伪距误差的影响，提高伪距误差的准确性，本发明通过每隔一段时间计算一次每颗卫星的伪距误差，并求得该时刻所有卫星的伪距误差的最大值，具体实施过程可以参见下面的例子：
例如，每隔400s计算一次每颗卫星的伪距误差μj，并计算在对应的时刻所有卫星伪距误差的最大值μmax，这样在一天(86400s)内可以计算获得216(86400s/400s＝216)个最大伪距误差μmax，如果从一天开始的第1s到第400s时，计算一次所有卫星的伪距误差，并求得该所有伪距误差中的最大值记为μmax1，接着在第800s时，计算一次所有卫星的伪距误差，并求得该所有伪距误差中的最大值记为μmax2，依次类推，这样在每隔一段时间计算一次每颗卫星的伪距误差，获得不同时间对应的所有卫星的最大伪距误差，消除了误差源产生的误差随时间变换对最大伪距误差的影响，提高了计算最大伪距误差的准确性。
需要说明的是，在参考站中的处理单元计算每颗可见卫星的对流层水平误差的标准差时，也可以每隔一段时间计算一次，这里所间隔的时间段和上述每隔一段时间计算一次伪距误差所间隔的时间段相同，即在第400s时计算一次所有卫星的伪距误差，获得此时所有卫星伪距误差的最大值，对应地，在该第400s时计算一次每颗可见卫星对应的对流层标准差。
本发明提供的对流层延迟完好性监测方法，通过计算所有卫星的伪距误差，求得所有卫星伪距误差中的最大伪距误差，用该最大伪距误差计算每颗可见卫星对应的对流层水平标准差，从而提高了计算对流层水平标准差的准确性，使得用该对流层水平标准差获得的对流层水平误差也更加准确性，进而提高了计算对流层误差的准确性；进一步地，本发明还可以通过每隔一段时间计算一次最大伪距误差，获得不同时间段内的最大伪距误差，进而实时或者周期准确计算出对流层水平标准差，进一步地提高了计算对流层误差的准确性。
图4为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例三的流程示意图，本实施例涉及的是参考站中的处理单元根据每颗可见卫星的对流层水平标准差获得每颗可见卫星的对流层水平误差的具体过程。在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，上述S103具体可以包括：
步骤301、根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop。
具体地，在某时刻，参考站中的处理单元根据上述步骤计算获得所有卫星的伪距误差的最大伪距误差μmax，并通过公式计算获得对流层水平标准差，需要说明的是，由该公式所得到的每颗可见卫星在同一时刻对应的对流层水平标准差相同，N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数。
可选的，由上述可知，由于误差源产生的误差在不同时间对应的值不相同，使得不同时刻卫星的最大伪距误差μmax不相同，进而使得不同时间内对流层水平标准差也不相同，为了提高对流层水平标准差的准确性，也可以每隔一段时间(比如每隔400s)计算一次每颗卫星的伪距误差，进而获得每颗可见卫星在不同时刻对应的对流层水平标准差。
步骤302、根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]。
具体地，参考站中的处理单元将上述步骤计算获得的σnon-nom-trop代入公式σtrop2[i]＝Fpp1[i]×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)，计算获得第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]，其中Fpp1[i]为第i颗可见卫星的方向转换因子，即第i颗可见卫星沿参考站方向作投影，该投影从倾斜方向转换为垂直方向的转换因子称为Fpp1[i]。该Fpp1[i]可以根据公式计算获得，其中，Re为地球半径，hI电离层高度，h0为对流层高度，xair为飞机与参考站之间的距离，τ为滤波时间(通常τ＝100s)，vair为飞机的水平速度，本发明在计算第i颗可见卫星垂直方向到倾斜方向的转换因子Fpp1[i]时，不仅考虑了电离层高度对其的影响，还考虑了对流层高度对其的影响，用上述公式就可以获得第i颗可见卫星垂直方向到倾斜方向的转换因子Fpp1[i]，提高了第i颗可见卫星垂直方向到倾斜方向的转换因子Fpp1[i]的精度，进而提高了i第颗卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]的精度。
可选的，由上述描述可知，对流层水平标准差在不同时刻其值不相同，使得不同时刻对应的对流层水平误差也不相同，因此，为了提高对流层水平误差的精度，本发明每隔一段时间(例如每个400s)计算一次每颗可见卫星对应的对流层水平误差，即在不同的时间段内可以参照不同的对流层水平误差，提高了对对流层水平误差的实时监管和准确计算，进而提高了对流层水平误差的准确度。
本发明提供的对流层延迟完好性监测方法，通过最大伪距误差计算每颗可见卫星对应的对流层标准差，再根据上述每颗可见卫星对应的对流层标准差获得每颗可见卫星对应的对流层水平误差，提高了计算对流层水平误差的准确性；进一步地，本发明还可以通过每隔一段时间计算一次对流层水平标准差，进而获得对应时间段内的每颗可见卫星对应的对流层水平误差，实现了对对流层水平误差的实时监管和准确计算，进一步地提高了计算对流层误差的准确性。
图5为本发明提供的对流层延迟完好性监测方法实施例四的流程示意图。本实施例涉及的是通过每隔一段时间分别计算一次参考站的接收通路无故障(即H0故障状态)时导航系统对应的垂直保护级(Vertical Protect Level，简称VPL)和参考站的接收通路有故障(即H1故障状态)时导航系统对应的VPL，根据上述计算获得的两个垂直保护级VPL判断导航系统是否工作正常的具体过程，实现了对导航系统完好性的实时监测。在上述实施例的基础上，如图5所示，本实施例的方法可以包括：
步骤401、根据公式计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差
需要说明的是，为了使飞机安全飞行，飞机导航系统必须在定位误差超过某一边界时，发出报警，称这一边界称为保护等级，其中水平方向的保护等级为水平保护级(Horizontal Protect Level，简称HPL)，垂直方向的保护水平为垂直保护级(VerticalProtect Level，简称VPL)。即，在GPS定位系统正常工作时，地面增强系统计算出的GPS定位系统的水平保护等级和垂直保护等级均应该小于对应的警戒保护等级，在飞机精密进场和着陆的过程中，由于VPL受误差影响较明显，因此通常通过计算VPL来评估GPS定位系统的可用性。
其中，在地面增强系统计算VPL时，VPL不仅受到上述的对流层误差、电流层误差和多径误差的影响，同时还受到参考接收机的工作状态的影响，虽然参考接收机产生故障的概率较小，但在飞机精密进场与着陆这种特殊的应用条件下还是要考虑参考接收机产生故障时的情况，因此，在地面增强系统计算VPL时，作如下两个假设：假设一、参考站的接收通路无故障(即H0故障模式)时的VPL，假设二、参考站的接收通路有故障(即H1故障模式)时的VPL。
具体地，在计算VPL之前首先需要计算误差源的总标准差，该总标准差包括参考站的接收通路无故障时第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差和参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差
其中，参考站可以通过公式计算上述误差源包括第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和第i颗可见卫星对应的参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]。其中，对流层垂直误差σtrop1[i]和对流层水平误差σtrop2[i]的获取方式可以参照上述实施例的具体描述，在此不再赘述。另外，第i颗可见卫星对应的电离层误差可以根据公式σiono[i]＝Fpp[i]×σvig×(xair+2τvair)计算可得，其中σvig[i]为第i颗可见卫星对应的垂直电离层梯度；第i颗可见卫星对应的多径误差可以根据公式其中第i颗可见卫星对应的可以根据飞机接收机的设计标准决定，当飞机接收机的设计标准为A时，当飞机接收机的设计标准为B时，接收机的误差σpr-gnd-x[i]可以从该第i颗可见卫星的导航电文中获得。至此，可以计算得到参考站的参考接收通路无故障时第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差
可选的，由上述实施例的描述可知，各误差源在不同时间产生的误差是不相同的，因此为了提高误差源的第一总标准差的准确性，本发明每隔一段时间(例如每隔400s)计算一次上述各误差源对应的误差，进而获得对应时间段的误差源的第一总标准差
步骤402、根据公式计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差
具体地，在参考站中的处理单元分别计算获得各误差源对应的误差之后，可以根据公式计算参考站的接收通路存在故障时第i颗可见卫星对应的误差源的第二总标准差U为地面子系统中参考站的数量。
可选的，由上述可知，各误差源在不同时间产生的误差是不相同的，因此为了提高误差源的第二总标准差的准确性，本发明每隔一段时间(例如每隔400s)计算一次上述各误差源对应的误差，进而获得对应时间段的误差源的第二总标准差
步骤403、根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级。
具体地，参考站中的处理单元根据公式计算H0故障状态下的导航系统的垂直保护级VPLApr-H0，其中Svert,i为第i颗可见卫星几何矩阵的垂直分量，Dv由飞机精密进场的等级决定的，当飞机为二级精密进场时，Dv＝0，当飞机为三级精密进场时，Dv等于处理单元滤波获得的第30s与第100s对应的位置定位误差的差值，为上述步骤计算获得的第i颗可见卫星在H0故障状态下的误差源的第一总标准差，Kffmd为参考接收机无故障漏检倍数。同时，根据公式计算H1故障状态下的导航系统的垂直保护级VPLApr-H1，为第i颗可见卫星在H1故障状态下的误差源的第二总标准差。
当参考站获得H0故障状态下的导航系统的垂直保护级VPLApr-H0和H1故障状态下的导航系统的垂直保护级VPLApr-H1之后，根据公式VPLmax＝max[VALApr-H0，VALApr-H1]将两种状态下保护等级的最大值作为导航系统的最大垂直保护级VPLmax。
可选的，由上述可知，由于各误差源对应的误差随时间变换，导致不同时刻的误差源的总标准差也不相同，使得导航系统的垂直保护级VPL也是随着时间变换的，因此，为了提高VPL计算的准确性，使得VPL可以准确判断不同时刻的导航系统是否正常工作，本实施例每隔一段时间计算一次H0故障状态下的VPLApr-H0和H1故障状态下的VPLApr-H1，这样就可以准确判断导航系统在不同的时间段内是否工作正常，提高对导航系统实时监管的准确性。例如，如上述所示，每隔400s计算一次导航系统的H0故障状态下的VPLApr-H0和H1故障状态下的VPLApr-H1，这样可以避免误差随时间变换导致导航系统的垂直保护级不准确的问题，进而提高对导航系统实时监管的准确性。
步骤404、判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级。
步骤405、若是，则发出报警信息。
具体地，当参考站中的处理单元获得最大垂直保护级VPLmax之后，将导航系统的VPLmax与地面增强系统中的警戒限VAL进行比较，如果VPLmax小于垂直警戒限VAL时，说明此时导航系统运行正常；如果VPLmax大于等于垂直警戒限VAL时，说明此时导航系统出现故障，则导航系统报警，并告知用户，此时导航系统不可用，地面增强系统检测导航系统出现的故障，并及时进行维修，保证导航系统的正常运行。
可选的，由于导航系统的垂直保护级VPL在不同时刻对应的值不相同，因此为了提高对导航系统运行情况的时间准确监管，本发明每隔一段时间(例如每个400s)计算一次导航系统的VPLmax，用于判断导航系统在不同时刻运行是否正常，进而提高了对导航系统的实施准确监管，增强了导航系统在飞机进场和着陆过程中的可靠性，保证了飞机进场和着陆过程的安全。
本发明提供的对流层延迟完好性监测方法，通过分别计算接收机在有故障和无故障两种情况下对应的导航系统的垂直保护级VPL，并将上述两个直保护级中的最大值作为导航系统的最大垂直保护级，当判断该最大垂直保护级大于导航系统的预设垂直保护级时，地面增强系统进行报警，并及时检测和维修导航系统出现的故障，实现了对导航系统的实时监管，提高了导航系统运行的完好性和可靠性，进而保证了飞机进场和着陆过程的安全；进一步地，本发明还可以通过每隔一段时间监控计算一次导航系统的垂直保护级，进而实时或者周期准确监控导航系统的完好性和可靠性，进一步提高了飞机进场和着陆过程的安全性。
图6为本发明提供的对流层延迟完好性监测装置实施例一的结构示意图，如图6所示，本实施例的对流层延迟完好性监测装置100可以包括：接收模块101、第一获取模块102、第一计算模块103、第二获取模块104。其中，
上述接收模块101，用于接收多颗卫星的数据信息。
上述第一获取模块102，用于根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差。
上述第一计算模块103，用于根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差。
上述第二获取模块104，用于根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
本发明提供的对流层延迟完好性监测装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
进一步地，上述第一获取模块102，具体用于根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差，并根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差；其中，所述μj为第j颗卫星的伪距误差，所述kB是参考站的配置参数，所述所述M为地面子系统中参考接收机的总数目，所述a0、所述a1和所述a2为所述参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，所述θ0为所述参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角参考值，所述θj为第j颗卫星的高度角。
进一步地，上述第一计算模块103，具体用于根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop，并根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]；其中，所述μmax为所述最大伪距误差，所述N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数，所述所述Fpp1[i]为所述第i颗可见卫星的方向转换因子，所述Re为地球半径，所述hI电离层高度，所述h0为对流层高度，所述xair为飞机与所述参考站之间的距离，所述τ为滤波时间，所述vair为所述飞机的水平速度。
本发明提供的对流层延迟完好性监测装置，可以用于执行上述所示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7为本发明提供的对流层延迟完好性监测装置实施例二的结构示意图，如图7所示，在上述实施例的基础上，上述对流层延迟完好性监测装置100还包括第二计算模块105、第三计算模块106、第四计算模块107和报警模块108。其中，
上述第二计算模块105，用于根据公式
计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差所述误差源包括所述第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、所述第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、所述第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、所述第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和所述第i颗可见卫星对应的所述参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]。
上述第三计算模块106，用于根据公式
计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差其中，U为上述地面子系统中所有参考站的数量。
上述第四计算模块107，用于根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级；其中Svert,i为卫星几何矩阵的垂直分量，所述为所述第一总标准差或者所述第二总标准差。
上述报警模块108，用于判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级，若是，则发出报警信息。
本发明提供的对流层延迟完好性监测装置，可以用于执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
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 (8)

1.一种对流层延迟完好性监测方法，其特征在于，包括：
接收多颗卫星的数据信息；
根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差；
根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差；
根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差，具体包括：
根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差；其中，所述μj为第j颗卫星的伪距误差，所述kB是参考站的配置参数，所述所述M为地面子系统中接收机的总数目，所述a0、所述a1和所述a2为所述参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，所述θ0为所述参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角参考值，所述θj为第j颗卫星的高度角；
根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述最大伪距误差确定每颗所述可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差，具体包括：
根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop；其中，所述μmax为所述最大伪距误差，所述N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数；根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]；其中，所述所述Fpp1[i]为所述第i颗可见卫星的方向转换因子，所述Re为地球半径，所述hI电离层高度，所述h0为对流层高度，所述xair为飞机与所述参考站之间的距离，所述τ为滤波时间，所述vair为所述飞机的水平速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据公式计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差所述误差源包括所述第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、所述第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、所述第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、所述第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和所述第i颗可见卫星对应的所述参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]；
根据公式计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差其中所述U为所述地面子系统中所有参考站的数量；
根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级；其中Svert,i为卫星几何矩阵的垂直分量，所述为所述第一总标准差或者所述第二总标准差；
判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级；
若是，则发出报警信息。
5.一种对流层延迟完好性监测装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收多颗卫星的数据信息；
第一获取模块，用于根据所述多颗卫星的数据信息获取所有卫星的伪距误差中的最大伪距误差；
第一计算模块，用于根据所述最大伪距误差确定每颗可见卫星的对流层水平标准差，并根据每颗所述可见卫星的对流层水平标准差计算得到每颗所述可见卫星的对流层水平误差；
第二获取模块，用于根据每颗所述可见卫星的对流层水平误差、每颗所述可见卫星的对流层垂直误差，获取每颗所述可见卫星的对流层误差。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于根据公式获取所述多颗卫星的伪距误差，并根据所述多颗卫星的伪距误差，获取所述最大伪距误差；其中，所述μj为第j颗卫星的伪距误差，所述kB是参考站的配置参数，所述所述M为地面子系统中参考接收机的总数目，所述a0、所述a1和所述a2为所述参考站中不同接收机精度指标对应的不同参数，所述θ0为所述参考站中不同接收机精度指标对应的卫星高度角参考值，所述θj为第j颗卫星的高度角。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，具体用于根据公式获取所述第i颗可见卫星的对流层水平标准差σnon-nom-trop，并根据公式σtrop2[i]＝Fpp1i×σnon-nom-trop×(xair+2τvair)获取所述第i颗可见卫星的对流层水平误差σtrop2[i]；其中，所述μmax为所述最大伪距误差，所述N为所有可见卫星的个数，所述Kffmd为所述参考站中不同接收机精度指标对应的无故障漏检倍数，所述所述Fpp1[i]为所述第i颗可见卫星的方向转换因子，所述Re为地球半径，所述hI为电离层高度，所述h0为对流层高度，所述xair为飞机与所述参考站之间的距离，所述τ为滤波时间，所述vair为所述飞机的水平速度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二计算模块，用于根据公式计算所述参考站的接收通路无故障时所述第i颗可见卫星对应的误差源的第一总标准差所述误差源包括所述第i颗可见卫星对应的对流层垂直误差σtrop1[i]、所述第i颗可见卫星对应的对流层水平误差σtrop2[i]、所述第i颗可见卫星对应的电离层误差σiono[i]、所述第i颗可见卫星对应的多径误差σpr-air[i]和所述第i颗可见卫星对应的所述参考站中接收机的误差σpr-gnd-x[i]；
第三计算模块，用于根据公式计算所述参考站的接收通路存在故障时的所述误差源的第二总标准差其中所述U为所述地面子系统中所有参考站的数量；
第四计算模块，用于根据公式分别计算所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第二总标准差对应的垂直保护级，并根据所述第一总标准差对应的垂直保护级和所述第一总标准差对应的垂直保护级确定最大垂直保护级；其中Svert,i为卫星几何矩阵的垂直分量，所述为所述第一总标准差或者所述第二总标准差；
报警模块，用于判断所述最大垂直保护级是否大于预设的垂直保护级，若是，则发出报警信息。
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