CN106154291A - 基于卫星几何结构的sbas可用性预测方法与装置 - Google Patents

基于卫星几何结构的sbas可用性预测方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置。该方法，包括：根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数；根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定当前时刻每颗卫星的UDRE值；根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，进而确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。该方法实现了对星基增强系统可用性的简单、快速预测。

Description

基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置
技术领域
本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置。
背景技术
星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，简称SBAS)，通过地球静止轨道(synchronous orbit，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。由此可知星基增强系统的完好性对整个卫星导航系统定位精度有着决定性的影响，通常用保护级(Protect Level，简称PL)来评估星基增强系统完好性，当PL大于阈值(告警限)时，星基增强系统是不可用的，用户需借助其他手段来辅助定位，以满足其应用需求。
目前，航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics，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SBAS PL的详细计算方法，算法所需的核心参数为增强系统实时播发的两个参数：用户差分距离误差(User Difference Range Error，简称UDRE)和格网电离层垂直误差(GridIonospheric Vertical Error，简称GIVE)。而上述UDRE和GIVE两个参数经过相关的一系列算法处理可以从导航电文中解析获得。
然而，由于目前的UDRE和GIVE两个参数都是实时从导航电文中解析获得的，进而无法用来对星基增强系统的可用性进行预测，并且现有的在给定的时间范围内，连续不断地从导航电文中解析UDRE和GIVE两个参数，其运算量大、时效性差。因此，如何准确、快速地预测卫星导航星基增强系统的可用性，成为技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置，用于解决现有的技术无法快速、准确预测卫星导航星基增强系统的可用性的问题。
第一方面，本发明提供一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，包括：
根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数；
根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值；其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系；
根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值；其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系；
根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
进一步地，所述根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，具体包括：
根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数；
根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted；其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
进一步地，所述根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，还包括：
根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数；
根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数；
根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值；
根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
进一步地，所述根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，还包括：
根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP；其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[li mi ni]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量；
对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP；
根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值；
根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
进一步地，所述根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值，具体包括：
根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值；
根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组；
根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
第二方面，本发明还提供一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置，包括：
第一获取模块，用于根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数；
第一处理模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值；其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系；
第二处理模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值；其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系；
预测模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
进一步地，上述第一获取模块，具体用于根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数，并根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted；其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
进一步地，所述装置还包括：
第二获得模块，用于在所述根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数，并根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数；
第三获取模块，用于根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值；
第一构建模块，用于根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
进一步地，所述装置还包括：
计算模块，用于在第一处理模块根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP；其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[limi ni]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量；
分组模块，用于对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP；
确定模块，用于根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值；
第二构建模块，用于根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
进一步地，上述第一处理模块，具体用于根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组，并根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置，首先，根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数。接着，根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。然后，根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误GIVE值。最后，根据当前时刻每颗卫星的UDRE值和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。即，本发明考虑了IGP较近IPP在计算GIVE时作的贡献一定大于远处的IPP，因此通过计算当前时刻每颗卫星的IGP对应的可见IPP加权个数，根据该可见IPP加权个数来计算GIVE值，从而提高了计算GIVE值的准确性，进而实现了对星基增强系统可用性的准确预测。同时，本实施例可以根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目从第一映射关系中获得当前时刻每颗卫星的UDRE值，根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数从第二映射关系中获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，进而减小了计算UDRE值和GIVE值的计算复杂性，从而实现了对星基增强系统可用性的简单、快速预测。
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EGNOS的系统结构图；
图2为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例一的流程示意图；
图3为EGNOS系统中RIMS和IGP的分布图；
图4为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例二的流程示意图；
图5为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例三的流程示意图；
图6为可见IPP加权个数与GIVEI值之间的拟合关系图；
图7为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例四的流程示意图；
图8为S-GDOP在区间0到100之间所对应的第一映射关系图；
图9为S-GDOP在区间100到200之间所对应的第一映射关系图；
图10为S-GDOP在区间200到300之间所对应的第一映射关系图；
图11为S-GDOP在区间300到400之间所对应的第一映射关系图；
图12为S-GDOP在区间400到500之间所对应的第一映射关系图；
图13为UDREI和RIMS数及S-GDOP的相关性示意图；
图14为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例五的流程示意图；
图15为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图；
图16为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图；
图17为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图。
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。
为了方便对本申请技术方案的阐述，首先对本申请所属的技术领域进行以下简要介绍：
星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，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(Wide Area Augmentation System，简称WAAS)、俄罗斯的差分校正和监测系统(System for Differential Corrections and Monitoring，简称SDCM)、欧洲的静地轨道卫星导航重叠服务(European Geostationary Navigation Overlay Service，简称EGNOS)、日本的多功能卫星增强系统(Multi-functional Satellite AugmentationSystem，简称MSAS)以及印度的静地轨道增强导航系统(GPS Aided Geo AugmentedNavigation，简称GAGAN)。
图1为EGNOS的系统结构图。如图1所示，EGNOS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(Global Positioning System，简称GPS)卫星、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，简称GLONASS)卫星和地球静止轨道(synchronous orbit，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(Ranging and Integrity Monitoring Stations，简称RIMS)和中心站(MasterControl Center，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(Navigation Land Earth Station，简称NLES)组成，用于对EGNOS系统进行全面控制和数据处理。用户段由EGNOS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EGNOS和GPS/GLONASS的信号，并具有对EGNOS和GPS/GLONASS的信息进行定位数据综合处理的功能。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法与装置可以适用于各种SBAS系统，用于解决现有技术无法快速、准确预测卫星导航星基增强系统的可用性的问题。本申请的技术方案通过获取当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数，并结合第一映射关系和第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，然后根据上述UDRE值和GIVE值计算当前时刻星基增强系统的保护级PL，从而实现了对卫星导航星基增强系统可用性的快速、准确预测，提高了飞机飞行的安全性。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明下面实施例主要以EGNOS系统为例阐述本发明基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，但是本发明的技术方案可以适用于各种SBAS系统。
图2为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例一的流程示意图，图3为EGNOS系统中RIMS和IGP的分布图。本实施例涉及的是根据当前时刻每颗卫星的可见距离修正和完好性监测站(Ranging and Integrity Monitoring Stations，简称RIMS)数目和当前时刻每颗卫星的每个电离层格网点(Ionospheric Grid Point，简称IGP)对应的可见电离层穿透点(Ionospheric Pierce Point,简称IPP)加权个数预测卫星导航星基增强系统可用性的具体过程。如图1所示，本实施例的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法可以包括：
S101、根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数。
目前，EGNOS系统中共有39个RIMS。但是，其中部分RIMS尚处于测试阶段，未投入运行，部分RIMS仅用于UDRE监测或者仅用于GIVE监测，实际用于UDRE监测的RIMS共有31个。如图3所示，其中实心圆表示RIMS，根据RIMS在EGNOS系统中的分布，可以精确获知RIMS的具体位置。
接着，通过当前时刻的导航历书可以推算出当前时刻每颗卫星在当前时刻的位置，从当前时刻的导航历书可以推算出当前时刻每颗卫星在当前时刻的位置为本领域技术人员的公知常识，在此不再赘述。从而，根据RIMS位置和当前时刻每颗卫星的位置，可以得到当前时刻每颗卫星的可见RIMS数，其具体过程可以为：
首先，计算当前时刻每个RIMS到每颗卫星的仰角(仰角的计算过程为公知常识，在此不再赘述)。接着，将计算出的当前时刻每个RIMS到每颗卫星的仰角与每颗卫星的截止角(例如5度或10度，具体根据实际情况来定)进行比较；若某一个RIMS与某一个卫星的仰角大于截止角时，则说明该RIMS相对于该卫星可见，若该仰角小于或等于截止角时，则说明该RIMS相对于该卫星不可见。最后，统计当前时刻每颗卫星的所有可见RIMS个数。另一方面，目前，EGNOS中使用了4个垂向格网带(南北方向)和1个横向格网带(东西方向)。其中，垂向格网带包括第3带(55个IGP)、第4带(85个IGP)、第5带(78个IGP)、第6带(21个IGP)；横向格网带为第9带(80个IGP)。如图3所示，其中三角形表示IGP，根据EGNOS系统中IGP的分布，可以精确获得每个IGP的具体位置。
卫星与RIMS的连线与电离层球面形成的交点即为IPP，因此，本实施例可以通过计算每个RIMS与当前时刻每颗卫星的连线与电离层的交点获得当前时刻每颗卫星对应的所用IPP位置。接着，根据EGNOS系统中每个IGP的位置和当前时刻每颗卫星对应的每个IPP的位置，统计当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见IPP个数，同时获得每个IGP对应的每个可见IPP的位置。
由于，在根据IGP计算GIVE时，距离IGP较近IPP在计算GIVE时作的贡献一定大于远处的IPP。因此，为了解决这个问题，提高GIVE的计算准确性，则本实施例根据现有的计算方法对当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数进行相应的加权处理，获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，其中本实施例对根据每个IGP对应的可见IPP个数获得每个IGP对应的可见IPP加权个数的具体方法不做限制。即本实施例的技术方案，考虑了距离IGP不同的IPP在计算GIVE时的作用不同，进而通过计算当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，使得根据每个IGP对应的可见IPP加权个数获得的GIVE更加准确，从而提高了预测卫星导航系统可用性的准确性。
S102、根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值。
其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系。
具体地，由于第一映射关系中同一种卫星几何结构下不同的可见RIMS数目与不同的UDRE值一一对应，其中该第一映射关系可以是不同的可见RIMS数目与不同的UDRE值形成的图像，也可以是不同的可见RIMS数目与不同的UDRE值形成的列表，本实施例对第一映射关系的具体形式不做限制。本实施例中由于第一映射关系中包括了多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系，即一种卫星几何结构对应一个由不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系，进而提高了RIMS数目与UDRE值之间对应关系的准确性。本实施例可以根据某一个具体的可见RIMS数目，在第一映射关系中可以获得该可见RIMS数目对应的UDRE值。这样，可以根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，从第一映射关系中获得每个可见RIMS数目对应的UDRE值。本实施例的技术方案，可以通过当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，即可快速地从第一映射关系中获得每个可见RIMS数目对应的UDRE值，从而实现对UDRE值的简单、快速计算，进而提高了卫星导航系统可用性的预测速度。
S103、根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值。
其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系。
具体地，由于第二映射关系中不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间一一对应，其中该第二映射关系可以是不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值形成的图像，也可以是不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值形成的列表，本实施例对第二映射关系的具体形式不做限制。本实施例可以根据某一个具体的可见IPP加权个数，从第二映射关系中获得该可见IPP加权个数对应的GIVE值。这样，可以根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，在第二映射关系中获得每个可见IPP加权个数对应的GIVE值，即可获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值。即本实施例的技术方案，可以通过当前时刻每颗卫星的可见每个IGP对应的可见IPP加权个数，从第二映射关系中快速地获得每个IGP对应的可见IPP加权个数对应的GIVE值，从而实现对GIVE值的简单、快速计算，进而提高了卫星导航系统可用性的预测速度。
S104、根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
具体地，根据上述S102获得的当前时刻每颗卫星的UDRE值和上述S103获得的当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，计算当前时刻星基增强系统的PL。接着，根据当前时刻星基增强系统的PL来判断当前时刻星基增强系统是否可用，具体为：将当前时刻星基增强系统的PL与保护级阈值比较；若当前时刻星基增强系统的PL小于或等于保护级阈值，则说明当前时刻星基增强系统可用；若当前时刻星基增强系统的PL大于保护级阈值，则说明当前时刻星基增强系统不可用。
需要说明的是，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。
可选地，RTCA/DO-229D给出了星基增强系统的PL的计算公式，具体为：VPLSBAS＝Kv·dU
上式中，
其中，HPLSBAS为星基增强系统水平定位误差保护级，VPLSBAS为星基增强系统垂直定位误差保护级，KH,NPA为非精密进近(Non-Precision Approach,简称NPA)情况下计算HPL的比例系数，KH,PA为精密进近(Precision Approach，简称PA)情况下计算HPL的比例系数，Kv为计算VPL的比例系数，dmajor为误差椭圆的半长轴方向的误差不确定度，dU，deast、dnorth分别为包络真实误差分布的分布模型在天、东、北方向上的标准差，dEN为分布模型在东方向和北方向上的协方差，S为定位误差对伪距误差的偏导矩阵，σi为伪距标准差，σi,flt为伪距差分改正数标准差，σi,UIRE为电离层误差标准差，σi,air为机载接收机误差标准差，σi,tropo为对流层误差标准差。
本实施例，可以根据当前时刻每颗卫星的UDRE值来计算σi,flt，根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值来计算σi,UIRE，根据当前时刻每颗卫星的位置来计算观测矩阵G；
然后，根据σi,flt和σi,UIRE计算σi，根据观测矩阵G计算偏导矩阵S；
再次，根据σi和S计算dest，dnorth，dEN，dmajor，dU；
最后，根据dest、dnorth、dEN、dmajor和du，计算VPLSBAS和HPLSBAS。
再根据上述方法，将上述计算获得的VPLSBAS和HPLSBAS分别与预设的保护级阈值进行比较，即可判断出当前时刻卫星导航星基增强系统是否可用，其具体判断过程可以参照上述描述，在此不再赘述。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，首先，根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数。接着，根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。然后，根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误GIVE值。最后，根据当前时刻每颗卫星的UDRE值和当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。即，本实施例的技术方案，考虑了IGP较近IPP在计算GIVE时作的贡献一定大于远处的IPP，因此通过计算当前时刻每颗卫星的IGP对应的可见IPP加权个数，根据该可见IPP加权个数来计算GIVE值，从而提高了计算GIVE值的准确性，进而实现了对星基增强系统可用性的准确预测。同时，本实施例可以根据当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目从第一映射关系中获得当前时刻每颗卫星的UDRE值，根据当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数从第二映射关系中获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，进而减小了计算UDRE值和GIVE值的计算复杂性，从而实现了对星基增强系统可用性的简单、快速预测。
图4为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例二的流程示意图。本实施例涉及的是上述S101根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数的具体过程。如图4所示，上述S101具体可以包括：
S201、根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数。
具体地，首先，从当前时刻的导航历书中推算出当前时刻每颗卫星的位置，从图3中获得每个RIMS的位置，通过计算每个RIMS与当前时刻每颗卫星的连线与电离层的交点获得当前时刻每颗卫星对应的所用IPP位置。接着，计算每颗卫星对应的每个IPP到每个IGP的距离。然后，将每个IPP到每个IGP的距离与截止距离(例如600km)比较，判断每个IPP的可见性，具体为，若某一个IPP到某一个IGP的距离小于截止距离，则该IPP对于该IGP可见，若该IPP到该IGP的距离大于或等于截止距离，则该IPP对于该IGP不可见。最后，统计当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的总个数。
S202、根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted。
其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
具体地，由上述S201可获得当前时刻每颗卫星对应的每个可见IPP的位置。接着，可以计算每颗卫星对应的每个可见IPP与每个IGP之间的距离dij，接着将每个dij代入上述公式中，即可获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted。其中，上述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，C为固定常数，优选地可以为C＝1。
本发提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，考虑了距离IGP不同的IPP在计算GIVE时的作用不同，进而通过距离倒数加权，获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，使得根据每个IGP对应的可见IPP加权个数获得的GIVE更加准确，从而提高了卫星导航系统可用性的预测准确性。
图5为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例三的流程示意图。本实施例涉及的是在上述S103根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，建立第二映射关系的具体过程。如图5所示，在上述S103之前本实施的方法还可以包括：
S301、根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数。
具体地，从不同的历史时刻的导航历书中获得每颗卫星在不同的历史时刻的位置，接着根据不同历史时刻每颗卫星的位置和每个IGP的位置，即可获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数，其具体过程可以参照上述S201的过程，在此不再赘述。例如，从历史时刻t1的导航历书中获得每颗卫星在历史时刻t1的位置，接着根据上述S201的方法可以获得在历史时刻t1每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数。同理，根据上述方法可以获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数。
S302、根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数。
具体地，根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的位置和每个IGP的位置，计算不同历史时刻每个可见IPP与每个IGP之间的距离，接着将每个可见IPP与每个IGP之间的距离代入上述公式即可获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数。例如，根据历史时刻t1每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP位置和每个IGP的位置，计算在历史时刻t1每颗卫星对应的每个可见IPP与每个IGP之间的距离dij，接着将每个dij代入上述公式中，即可获得历史时刻t1每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted。其中，上述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，C为固定常数，优选地可以为C＝1。同理，根据上述方法可以获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数。
需要说明的是，为了避免单次试验带来的偶然误差，本实施例采集了大量的历史时刻的数据，进而可以较准确地获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，具有一般规律性。
S303、根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值。
需要说明的是，解析EGNOS系统中GEO卫星播发的导航电文，可以得到电离层校正等增强信息，其中s26类型的数据中就含有每个IGP实时的GIVEI值。其中，GIVEI是格网电离层垂直误标记值(Grid Ionospheric Vertical Error Indicator，简称GIVEI)，表示对GIVE值分档输出。GIVEI值从0到15，0-14代表GIVE的不同分档值，15代表该格网点未被监测到。接着，根据不同的GIVEI值与不同的GIVE值之间的对应关系，即可获得每个GIVEI值对应的GIVE值，即本实施例中当GIVEI值已知时，其对应的GIVE值已知，因此在有些场合可以将其理解为一个值。这样，本实施例可以从不同历史时刻对应的导航电文中即可获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVEI值，进而获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值。
S304、根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
具体地，根据上述S302可以获得在历史时刻t1卫星A的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted 1，以及根据S303可以获得在历史时刻t1卫星A的每个IGP对应的GIVE1，这样可以获得t1时刻卫星A的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted 1与t1时刻卫星A的每个IGP对应的GIVE1之间的对应关系，即(Nweighted 1，GIVE1)。同理，根据上述方法可以获得在历史时刻t1其他卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数与GIVE值之间的对应关系，进而获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数与不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之间的对应关系，将该对应关系记为第二映射关系。
可选地，上述的第二映射关系还可以是以不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数为自变量，以不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVEI值(或者GIVE值)为因变量，绘制如图6所示的可见IPP加权个数与GIVEI值之间的拟合关系图。从图6所示的拟合关系图，当横坐标的可见IPP加权个数已知时，即可获得已知可见IPP加权个数对应的纵坐标GIVEI值，进而获得该可见IPP加权个数对应GIVE值。
本实施例的技术方案，可以根据任意时刻的导航历书中读取任意时刻每颗卫星的位置，以及根据星基增强系统中每个RIMS的位置和IGP的位置，即可获得在该时刻每颗卫星的每个IGP对应的每个可见IPP的位置。接着，根据上述S302中的公式，获得该时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，然后，从图6所示的第二映射关系中获得每个可见IPP加权个数对应的GIVEI值，即可获得该时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值。由此可知，本实施例的方法可以直接根据导航历书和第二映射关系，即可获得任意时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，接着根据该时刻的不同GIVE值来判断该时刻卫星导航星基增强系统的可用性，其整个过程简单、快速，进而实现了对卫星导航星基增强系统的可用性的简单、快速预测。
需要说明的是，本实施例是采用的大量的历史数据来建立第二映射关系的，保证了建立好的第二映射关系可以准确反映出不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的对应的关系，使得可以根据该第二映射关系准确预测出不同时刻卫星导航星基增强系统的可用性。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数，接着，通过距离倒数加权，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数，再从不同历史时刻的导航电文中获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，然后，以不同的可见IPP加权个数为自变量，以不同的GIVE值为因变量，获得不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的第二映射关系，使得根据该第二映射关系可以准确、快速地预测出不同时刻卫星导航星基增强系统的可用性。
图7为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例四的流程示意图，在上述实施例的基础上，本实施例涉及的是在S102根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，如何建立第一映射关系的具体过程。如图7所示，在S102之前，本发明的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法还包括：
S401、根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP。
其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[li mi ni]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量。
需要说明的是，由于UDRE具有这样两个特点：首先它描述单个卫星的星历星钟误差标准差；其次，它由多个监测站的观测伪距计算生成，因此卫星-监测站间的几何结构会对UDRE产生影响，而分析卫星几何结构对UDRE的影响，首先要定义能够描述多站单星这种几何结构的物理量，称之为S-GDOP。
具体地，首先，从历史时刻t1对应的历史导航历书中推算出在历史时刻t1卫星A的位置。接着，根据t1时刻卫星A的位置和图3中每个RIMS的位置，计算在t1时刻卫星A与每个RIMS的单位视线向量(其中，根据卫星A的位置和某一RIMS的位置获得卫星A与该RIMS的单位视线向量为公知常识，在此不再赘述)，这样可以获得在t1时刻卫星A的观测矩阵H，其中观测矩阵H中的第i行[li mi ni]为卫星A对第i个RIMS的单位视线向量。然后，根据公式G＝(HTH)-1计算在t1时刻卫星A对应的G矩阵，接着将G矩阵带入公式获得在t1时刻卫星A对应的几何精度因子S-GDOP。同理，根据上述方法，可以获得不同历史时刻每颗卫星对应的S-GDOP。
S402、对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP。
具体地，对上述S401获得的不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行排序(该排序可以是升序排列也可以是降序排列，本实施例对此不做限制)，这样可以获得一个S-GDOP序列。接着根据预设的分组区间(例如100)对上述S-GDOP序列进行分组，获得至少一个S-GDOP分组，例如第i个S-GDOP分组中S-GDOP的取值区间为[100(i-1),100i]，这样可以获得每个卫星在不同的历史时刻对应的不同的S-GDOP所属的S-GDOP分组，例如卫星A在t1时刻对应的S-GDOP所属的S-GDOP分组1。其中，每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP。
S403、根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值。
S404、根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
需要说明的是，解析EGNOS系统中GEO卫星播发的导航电文，可以得到星钟/星历校正等增强信息，其中sfc类型的数据中就含有每颗GPS卫星实时的UDREI值，其中，UDREI是用户差分距离误差标记值(User Difference Range Error Indicator，简称UDREI)，表示对UDRE值进行分档，UDREI值从0到15，0-13代表UDRE的不同分档值，14代表没有监测到该卫星，15代表UDRE数据不可用。接着，根据不同的UDREI值与不同的UDRE值之间的对应关系，即可获得每个UDREI值对应的UDRE值，即本实施例中当UDREI值已知时，其对应的UDRE值已知，因此在有些场合可以将其理解为一个值。这样，本实施例可以从不同历史时刻对应的导航电文中即可获得不同历史时刻每颗卫星的UDREI值，进而获得不同历史时刻每颗卫星的UDRE值。
为了清楚阐述本实施例的技术方案，在此举例说明：
假设S-GDOP分组1中包括的S-GDOP(a)、S-GDOP(b)和S-GDOP(c)，其中S-GDOP(a)为卫星A在历史时刻t2对应的S-GDOP，S-GDOP(b)为卫星F在历史时刻t3对应的S-GDOP，S-GDOP(c)为卫星E在历史时刻t5对应的S-GDOP。确定S-GDOP分组1中每颗卫星的历史可见RIMS个数，具体为，从t2时刻的导航历书中推算出卫星A在t2时刻的位置，接着根据上述S101方法获得卫星A在t2时刻的可见RIMS个数(例如为20)；同理，从t3时刻的导航历书中推算出卫星F在t3时刻的位置，接着根据上述S101方法获得卫星F在t3时刻的可见RIMS个数(例如为15)，以及从t5时刻的导航历书中推算出卫星E在t5时刻的位置，接着根据上述S101方法获得卫星E在t5时刻的可见RIMS个数(例如为10)。然后，从t2时刻的导航电文中读取获得卫星A在t2时刻对应的UDREI值(例如为6)，从t3时刻的导航电文中获得卫星F在t3时刻对应的UDREI值(例如为7)，以及从t5时刻的导航电文中获得卫星E在t5时刻对应的UDREI值(例如为8)。这样将不同卫星在不同时刻的可见RIMS个数与UDREI值关联起来，即可得到三组数据，分别为(RIMS＝20,UDREI＝6)、(RIMS＝15,UDREI＝7)和(RIMS＝10,UDREI＝8)，接着将根据UDREI与UDRE之间的对应关系，即可获得上述S-GDOP分组1中每个可见RIMS与每个UDRE之间的第一映射关系。同理，根据上述方法可以获得每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数、每颗卫星在不同的历史时刻的UDRE值，即可获得每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
可选地，本实施例每个S-GDOP分组对应的第一映射关系还可以是以可见RIMS个数为自变量，以UDREI值(或者UDRE值)为应变量，获得可见RIMS个数与UDREI值之间的拟合图。例如图8至图12所示，其中，图8为S-GDOP在区间0到100之间所对应的第一映射关系图，图9为S-GDOP在区间100到200之间所对应的第一映射关系图，图10为S-GDOP在区间200到300之间所对应的第一映射关系图，图11为S-GDOP在区间300到400之间所对应的第一映射关系图，图12为S-GDOP在区间400到500之间所对应的第一映射关系图。
图13为UDREI和可见RIMS数及S-GDOP的相关性示意图，由图13可知，UDREI与可见RIMS数呈显著强相关(其相关系数R＝-0.72显著水平P＝0)，UDREI与S-GDOP显著弱相关(其相关系数R＝0.21显著水平P＝4e-31)。由此可知UDREI与S-GDOP显著相关。因此，本实施例将不同时刻每颗卫星对应的S-GDOP进行分组，认为同一个S-GDOP分组中的每个卫星与观测站之间具有相似的几何结构，因此计算每个S-GDOP分组中可见RIMS数与UDREI的第一映射关系，可以提高计算UDRE的准确性，进而实现了对星基增强系统可用性的准确预测。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，通过计算不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP，并根据预设的分组区间对所有S-GDOP序列分组，获得多个S-GDOP分组，接着根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、根据每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获得每个S-GDOP分组对应的第一映射关系，即本实施例的方法考虑了UDRE与S-GDOP之间的相关性，进而提高了计算UDRE的准确性，从而实现了对星基增强系统可用性的准确预测。
图14为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法实施例五的流程示意图，在上述实施例的基础上，本实施例涉及的是上述S102根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值的具体过程。如图14所示，上述S102具体可以包括：
S501、根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值。
S502、根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组。
具体地，从当前时刻的导航历书中推算出当前时刻卫星A的位置，接着计算卫星A与每个RIMS的单位视线向量，获得卫星A的观测矩阵H，接着计算卫星A在当前时刻的S-GDOP，其具体过程可以参照上述S401的描述，在此不再赘述。同理，根据上述方法，可以获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值。
参照上述S402，上述S402对每个S-GDOP进行了分组，获得多个S-GDOP分组，因此，根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值即可获得不同的S-GDOP值所属的S-GDOP分组。如上述所述，假设S-GDOP分组的分组区间为100，当前时刻计算的卫星A的S-GDOP为50时，则此时该卫星A的S-GDOP落在了S-GDOP值为[0,100]的S-GDOP分组中，即获得了当前时刻卫星A所属的S-GDOP分组。
S503、根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
参照上述例子，假设当前时刻卫星A的S-GDOP＝50落在了S-GDOP值为[0,100]的S-GDOP分组中，其中S-GDOP值为[0,100]的S-GDOP分组对应的第一映射关系如图8所示。接着，从当前时刻的导航历书和每个RIMS的位置获得卫星A的可见RIMS数目，其具体过程可以参照上述S101的描述，在此不再赘述。然后，根据当前时刻卫星A的可见RIMS数目，从图8所示的第一映射关系图中获得该可见RIMS数目对应的UDREI值，将该UDREI值转换成UDRE值，该UDRE值即为卫星A在当前时刻的UDRE值。同理，根据上述方法可以获得当前时刻每颗卫星的UDRE值。最后，根据当前时刻每颗卫星的UDRE值计算当前时刻卫星导航星基增强系统的PL，进而根据该PL即可判断当前时刻卫星导航星基增强系统是否可用。
本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，首先通过计算当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组，接着从所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系中获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目所对应的UDRE值，从而提高了获得UDRE值的速度和准确性，进而提高了预测卫星导航星基增强系统可用性的速度和准确性、提高了卫星导航系统定位精度。
图15为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图，如图15所示，本实施例的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置可以包括：第一获取模块10、第一处理模块20、第二处理模块30和预测模块40。
其中，第一获取模块10，用于根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数。
第一处理模块20，用于根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值；其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系。
第二处理模块30，用于根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值；其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系。
预测模块40，用于根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
本实施例的装置，可以用于执行图1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。
进一步地，上述第一获取模块10，具体用于根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数，并根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted；其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
图16为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图，如图16所示，本实施例的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置还可以包括：第二获取模块50、第三获取模块60和第一构建模块70。
其中，第二获取模块，用于在所述根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数，并根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数。
第三获取模块60，用于根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值。
第一构建模块70，用于根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
本实施例的装置，可以用于执行上述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17为本发明提供的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置实施例一的结构示意图，如图17所示，本实施例的基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置还可以包括：计算模块80、分组模块90、确定模块100和第二构建模块110。
其中，计算模块80，用于在第一处理模块20根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP；其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[li mi ni]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量。
分组模块90，用于对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP。
确定模块100，用于根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值。
第二构建模块110，用于根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
进一步地，上述第一处理模块20，具体用于根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组，并根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
本实施例的装置，可以用于执行上述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。
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)

1.一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测方法，其特征在于，包括：
根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数；
根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值；其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系；
根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值；其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系；
根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数，具体包括：
根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数；
根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted；其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，还包括：
根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数；
根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数；
根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值；
根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，还包括：
根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP；其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[li mi ni]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量；
对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP；
根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值；
根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值，具体包括：
根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值；
根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组；
根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
6.一种基于卫星几何结构的SBAS可用性预测装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于根据当前时刻的导航历书和星基增强系统中的距离修正和完好性监测站RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和当前时刻每颗卫星的每个电离网格网点IGP对应的可见电离层穿透点IPP加权个数；
第一处理模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的用户差分距离误差UDRE值；其中，所述第一映射关系包括多种卫星几何结构下不同可见RIMS数目与不同UDRE值之间的映射关系；
第二处理模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的格网电离层垂直误差GIVE值；其中，所述第二映射关系包括不同的可见IPP加权个数与不同的GIVE值之间的映射关系；
预测模块，用于根据所述当前时刻每颗卫星的UDRE值和所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，确定当前时刻星基增强系统的保护级PL，并根据所述PL判断当前时刻所述星基增强系统是否可用。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于根据所述当前时刻的导航历书确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP的个数，并根据公式确定所述当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP加权个数Nweighted；其中，所述dij为第i个可见IPP与第j个IGP之间的距离，所述C为固定常数。
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：
第二获取模块，用于在所述根据所述当前时刻每个IGP对应的可见IPP加权个数和预设的第二映射关系，确定当前时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值之前，根据不同历史时刻的导航历书和每个RIMS的位置，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的可见IPP个数，并根据所述公式确定不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数；
第三获取模块，用于根据不同历史时刻的导航电文，获得不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值；
第一构建模块，用于根据不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的历史可见IPP加权个数、不同历史时刻每颗卫星的每个IGP对应的GIVE值，建立所述第二映射关系。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
计算模块，用于在第一处理模块根据所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目和预设的第一映射关系，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值之前，根据不同历史时刻每颗卫星的位置、所述每个RIMS的位置和公式计算不同历史时刻每颗卫星的几何精度因子S-GDOP；其中G＝(HTH)-1，观测矩阵H中的第i行[li mini]为每颗卫星对第i个RIMS的单位视线向量；
分组模块，用于对不同历史时刻每颗卫星的S-GDOP进行升序排序后，得到S-GDOP序列，并根据预设的分组区间对所述S-GDOP序列分组，获得至少一个S-GDOP分组；每个S-GDOP分组包括至少一个卫星在任一时刻对应的S-GDOP；
确定模块，用于根据每个S-GDOP分组中的S-GDOP确定每个S-GDOP分组中的卫星，并根据不同历史时刻的导航历书，确定每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数；以及，根据不同历史时刻的导航电文确定不同历史时刻每颗卫星的UDRE值；
第二构建模块，用于根据不同历史时刻每颗卫星的UDRE值、所述每个S-GDOP分组中每颗卫星的历史可见RIMS个数，获取每个S-GDOP分组对应的第一映射关系。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理模块，具体用于根据当前时刻的导航历书和所述每个RIMS的位置，获得当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，根据当前时刻每颗卫星的S-GDOP值，确定当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组，并根据当前时刻每颗卫星所属的S-GDOP分组对应的第一映射关系和所述当前时刻每颗卫星的可见RIMS数目，确定所述当前时刻每颗卫星的UDRE值。
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