CN110798855A - 一种用于实现ais差分数据播发系统的完好性监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，包括基站完备性监测模块、观测数据质量监测模块、系统总体有效性监测模块、监测站和数据处理中心模块，基站完备性监测模块和观测数据质量监测模块接收来自基准站系统通过BD/GPS天线发送的原始数据，基站完备性监测模块和观测数据质量监测模块进连接于系统总体有效性监测模块，系统总体有效性监测模块还与监测站连接，监测站通过AIS播发网络和专网有线网络连接数据处理中心模块。本发明对原始数据长时间的完整性统计结果进行分析，对系统的时间、空间可用性状态以及系统总体有效性的监测，对地基增强系统总体运行状况和可用性的评价，可以进行整网精度监测。

Description

一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统
技术领域
本发明涉及到卫星导航差分数据监测技术领域，特别涉及一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统。
背景技术
船舶的定位导航主要依赖于卫星导航系统，提供船位的可用性和实时性直接影响着船舶航行避碰的决策，关系着航行安全。AIS差分数据播发系统通过AIS实时广播差分数据来提供较高精度的定位导航服务，尤其用于在航道狭窄、船舶密集的区域，将会是未来一段时期内实现船舶精准化航行的主要途径，所以对于AIS播发系统的完好性监测十分必要。
目前在AIS播发差分数据系统的完好性监测上，基于三峡建设的AIS播发GPS差分数据系统，在系统监测方面，采用监测台获取差分数据完成差分定位后的位置残差分析来进行监测，属于播发后差分数据可用性监测的一部分，缺乏播发前数据和整网精度等的监测，缺乏系统性和监测。
此外，与沿海的RBN中频无线电广播系统相比，AIS播发系统更适合于内河、航道、港口等船舶密度度高的狭窄水域，对实时性和可用性要求更高。所以在完好性监测上。
一方面不仅仅针对播发后差分数据的可用性监测和进行报警停播，还需对整网精度的进行系统监测验证，在监测内容及告警的详细指标上也更全面；另一方面对播发前观测数据的完整性和基准站的完备性上涵盖内容更多，包括长期和短期的观测监测；
目前，还未有针对AIS播发差分数据在时间可用性，空间可用性状态及系统总体有效性的的完好性监测系统的设计和应用。
发明内容
发明的目的在于提供一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，对原始数据长时间的完整性统计结果进行分析，可以发现接收机的硬件和软件存在的问题，基准站点遮挡与多路径效应状况以及卫星星座或卫星星历异常，对系统的时间、空间可用性状态以及系统总体有效性的监测，对地基增强系统总体运行状况和可用性的评价，可以解算监测站实际定位数据，通过解算数据与实际，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，包括基站完备性监测模块、观测数据质量监测模块、系统总体有效性监测模块、监测站和数据处理中心模块，所述基站完备性监测模块和观测数据质量监测模块接收来自基准站系统通过BD/GPS天线发送的原始数据，所述基站完备性监测模块和观测数据质量监测模块进连接于系统总体有效性监测模块，所述系统总体有效性监测模块还与监测站连接，所述监测站通过AIS播发网络和专网有线网络连接数据处理中心模块，其中，
基站完备性监测模块用于播发前卫星星座、高低频数据、系统误差与基站稳定性等的监测；
观测数据质量监测模块用于播发前原始观测数据的完整性监测；
系统总体有效性监测模块用于系统时间和空间的可用性监测与统计分析，并评价系统的总体有效性；
监测站用于AIS播发后差分数据可用性的监测以及依据RTK定位终端定位精度来进行整网精度的监测；
数据处理中心模块用于汇总和分析各个模块数据监测数据，实现监测系统的告警及中断播发。
进一步地，所述基站完备性监测模块包括高频数据监测模块、低频数据监测模块、卫星星座监测模块、系统误差监测模块以及基准站稳定性监测模块。
进一步地，所述观测数据质量监测模块包括星历数据监测模块、数据缺失分析模块和数据质量分析模块。
进一步地，所述系统总体有效性监测模块包括时间可用性监测模块、空间可用性监测模块和系统有效性监测模块。
进一步地，所述监测站包括AIS终端监测模块和高精度监测模块，数据处理中心模块通过AIS播发网络向AIS终端监测模块发送RTD差分数据，数据处理中心模块通过专网有线网络向高精度监测模块发送RTK差分数据。
进一步地，所述AIS终端监测模块还包括广播服务监测模块。
进一步地，所述高精度监测模块还包括整网精度监测模块。
进一步地，完好性监测系统的报警流程如下：
S1：观测数据处理
对基准站系统和监测站接收的卫星原始观测数据信息由数据处理中心模块进行分析处理，包括数据质量、基站完备性，卫星星历监测、钟跳等完好性信息；
S2：差分解算
数据处理中心模块能够同时收集监测站的差分解算位置数据，包括AIS播发的导航差分解算位置数据和RTK解算位置数据两组，分别与中心存储的监测站精准位置数据进行比对，对验证位置数据是否符合相关精度指标要求进行复核，若超出精度范围的，系统给出报警，并将报警结果输出给系统监控终端；
S3：告警
系统报警后，由数据处理中心模块发指令自动停止播发北斗差分数据信息，并提示管理人员进行检查及故障排除，最终，用户终端通过接收AIS播发的差分数据来获取完好性相关信息来完成差分定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，对于各基准站网络的数据完整性监测，原始数据的完整性主要包括数据缺口、丢失历元的统计以及卫星星历的完整性和有效性监测。对原始数据长时间的完整性统计结果进行分析，可以发现接收机的硬件和软件存在的问题，基准站点遮挡与多路径效应状况以及卫星星座或卫星星历异常。
2、本发明提出的用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，对于对地基增强系统的总体有效性监测，对系统的时间、空间可用性状态以及系统总体有效性的监测，对地基增强系统总体运行状况和可用性的评价。
3、本发明提出的用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，对于广播服务可用性和整网精度评估，通过监测站对数据处理中心提供的增强信息的接收，模拟用户并代入接收定位设备，可以进行整网精度监测。
附图说明
图1为本发明的完好性监测系统的模块框架图；
图2为本发明的完好性监测系统的拓扑图。
图中：1、基站完备性监测模块；11、高频数据监测模块；12、低频数据监测模块；13、卫星星座监测模块；14、系统误差监测模块；15、基准站稳定性监测模块；2、观测数据质量监测模块；21、星历数据监测模块；22、数据缺失分析模块；23、数据质量分析模块；3、系统总体有效性监测模块；31、时间可用性监测模块；32、空间可用性监测模块；33、系统有效性监测模块；4、监测站；41、AIS终端监测模块；411、广播服务监测模块；42、高精度监测模块；421、整网精度监测模块；5、数据处理中心模块；6、基准站系统；7、AIS播发网络；8、专网有线网络。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1，一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，包括基站完备性监测模块1、观测数据质量监测模块2、系统总体有效性监测模块3、监测站4和数据处理中心模块5，基站完备性监测模块1和观测数据质量监测模块2接收来自基准站系统6通过BD/GPS天线发送的原始数据，基站完备性监测模块1和观测数据质量监测模块2进连接于系统总体有效性监测模块3，系统总体有效性监测模块3还与监测站4连接，监测站4通过AIS播发网络7和专网有线网络8连接数据处理中心模块5，其中，
基站完备性监测模块1用于播发前卫星星座、高低频数据、系统误差与基站稳定性等的监测。
观测数据质量监测模块2用于播发前原始观测数据的完整性监测。
系统总体有效性监测模块3用于系统时间和空间的可用性监测与统计分析，并评价系统的总体有效性。
监测站4用于AIS播发后差分数据可用性的监测以及依据RTK定位终端定位精度来进行整网精度的监测。
数据处理中心模块5用于汇总和分析各个模块数据监测数据，实现监测系统的告警及中断播发。
基站完备性监测模块1包括高频数据监测模块11、低频数据监测模块12、卫星星座监测模块13、系统误差监测模块14以及基准站稳定性监测模块15。
观测数据质量监测模块2包括星历数据监测模块21、数据缺失分析模块22和数据质量分析模块23。
系统总体有效性监测模块3包括时间可用性监测模块31、空间可用性监测模块32和系统有效性监测模块33。
监测站4包括AIS终端监测模块41和高精度监测模块42，数据处理中心模块5通过AIS播发网络7向AIS终端监测模块41发送RTD差分数据，数据处理中心模块5通过专网有线网络8向高精度监测模块42发送RTK差分数据。
AIS终端监测模块41还包括广播服务监测模块411，广播服务监测模块411用于AIS播发后差分数据可用性的监测。
高精度监测模块42还包括整网精度监测模块421，整网精度监测模块421依据RTK定位终端定位精度来进行整网精度的监测。
完好性监测系统的报警流程如下：
步骤1：观测数据处理
对基准站系统6和监测站4接收的卫星原始观测数据信息由数据处理中心模块5进行分析处理，包括数据质量、基站完备性，卫星星历监测、钟跳等完好性信息；
步骤2：差分解算
数据处理中心模块5能够同时收集监测站4的差分解算位置数据，包括AIS播发的导航差分解算位置数据和RTK解算位置数据两组，分别与中心存储的监测站4精准位置数据进行比对，对验证位置数据是否符合相关精度指标要求进行复核，若超出精度范围的，系统给出报警，并将报警结果输出给系统监控终端；
步骤3：告警
系统报警后，由数据处理中心模块5发指令自动停止播发北斗差分数据信息，并提示管理人员进行检查及故障排除，最终，用户终端通过接收AIS播发的差分数据来获取完好性相关信息来完成差分定位。
完好性监测内容包括网络观测数据质量监测,基准站完备性监测，系统总体有效性监测和广播服务可用性与整网精度评估，如下表。
Figure BDA0002264326810000071
Figure BDA0002264326810000081
请参阅图2，本发明完好性监测系统的功能实现如下：
(1)数据完整性的功能实现
数据完整性监测主要包括基准站观测数据完整性、北斗基站完备性监测、广播服务可用性和整网精度评估等。目前市场上主流产品的数据完整性监测均集成在数据处理解算软件中，本发明对该功能的实现考虑由数据处理解算软件完成。
(2)监测站点的功能实现
监测站点包括AIS播发监测站和高精度监测站两部分，
AIS播发监测站即广播服务可用性监测，采用导航定位模式，通过接收AIS播发站播发的差分数据，AIS播发监测站进行实时解算，模拟导航用户的实际定位情况；为实现本功能，将在AIS播发监测站各配置1台AIS监测设备，设备带有北斗/GPS双模接收定位模块，能够通过接收AIS播发站广播的数据来实现差分定位。
高精度监测站即整网精度系统监测验证，采用RTK解算模式，采用RTK解算模式，通过获得实际改善精度并建立模型对整个网络覆盖区域精度分布进行分析。为实现本功能在高精度监测站配置1台精密定位接收机设备，并从网络获取差分数据，以RTK模式解算定位数据。
(3)监测站点的建设宗旨
AIS播发监测站采用和AIS播发站同址建设方式；高精度监测站尽量采用和基准站同址方式，但如果不能同址的话，采用监测站与基准站经度距离在1°的范围内，这样该区域内观测到的卫星是一致的来进行布局。
(4)监测站点的监控指标
监测站的指标可以依据具体情况进行设定，本监测系统依据AIS播发差分数据系统的重点服务领域为船舶实时的定位导航服务来进行的设定。
Figure BDA0002264326810000091
综上所述，本发明提出的用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，本发明包括对各基准站网络的数据完整性监测、对地基增强系统的总体有效性监测以及广播服务可用性和整网精度评估三个部分的监测和评估，对于对各基准站网络的数据完整性监测，原始数据的完整性主要包括数据缺口、丢失历元的统计以及卫星星历的完整性和有效性监测。对原始数据长时间的完整性统计结果进行分析，可以发现接收机的硬件和软件存在的问题，基准站点遮挡与多路径效应状况以及卫星星座或卫星星历异常。对于对地基增强系统的总体有效性监测，对系统的时间、空间可用性状态以及系统总体有效性的监测，对地基增强系统总体运行状况和可用性的评价。对于广播服务可用性和整网精度评估，通过监测站对数据处理中心提供的增强信息的接收，模拟用户并代入接收定位设备，可以进行整网精度监测，通过解算数据与实际精确位置的比对，获得地基增强系统实时服务的情况，并对整个网络数据服务精度进行评估。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，包括基站完备性监测模块(1)、观测数据质量监测模块(2)、系统总体有效性监测模块(3)、监测站(4)和数据处理中心模块(5)，其特征在于，所述基站完备性监测模块(1)和观测数据质量监测模块(2)接收来自基准站系统(6)通过BD/GPS天线发送的原始数据，所述基站完备性监测模块(1)和观测数据质量监测模块(2)进连接于系统总体有效性监测模块(3)，所述系统总体有效性监测模块(3)还与监测站(4)连接，所述监测站(4)通过AIS播发网络(7)和专网有线网络(8)连接数据处理中心模块(5)，其中，
基站完备性监测模块(1)用于播发前卫星星座、高低频数据、系统误差与基站稳定性等的监测；
观测数据质量监测模块(2)用于播发前原始观测数据的完整性监测；
系统总体有效性监测模块(3)用于系统时间和空间的可用性监测与统计分析，并评价系统的总体有效性；
监测站(4)用于AIS播发后差分数据可用性的监测以及依据RTK定位终端定位精度来进行整网精度的监测；
数据处理中心模块(5)用于汇总和分析各个模块数据监测数据，实现监测系统的告警及中断播发。
2.根据权利要求1所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述基站完备性监测模块(1)包括高频数据监测模块(11)、低频数据监测模块(12)、卫星星座监测模块(13)、系统误差监测模块(14)以及基准站稳定性监测模块(15)。
3.根据权利要求1所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述观测数据质量监测模块(2)包括星历数据监测模块(21)、数据缺失分析模块(22)和数据质量分析模块(23)。
4.根据权利要求1所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述系统总体有效性监测模块(3)包括时间可用性监测模块(31)、空间可用性监测模块(32)和系统有效性监测模块(33)。
5.根据权利要求1所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述监测站(4)包括AIS终端监测模块(41)和高精度监测模块(42)，数据处理中心模块(5)通过AIS播发网络(7)向AIS终端监测模块(41)发送RTD差分数据，数据处理中心模块(5)通过专网有线网络(8)向高精度监测模块(42)发送RTK差分数据。
6.根据权利要求5所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述AIS终端监测模块(41)还包括广播服务监测模块(411)。
7.根据权利要求5所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，所述高精度监测模块(42)还包括整网精度监测模块(421)。
8.根据权利要求1所述的一种用于实现AIS差分数据播发系统的完好性监测系统，其特征在于，完好性监测系统的报警流程如下：
S1：观测数据处理
对基准站系统(6)和监测站(4)接收的卫星原始观测数据信息由数据处理中心模块(5)进行分析处理，包括数据质量、基站完备性，卫星星历监测、钟跳等完好性信息；
S2：差分解算
数据处理中心模块(5)能够同时收集监测站的差分解算位置数据，包括AIS播发的导航差分解算位置数据和RTK解算位置数据两组，分别与中心存储的监测站(4)精准位置数据进行比对，对验证位置数据是否符合相关精度指标要求进行复核，若超出精度范围的，系统给出报警，并将报警结果输出给系统监控终端；
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