CN106383357A - 一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，包括空间段i颗卫星模型，地面段k个监测站模型，一个主控站模型、j个注入站模型，一个卫星轨道仿真模块以及一个调度规划服务模块；卫星模型接收地面导航数据，当相关设备可用时进行处理并向监测站模型发送导航数据；卫星轨道仿真模块计算监测站模型的可视卫星模型，收集观测数据；当监测设备可用时，接收可视卫星模型的观测信息，在通信网可用时将观测信息发送到主控站；主控站模型接收观测信息，在相关设备可用时，处理生成导航数据信息，分发到相关的注入站模型；注入站模型接收导航数据信息，在业务相关设备和通信网均可用时，将导航数据信息发送给目的卫星模型。

Description

一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统

技术领域

本发明涉及卫星导航系统和可靠性工程技术领域，具体涉及一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统。

背景技术

由于卫星导航系统的可用性问题，之前已有的卫星导航系统模型的可用性分析存在以下问题：

一是只描述卫星轨道变化几何构型等性能，对于卫星导航系统内信息流转过程中其他性能，比如监测性能、通信性能等均没有相关可用性分析，即缺少性能和可用性的有机结合。

二是只描述卫星导航系统整体的可用性，对于系统内整个信息流向，比如导航数据监测过程、导航数据上注过程等过程没有单一的可用性描述，而且在进行系统整体可用性描述时，以静态为主，不能模拟系统动态交互和运行过程，难以反映卫星导航系统的动态、相关、多态等特性，与系统实际状态存在一定偏差。另外，利用故障树、贝叶斯网等模型可分析系统的稳定可用性，但无法支撑系统瞬时可用性分析的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，该系统可用于卫星导航系统在其可用性分析的基础上进行有效可靠的信息流转，使得卫星导航系统性能以及流程中的可用性实现有机、动态的结合。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，包括空间段i颗卫星模型，地面段k个监测站模型，一个主控站模型、j个注入站模型，一个卫星轨道仿真模块以及一个调度规划服务模块；其中i、k、j均为正整数。

卫星模型中的信息流转过程为：卫星模型接收地面导航数据，通过卫星模型中影响导航数据状态变化的设备的可用性模型和可用性参数，判断影响导航数据状态变化的设备的可用性，当可用时进行导航数据处理并向监测站模型发送导航数据。

卫星轨道仿真模块根据轨道模型计算出仿真时刻各卫星模型的轨道，根据卫星模型的位置，计算监测站模型的可视卫星模型。

监测站模型的信息流转过程为：通过获取监测设备的可用性模型和可用性参数，判断监测设备的可用性，当监测设备可用时，接收可视卫星模型的导航数据信息作为监测数据，并通过通信网可用性模型和可用性参数计算通信网可用性，在通信网可用时将监测数据通过通信网发送到主控站。

主控站模型的信息流转过程为：主控站模型接收各监测站模型收集的监测数据，根据主控站模型中对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性模型和可用性参数，判断对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性，在对导航新数据生成状态变化有影响的设备可用时，主控站模型对监测数据进行数据预处理和业务处理生成导航数据信息，按照调度规划服务模块生成的注入规划将导航数据信息分发到相关的注入站模型。

注入站模型的信息流转过程为：通过通信网接收主控站的导航数据信息，在调度规划服务模块的控制下，通过注入站模型中业务相关设备和通信网的可用性模型和可用性参数，判断业务相关设备和通信网的可用性，当二者均可用时，在设定的时间内、在目的卫星模型的可视弧段将新的导航数据信息发送给目的卫星模型；调度规划服务模块用于管理控制注入站向卫星注入数据的过程，生成注入规划。

进一步地，在导航数据信息流转的过程的同时，卫星轨道仿真模块根据卫星轨道变化计算在当前仿真时刻每颗卫星的位置，根据监测站模型的位置，计算监测站模型对于卫星是否可见，并记录可见性信息，监测站模块根据可见性信息判断卫星是否为可视卫星。

进一步地，根据监测站模型的位置，计算监测站模型的可视卫星模型的过程具体为：

step1、获取监测站模型的位置。

step2、计算卫星和监测站模型之间的距离。

step3、计算卫星和监测站模型之间的方位角。

step4、依据卫星和监测站模型之间的方位角，计算二者之间的截止角。

step5、计算卫星和监测站模型之间的仰角。

step6、判断仰角是否小于截止角，若是则监测站模型对于卫星不可见，否则监测站模型对于卫星可见。

有益效果：

1、本发明通过建立描述卫星导航系统结构和行为特性的导航信息流系统，该系统从结构上包括空间段和地面段，空间段包括卫星星座，地面段包括监测站、主控站和注入站。该系统全面地描述了系统运行过程中的可用性实时变化过程，克服了传统可用性分析中仅基于静态事件组合分析系统可靠性的局限性。利用模型可进行可用性分析评价和系统验证等工作，解决卫星导航系统性能和可用性结合不紧密无法综合分析的不足，在系统信息流转过程中充分考虑到流程中的可用性分析，使得信息流转过程更加有效可靠。

2、本发明首次提出卫星轨道随时间变化，结合卫星导航系统运行时组成结构特点和各组成的可用性数据信息，按照地面规划上注导航数据信息的系统运行方式建立的卫星导航系统信息流系统，该系统在仿真运行时包括两个并行的过程，一个是带有可用性信息的导航信息流在系统中的流转过程，一个是地面站对于卫星星座轨道运行时的观测可见性。能够更加逼真的模拟卫星导航系统运行过程，支撑卫星导航系统瞬时可用性仿真验证方法研究，支持可用性参数优化、薄弱环节识别和设计改进等工作。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明中可见性计算过程。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，系统框架如图1所示，包括空间段i颗卫星模型，地面段k个监测站模型，一个主控站模型、j个注入站模型，一个卫星轨道仿真模块以及一个调度规划服务模块；其中i、k、j均为正整数。

卫星模型中的信息流转过程为：卫星模型接收地面导航数据，通过卫星模型中影响导航数据状态变化的设备的可用性模型和可用性参数，判断影响导航数据状态变化的设备的可用性，当可用时进行导航数据处理并向监测站模型发送导航数据；

卫星轨道仿真模块根据轨道模型计算出仿真时刻各卫星模型的轨道，根据卫星模型的位置，判断监测站模型的可视卫星模型；

监测站模型的信息流转过程为：通过获取监测设备的可用性模型和可用性参数，计算监测设备的可用性，当监测设备可用时，接收可视卫星模型的导航数据信息作为监测数据，并通过通信网可用性模型和可用性参数计算通信网可用性，在通信网可用时将监测数据通过通信网发送到主控站；

主控站模型的信息流转过程为：主控站模型接收各监测站模型收集的监测数据，根据主控站模型中对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性模型和可用性参数，判断对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性，在对导航新数据生成状态变化有影响的设备可用时，主控站模型对监测数据进行数据预处理和业务处理生成导航数据信息，按照调度规划服务模块生成的注入规划将导航数据信息分发到相关的注入站模型；

注入站模型的信息流转过程为：通过通信网接收主控站的导航数据信息，在调度规划服务模块的控制下，通过注入站模型中业务相关设备和通信网的可用性模型和可用性参数，判断业务相关设备和通信网的可用性，当二者均可用时，在设定的时间内、在目的卫星模型的可视弧段将新的导航数据信息发送给目的卫星模型；调度规划服务模块用于管理控制注入站向卫星注入数据的过程，生成注入规划。

导航信息流系统的导航数据信息流流转过程包括如下步骤：

步骤1、主控站接收各监测站收集的观测信息后，根据主控站相关设备对观测信息的影响，进行数据预处理和业务处理生成导航数据信息，并调用调度规划服务模块确定该导航数据信息所使用的注入站以及目的卫星，然后主控站将该导航数据信息发送给相应注入站。

步骤2、注入站收到导航数据信息后，判断注入站中业务相关设备和通信网的可用性，当二者均可用时则注入导航数据信息给目的卫星。

步骤3、目的卫星接收导航数据信息，综合星上影响导航数据状态变化的多个相关设备的可用性，进行导航数据的更新处理，将更新后的导航数据信息转发给地面。

步骤4、地面监测站收到导航数据信息后，判断监测设备和通信网的可用性，若二者均可用，则将该导航数据信息作为观测信息传输至主控站。

步骤5、主控站收集利用所有监测站发来的观测信息，用于进行导航数据信息的更新，返回步骤1。

在导航数据信息流转的过程的同时，卫星轨道仿真模块根据卫星轨道变化计算在当前仿真时刻每颗卫星的位置，根据监测站模型的位置，计算监测站模型对于卫星是否可见，并记录可见性信息，监测站模块根据可见性信息判断卫星是否为可视卫星。

计算监测站模型对于卫星是否可见的过程如图2所示，具体为：

step1、获取监测站模型的位置；

step2、计算卫星和监测站模型之间的距离；

step3、计算卫星和监测站模型之间的方位角；

step4、依据卫星和监测站模型之间的方位角，计算二者之间的截止角；

step5、计算卫星和监测站模型之间的仰角；

step6、判断仰角是否小于截止角，若是则监测站模型对于卫星不可见，否则监测站模型对于卫星可见。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，其特征在于，包括空间段i颗卫星模型，地面段k个监测站模型，一个主控站模型、j个注入站模型，一个卫星轨道仿真模块以及一个调度规划服务模块；其中i、k、j均为正整数；

所述卫星模型中的信息流转过程为：卫星模型接收地面导航数据，通过卫星模型中影响导航数据状态变化的设备的可用性模型和可用性参数，判断影响导航数据状态变化的设备的可用性，当可用时进行导航数据处理并向监测站模型发送导航数据；

所述卫星轨道仿真模块根据轨道模型计算出仿真时刻各卫星模型的轨道，根据卫星模型的位置，计算监测站模型的可视卫星模型；

所述监测站模型的信息流转过程为：通过获取监测设备的可用性模型和可用性参数，判断监测设备的可用性，当监测设备可用时，接收可视卫星模型的导航数据信息作为监测数据，并通过通信网可用性模型和可用性参数计算通信网可用性，在通信网可用时将监测数据通过通信网发送到主控站；

所述主控站模型的信息流转过程为：主控站模型接收各监测站模型收集的监测数据，根据主控站模型中对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性模型和可用性参数，判断对导航新数据生成状态变化有影响的设备的可用性，在对导航新数据生成状态变化有影响的设备可用时，主控站模型对所述监测数据进行数据预处理和业务处理生成导航数据信息，按照调度规划服务模块生成的注入规划将导航数据信息分发到相关的注入站模型；

所述注入站模型的信息流转过程为：通过通信网接收主控站的导航数据信息，在调度规划服务模块的控制下，通过注入站模型中业务相关设备和通信网的可用性模型和可用性参数，判断业务相关设备和通信网的可用性，当二者均可用时，在设定的时间内、在目的卫星模型的可视弧段将新的导航数据信息发送给所述目的卫星模型；所述调度规划服务模块用于管理控制注入站向卫星注入数据的过程，生成注入规划。

2.如权利要求1所述的一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，其特征在于，在所述导航数据信息流转的过程的同时，所述卫星轨道仿真模块根据卫星轨道变化计算在当前仿真时刻每颗卫星的位置，根据所述监测站模型的位置，计算监测站模型对于卫星是否可见，并记录可见性信息，所述监测站模块根据所述可见性信息判断卫星是否为可视卫星。

3.如权利要求2所述的一种模拟卫星导航系统运行的导航信息流系统，其特征在于，所述根据所述监测站模型的位置，计算监测站模型的可视卫星模型的过程具体为：

step1、获取所述监测站模型的位置；

step2、计算卫星和监测站模型之间的距离；

step3、计算卫星和监测站模型之间的方位角；

step4、依据卫星和监测站模型之间的方位角，计算二者之间的截止角；

step5、计算卫星和监测站模型之间的仰角；

step6、判断仰角是否小于截止角，若是则监测站模型对于卫星不可见，否则监测站模型对于卫星可见。