CN109375241A - 北斗raim可用性预测系统及预测方法 - Google Patents

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Abstract

一种北斗RAIM可用性预测系统及预测方法。系统包括北斗卫星位置预测模块和RAIM可用性预测模块；所述的北斗卫星位置预测模块用于预测指定时间北斗卫星导航系统的卫星可视信息以及位置信息；RAIM可用性预测模块用于实现机场、指定区域和航路的RAIM可用性预测。本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统及预测方法是利用北斗历书报文进行卫星位置预测，并得到北斗RAIM可用性预测结果，从而实现了签派部门、空管部门根据预测结果规划飞行计划。如果预测到计划飞行的任何阶段RAIM不可用持续超过5分钟，则此飞行应推迟或取消，或者在满足RAIM要求的区域重新拟定飞行计划，从而可保证飞行安全。

Description

北斗RAIM可用性预测系统及预测方法
技术领域
本发明属于北斗卫星导航系统在民航应用技术领域，特别是涉及一种北斗RAIM可用性预测系统及预测方法。
背景技术
北斗卫星导航系统(简称北斗)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。中国民航近年来一直积极推动北斗在民航领域的应用，安全在民航运行中尤为重要。其中，接收机自主完好性监测(Receiver AutonomousMonitoring，即RAIM)可用性是保证民航飞机飞行安全的重要指标之一。
RAIM技术是设在接收机中的一种算法，它利用卫星的冗余信息，对北斗的多个导航解进行一致性检验，从而进行完好性监测。RAIM技术能够自动有效地对导航卫星故障做出反应，且无需外界干预。在监测卫星工作状态的同时也保证了定位精度。但当接收机视界范围内的卫星数量、几何分布和工作状态不能满足要求时，则无法进行完好性监测，导致某些地区的某些时间不能使用，即空洞，从而对飞机飞行过程中的安全性造成影响。因此，在民航运行中，尤其是以GNSS作为主用导航时，必须要保证GNSS定位结果的准确性。为了避免飞机进入RAIM空洞区域，在航班的飞行计划批准之前进行RAIM可用性预测，能够保证在航班飞行过程中始终可用。但现有技术中，RAIM可用性预测系统都只支持单一的GPS卫星星座，仍然没有一种基于我国自主研发的北斗的可用性预测系统向航空公司的签派部门和空中交通管制部门提供必要的可用性预测信息，从而降低了飞机飞行的安全性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种北斗RAIM可用性预测系统及预测方法，用以实现北斗RAIM可用性预测，为北斗在民航中的应用奠定基础，进而向空管部门以及航空公司的签派部门提供北斗RAIM可用性预测，提高飞机飞行的安全性。
为了达到上述目的，本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统包括北斗卫星位置预测模块和RAIM可用性预测模块；所述的北斗卫星位置预测模块用于预测指定时间北斗卫星导航系统的卫星可视信息以及位置信息；RAIM可用性预测模块用于实现机场、指定区域和航路的RAIM可用性预测。
所述的北斗卫星位置预测模块包括：天线、北斗接收机、报文存储单元、报文解析单元、第一获取预测请求单元、第一预测信息解析单元、信息处理单元和第一显示单元；其中，天线与北斗接收机通过信号线连接，用于接收北斗历书报文；北斗接收机与报文存储单元通过数据线连接，报文存储单元用于保存指定格式的北斗历书信息；报文存储单元与报文解析单元相连，报文解析单元用于解析北斗历书报文中所包含的卫星信息；第一获取预测请求单元与第一预测信息解析单元相连，通过第一获取预测请求单元从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第一预测信息解析单元解析出所需的预测信息；报文解析单元和第一预测信息解析单元同时与信息处理单元通过数据线连接，信息处理单元用于对卫星信息和预测信息进行处理，进行卫星位置预测；信息处理单元与第一显示单元通过数据接口连接，第一显示单元用于显示卫星可见信息、卫星健康状况以及北斗周。
所述的RAIM可用性预测模块包括：第二获取预测请求单元、第二预测信息解析单元、参数配置单元、预测单元、存储单元、第二显示单元、报告生成单元和发送单元；其中，第二获取预测请求单元与第二预测信息解析单元通过数据线连接，通过第二获取预测请求单元从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第二预测信息解析单元解析出所需的预测信息；第二预测解析单元与参数配置单元连接，参数配置单元用于对预测信息进行配置，进而进行RAIM可用性预测；参数配置单元与预测单元相连，其中，预测单元包括：机场预测单元、航路预测单元和区域预测单元；预测单元与存储单元通过数据线连接，存储单元用于存储RAIM可用性预测的预测结果；存储单元与第二显示单元通过数据接口连接，第二显示单元用于通过文本形式和图像形式显示机场预测、航路预测、区域预测的预测结果；第二显示单元与报告生成单元通过数据接口连接，报告生成单元用于将RAIM预测的信息以及结果生成RAIM可用性预测报告，通过与其相连接的发送单元发送到空管部门、签派部门。
本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统的预测方法包括北斗卫星位置预测模块的预测方法和RAIM可用性预测模块的预测方法；其中北斗卫星位置预测模块的预测方法包括按顺序进行的下列步骤；
步骤1：使用北斗接收机通过天线接收北斗历书报文，将接收到的北斗历书报文按照一定的格式存储在报文存储单元中，并在报文解析单元中解析出历书信息；
步骤2：根据空管部门、航空公司签派部门的预测请求从第一获取预测请求单元获取预测请求信息并在第二预测信息解析单元中进行解析，解析出包括截止高度角、预测开始时间、预测步长以及预测时长在内的预测信息；
步骤3：加载步骤1解析出的历书信息与步骤2解析出的预测信息，在信息处理单元中进行处理，然后进行卫星位置预测；
步骤4：将预测出的卫星位置信息在第一显示单元中进行显示，显示内容包括：卫星可见信息、卫星健康状况以及北斗周；
所述的RAIM可用性预测模块的预测方法包括按顺序进行的下列步骤；
步骤1：根据空管部门、航空公司签派部门的预测请求从第二获取预测请求单元获取预测请求信息并在第二预测信息解析单元中进行解析，解析出包括预测等级、预测模式、预测机场、预测区域的范围区域间隔以及航路预测的起飞机场、降落机场途经航路点在内的参数；
步骤2：在参数配置单元对步骤1中解析出来的参数进行配置，再进行机场RAIM可用性预测、区域RAIM可用性预测、航路RAIM可用性预测；
步骤3：将预测结果在存储单元中存储并在第二显示单元中以图形和文本方式进行显示；
步骤4：在报告生成单元中生成RAIM可用性预测报告，并通过发送单元将预测结果发送给空管部门、航空公司签派部门。
本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统及预测方法是利用北斗历书报文进行卫星位置预测，并得到北斗RAIM可用性预测结果，从而实现了签派部门、空管部门根据预测结果规划飞行计划。如果预测到计划飞行的任何阶段RAIM不可用持续超过5分钟，则此飞行应推迟或取消，或者在满足RAIM要求的区域重新拟定飞行计划，从而可保证飞行安全。
附图说明
图1为本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统结构图。
图2为本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统中北斗卫星位置预测模块结构图。
图3为本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统中RAIM可用性预测模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统包括北斗卫星位置预测模块01和RAIM可用性预测模块02；所述的北斗卫星位置预测模块01用于预测指定时间北斗卫星导航系统的卫星可视信息以及位置信息；RAIM可用性预测模块02用于实现机场、指定区域和航路的RAIM可用性预测。
如图2所示，所述的北斗卫星位置预测模块01包括：天线03、北斗接收机04、报文存储单元05、报文解析单元06、第一获取预测请求单元07、第一预测信息解析单元08、信息处理单元09和第一显示单元10；其中，天线03与北斗接收机04通过信号线连接，用于接收北斗历书报文；北斗接收机04与报文存储单元05通过数据线连接，报文存储单元05用于保存指定格式的北斗历书信息；报文存储单元05与报文解析单元06相连，报文解析单元06用于解析北斗历书报文中所包含的卫星信息；第一获取预测请求单元07与第一预测信息解析单元08相连，通过第一获取预测请求单元07从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第一预测信息解析单元08解析出所需的预测信息；报文解析单元06和第一预测信息解析单元08同时与信息处理单元09通过数据线连接，信息处理单元09用于对卫星信息和预测信息进行处理，进行卫星位置预测；信息处理单元09与第一显示单元10通过数据接口连接，第一显示单元10用于显示卫星可见信息、卫星健康状况以及北斗周。
如图3所示，所述的RAIM可用性预测模块02包括：第二获取预测请求单元11、第二预测信息解析单元12、参数配置单元13、预测单元14、存储单元18、第二显示单元19、报告生成单元20和发送单元21；其中，第二获取预测请求单元11与第二预测信息解析单元12通过数据线连接，通过第二获取预测请求单元11从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第二预测信息解析单元12解析出所需的预测信息；第二预测解析单元12与参数配置单元13连接，参数配置单元13用于对预测信息进行配置，进而进行RAIM可用性预测；参数配置单元13与预测单元14相连，其中，预测单元14包括：机场预测单元15、航路预测单元16和区域预测单元17；预测单元14与存储单元18通过数据线连接，存储单元18用于存储RAIM可用性预测的预测结果；存储单元18与第二显示单元19通过数据接口连接，第二显示单元19用于通过文本形式和图像形式显示机场预测、航路预测、区域预测的预测结果；第二显示单元19与报告生成单元20通过数据接口连接，报告生成单元20用于将RAIM预测的信息以及结果生成RAIM可用性预测报告，通过与其相连接的发送单元21发送到空管部门、签派部门。
所述机场预测单元15，用于根据终端区和NPA阶段的导航性能要求，实现对指定机场进行指定日期未来24小时或48小时的RAIM预测；
所述航路预测单元16，用于实现特定日期未来24小时或48小时任意航路的RAIM预测，给出任意航路的四维RAIM预测，即对应时间对应航路点的预测结果；
所述区域预测单元17，用于实现特定日期未来24小时或48小时整个北斗服务范围以及北斗服务范围内用户感兴趣的某区域的RAIM预测。
现将本发明提供的北斗RAIM可用性预测系统的工作原理阐述如下：
民航飞机在起飞前，根据空管部门、航空公司签派部门的预测请求对起飞、降落机场以及途经的区域进行RAIM可用性预测。北斗接收机04首先通过天线03接收北斗卫星导航系统的北斗历书报文，该北斗历书报文是ASCII码格式的，包含卫星编号、北斗周、历书参考时间、卫星健康状况等信息，然后将接收到的北斗历书报文按照一定的格式存储在报文存储单元05中，并在报文解析单元06中进行解析，解析出预测卫星位置所需要的历书参数。在进行卫星位置预测前通过第一获取预测请求单元07获取空管部门、航空公司签派部门的预测请求报文，该报文中包含截止高度角、预测起始时间、预测步长、预测时长信息。然后通过第一预测信息解析单元08将预测信息解析后和报文解析单元06的解析结果在信息处理单元09中共同用于卫星位置预测。最后将卫星位置预测结果通过第一显示单元10显示出卫星可见信息、北斗周以及卫星健康状况，如图2所示；
RAIM可用性预测模块02根据空管部门、签派部门的预测请求以及北斗卫星位置预测模块01预测的卫星位置进行可用性预测。从第二获取预测请求单元11获取空管部门、签派部门的预测请求信息并在第二预测信息解析单元12中进行解析，解析出预测等级、预测模式、预测机场、预测区域的范围、区域间隔以及航路预测的起飞机场、降落机场、途径航路点。在参数配置单元13中对解析出来的信息进行配置。根据预测模式选择进行机场RAIM可用性预测、区域RAIM可用性预测或者航路RAIM可用性预测。在进行机场RAIM可用性预测时，机场预测单元15根据第二预测信息解析单元12解析的信息进行机场选择，确定预测机场的经度、纬度以及海平面高度，同时确定预测等级。根据机场位置信息和卫星位置信息得到可见卫星个数、计算DOP值、HPL值进而判定RAIM是否满足可用性要求，将预测结果保存在存储单元18中。在进行区域RAIM可用性预测时，区域预测单元15根据第二预测信息解析单元12解析的信息进行预测区域选择，确定预测范围的经度、纬度以及高度，同时确定预测等级和区域间隔。根据预测范围的位置信息和卫星位置信息得到可见卫星个数、计算DOP值、HPL值进而判定RAIM是否满足可用性要求，统计平均可见卫星个数、平均HPL值以及RAIM可用率，将预测结果保存在存储单元18中。在进行航路RAIM可用性预测时，航路预测单元16根据第二预测信息解析单元12解析的信息进行起飞机场、降落机场的选择，根据途经航路点确定预测航线的经度、纬度以及高度，同时通过飞机位置确定预测等级。根据预测范围的位置信息和卫星位置信息得到可见卫星个数、计算DOP值、HPL值进而判定RAIM是否满足可用性要求，将预测结果保存在存储单元18中。将各预测单元的预测结果通过文本和图形的形式显示在第二显示单元19中，其中，机场预测的图形显示是以静态方式显示预测时间段的RAIM可用性，区域预测的图形显示需要动态显示预测时间段的RAIM可用性，对于航路RAIM可用性预测结果则根据地图数据，在地图上进行显示，即显示四维航迹以及RAIM可用性。最后，将预测结果在报告生成单元20生成RAIM可用性预测报告经过发送单元21发送给空管部门以及签派部门。

Claims (4)

1.一种北斗RAIM可用性预测系统，其特征在于：所述的北斗RAIM可用性预测系统包括北斗卫星位置预测模块(01)和RAIM可用性预测模块(02)；所述的北斗卫星位置预测模块(01)用于预测指定时间北斗卫星导航系统的卫星可视信息以及位置信息；RAIM可用性预测模块(02)用于实现机场、指定区域和航路的RAIM可用性预测。
2.根据权利要求1所述的北斗RAIM可用性预测系统，其特征在于：所述的北斗卫星位置预测模块(01)包括：天线(03)、北斗接收机(04)、报文存储单元(05)、报文解析单元(06)、第一获取预测请求单元(07)、第一预测信息解析单元(08)、信息处理单元(09)和第一显示单元(10)；其中，天线(03)与北斗接收机(04)通过信号线连接，用于接收北斗历书报文；北斗接收机(04)与报文存储单元(05)通过数据线连接，报文存储单元(05)用于保存指定格式的北斗历书信息；报文存储单元(05)与报文解析单元(06)相连，报文解析单元(06)用于解析北斗历书报文中所包含的卫星信息；第一获取预测请求单元(07)与第一预测信息解析单元(08)相连，通过第一获取预测请求单元(07)从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第一预测信息解析单元(08)解析出所需的预测信息；报文解析单元(06)和第一预测信息解析单元(08)同时与信息处理单元(09)通过数据线连接，信息处理单元(09)用于对卫星信息和预测信息进行处理，进行卫星位置预测；信息处理单元(09)与第一显示单元(10)通过数据接口连接，第一显示单元(10)用于显示卫星可见信息、卫星健康状况以及北斗周。
3.根据权利要求1所述的北斗RAIM可用性预测系统，其特征在于：所述的RAIM可用性预测模块(02)包括：第二获取预测请求单元(11)、第二预测信息解析单元(12)、参数配置单元(13)、预测单元(14)、存储单元(18)、第二显示单元(19)、报告生成单元(20)和发送单元(21)；其中，第二获取预测请求单元(11)与第二预测信息解析单元(12)通过数据线连接，通过第二获取预测请求单元(11)从空管部门、航空公司签派部门获取预测请求并由第二预测信息解析单元(12)解析出所需的预测信息；第二预测解析单元(12)与参数配置单元(13)连接，参数配置单元(13)用于对预测信息进行配置，进而进行RAIM可用性预测；参数配置单元(13)与预测单元(14)相连，其中，预测单元(14)包括：机场预测单元(15)、航路预测单元(16)和区域预测单元(17)；预测单元(14)与存储单元(18)通过数据线连接，存储单元(18)用于存储RAIM可用性预测的预测结果；存储单元(18)与第二显示单元(19)通过数据接口连接，第二显示单元(19)用于通过文本形式和图像形式显示机场预测、航路预测、区域预测的预测结果；第二显示单元(19)与报告生成单元(20)通过数据接口连接，报告生成单元(20)用于将RAIM预测的信息以及结果生成RAIM可用性预测报告，通过与其相连接的发送单元(21)发送到空管部门、签派部门。
4.一种如权利要求1所述的北斗RAIM可用性预测系统的预测方法，其特征在于：所述的预测方法包括北斗卫星位置预测模块的预测方法和RAIM可用性预测模块的预测方法；其中北斗卫星位置预测模块的预测方法包括按顺序进行的下列步骤；
步骤1：使用北斗接收机(04)通过天线(03接收北斗历书报文，将接收到的北斗历书报文按照一定的格式存储在报文存储单元(05)中，并在报文解析单元(06)中解析出历书信息；
步骤2：根据空管部门、航空公司签派部门的预测请求从第一获取预测请求单元(07)获取预测请求信息并在第二预测信息解析单元(08)中进行解析，解析出包括截止高度角、预测开始时间、预测步长以及预测时长在内的预测信息；
步骤3：加载步骤1解析出的历书信息与步骤2解析出的预测信息，在信息处理单元(09)中进行处理，然后进行卫星位置预测；
步骤4：将预测出的卫星位置信息在第一显示单元(10)中进行显示，显示内容包括：卫星可见信息、卫星健康状况以及北斗周；
所述的RAIM可用性预测模块的预测方法包括按顺序进行的下列步骤；
步骤1：根据空管部门、航空公司签派部门的预测请求从第二获取预测请求单元(11)获取预测请求信息并在第二预测信息解析单元(12)中进行解析，解析出包括预测等级、预测模式、预测机场、预测区域的范围区域间隔以及航路预测的起飞机场、降落机场途经航路点在内的参数；
步骤2：在参数配置单元(13)对步骤1中解析出来的参数进行配置，再进行机场RAIM可用性预测、区域RAIM可用性预测、航路RAIM可用性预测；
步骤3：将预测结果在存储单元(18)中存储并在第二显示单元(19)中以图形和文本方式进行显示；
步骤4：在报告生成单元(20)中生成RAIM可用性预测报告，并通过发送单元(21)将预测结果发送给空管部门、航空公司签派部门。
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