CN112099056B - 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法 - Google Patents

一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112099056B
CN112099056B CN202010861978.2A CN202010861978A CN112099056B CN 112099056 B CN112099056 B CN 112099056B CN 202010861978 A CN202010861978 A CN 202010861978A CN 112099056 B CN112099056 B CN 112099056B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bdsbas
correction
extrapolation
information
broadcast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010861978.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112099056A (zh
Inventor
邵搏
张键
熊帅
原彬
李平力
耿永超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 20 Research Institute
Original Assignee
CETC 20 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 20 Research Institute filed Critical CETC 20 Research Institute
Priority to CN202010861978.2A priority Critical patent/CN112099056B/zh
Publication of CN112099056A publication Critical patent/CN112099056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112099056B publication Critical patent/CN112099056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Abstract

本发明提供了一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法，利用当前BDSBAS B1C/B2a增强电文中的完好性信息、降效参数信息和未来30分钟的轨道/时钟预报数据，计算BDSBSA服务区域内的保护级，并基于保护级和告警门限预测系统服务的可用性，最终将预测结果发送给民用航空用户。本发明具有较强的工程实用性，能够为BDSBAS建设与应用提供理论依据和实施思路；充分利用当前时刻BDSBAS增强信息内容，在完好性信息生命周期内实现参数外推，保证了保护级预测的有效性与BDSBAS服务性能预测的可靠性。

Description

一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法
技术领域
本发明涉及卫星导航增强领域，是北斗星基增强系统(BeiDou Satellite BasedAugmentation System,BDSBAS)中北斗星基增强服务性能实时预测的方法。
背景技术
BDSBAS是我国按照国际标准自主建设的星基增强系统(Satellite BasedAugmentation System,SBAS)，通过中国境内分布的监测站，实现对经过我国上空的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的完好性监测。
BDSBAS通过地球同步静止卫星(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)的B1C频点播发单频慢变改正数(由电文MT24和MT25播发)、快变改正数(由电文MT2～5播发)、电离层格网改正信息(由电文MT18和MT26播发)及用户差分距离误差(UDRE由电文MT2～MT6)、降效参数相关信息(由电文MT7、MT10、MT27和MT28播发)，实现对GPS系统的差分增强，增强服务性能将满足国际民航一类垂直引导进近 (APproach with Vertical guidance I,APV-I)指标要求。BDSBAS GEO卫星通过B2a频点提供双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强服务，由于在双频定位模式下，用户可通过双频观测量组合自行消除电离层影响，因此B2a不再播发电离层相关的改正数及完好性信息，只播发轨道钟差改正数(由电文MT32播发)、双频测距误差(DFRE由电文MT34～36播发)、降效参数信息(由电文MT37播发)，实现对BDS和GPS的差分增强，DFMC增强服务性能将满足国际民航一类精密进近 (CAT-I)性能要求。
当前BDSBAS正处于建设阶段，全力推进BDSBAS服务性能达到民用航空各进近阶段性能要求将成为不久将来的工作重点。民用航空应用是高生命安全应用，不仅要对BDSBAS实时服务性能进行监测，还需要针对未来一段时间内的BDSBAS服务性能进行预测，用以满足航空用户的航路规划的需求。
当前国内外并没有针对BDSBAS服务性能预测算法的描述，因此需要一种合理的能够根据当前BDSBAS完好性参数、降效参数等信息对未来一段时间内BDSBAS服务性能进行预测的方法，以满足未来BDSBAS民用航空用户的需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法，本发明利用当前BDSBAS B1C/B2a增强电文中的完好性信息、降效参数信息和未来 30分钟的轨道/时钟预报数据(由BDSBAS民用服务平台数据处理中心提供)，计算BDSBSA 服务区域内的保护级，并基于保护级和告警门限预测系统服务的可用性，最终将预测结果发送给民用航空用户。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：
步骤1：BDSBAS B1C/B2a增强电文读取
BDSBAS B1C/B2a播发SBAS标准增强电文，电文类型及内容分别如表1和表2 所示：
表1 BDSBAS B1C增强电文类型及播发信息
电文类型 电文内容
0 SBAS测试
1 PRN掩码
2至5 快变改正数及用户差分误差索引(UDREI)
6 户差分误差索引(UDREI)
7 快变改正数降效因子
9 GEO卫星位置
10 降效因子
12 SNT与UTC偏差
17 GEO历书
18 电离层格网掩码
24 快变/慢变改正数
25 慢变改正数
26 电离层改正数及电离层垂直误差索引(GIVEI)
28 时钟星历协方差矩阵
62 内部测试
63 空电文
表2 BDSBAS B2a增强电文类型及播发信息
Figure GDA0003807828280000021
Figure GDA0003807828280000031
BDSBAS B1C单频增强服务依据表1及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻用户差分误差索引(UDREI)，格网电离层垂直误差索引(GIVEI)和降效参数信息； BDSBAS B2aDFMC增强服务依据表2及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻双频测距误差索引(DFREI)，和降效参数信息；
步骤2：完好性参数外推
BDSBAS B1C/B2a增强电文具有不同类型的完好性参数，因此需采用不同处理方式，B1C增强服务性能预测采用单频完好性参数外推方法，B2a增强服务性能预测采用双频完好性参数外推方法；
1)单频完好性参数外推；
1.1)快变改正降效参数εfc外推：
εfc＝a(tLifeCircle-tu+tlat)2/2 (1)
其中，a为快变改正数降效因子，由电文MT7播发；tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tu为快变改正数的参考时间；tlat为系统延迟时间，由电文MT7播发；
1.2)距离变化改正降效参数εrrc外推；
情况1：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)都不为3，在该情况下使用式(2)进行外推：
Figure GDA0003807828280000032
情况2：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)至少一个为3，在该情况下使用式(3)进行外推：
Figure GDA0003807828280000041
式(2)和(3)中，IODFcur为最新接收的快变改正数信息中的IODF；IODFpre为在收到最新信息之前收到的快变改正数信息中的IODF；Ifc，j为电文MT2～5或MT24 的最短超时间隔，由电文MT7播发的aii由表3推算。Brrc由电文10播发；IODF在电文MT2～MT5中播发，tof为最新接收的快变改正数信息的参考时间；tof，pre为收到最新信息之前收到的快变改正数信息的参考时间；Δt＝tof-tof，pre；
表3快变改正数降效参数索引(aii)对应表
ai<sub>i</sub> 0 1 2 3 4 5 6 7
I<sub>fc，j</sub> 0.00000 0.00005 0.00009 0.00012 0.00015 0.00020 0.00030 0.00045
ai<sub>i</sub> 8 9 10 11 12 13 14 15
I<sub>fc，j</sub> 0.00060 0.00090 0.00150 0.00210 0.00270 0.00330 0.00460 0.00580
1.3)慢变改正降效参数外推；
情况1：含速度改正量的慢变改正降效参数εltc_v1外推；
Figure GDA0003807828280000042
情况2：不含速度改正两的慢变改正降效参数εltc_v0；
Figure GDA0003807828280000043
式(4)和式(5)中，t0为长期改正数的参考时间，由电文MT25播发；Cltc_lsb、 Cltc_v1、Iltc_v1、Cltc_v0、Iltc_v0为降效参数，由电文MT10播发；tltc为GEO播发长期改正数电文第一比特的时间；
Figure GDA0003807828280000044
表示向下取整；
1.4)电离层改正降效参数εiono外推；
Figure GDA0003807828280000045
其中，tiono为GEO卫星播发第一比特电离层改正数信息的时间；Ciono_step、 Ciono_ramp和Iiono为降效参数，由电文MT10播发；
1.5)快/慢变改正数及电离层改正数残差方差预报值；
基于式(2)至(6)得到的完好性信息生命周期内有效外推降效参数，得到快/ 慢变改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000051
和电离层改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000052
在完好性生命周期内的有效预报值，计算公式如下：
Figure GDA0003807828280000053
Figure GDA0003807828280000054
其中σUDRE由电文MT2～6、MT24播发的用户差分误差索引(UDREI)通过表4 索引得到；δUDRE由电文MT28播发参数根据标准要求计算得到，εer＝Cer为应用模式降效参数；σGIVE由电文MT26播发的格网电离层垂直误差索引(GIVEI)通过表5 索引得到；RSSUDRE、RSSiono和Cer由电文MT10播发；
表4用户差分误差索引(UDREI)表
Figure GDA0003807828280000055
表5格网电离层垂直误差索引(GIVEI)表
Figure GDA0003807828280000056
2)双频完好性参数外推；
双频完好性参数外推只包含参数εCORR的外推，公式如下：
Figure GDA0003807828280000057
Figure GDA0003807828280000061
其中，tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tCORR为电文MT32或电文MT39/40 的参考时间；RCORR和ICORR由电文MT37播发，δRCORR由电文MT32或电文MT40播发；
Figure GDA0003807828280000062
为向下取整；
基于式(9)和式(10)，得到双频完好性生命周期内的有效外推降效参数，得到轨道/时钟改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000063
计算公式如下：
Figure GDA0003807828280000064
其中，σDFRE利用电文MT34、MT35、MT36播发的DFREI和DFRECI，并根据电文MT37播发的DFREI对照表计算；δDFRE利用电文MT32的协方差矩阵信息按照标准要求计算；εer＝Cer为应用模式降效参数，Cer由电文MT37播发；
步骤3：保护级预测；
从BDSBAS民用服务平台数据处理中心获取未来30分钟的轨道钟差预报信息，得到预报的卫星轨道位置[xj，yj，zj]和卫星钟差偏差Bj，j表示第j颗导航卫星，利用已知的监测站坐标[xR，yR，zR]以及预报的卫星轨道位置可预报未来时刻第j颗导航卫星的高度角Elj和方位角Azj，则得到监测站观测到的n颗卫星的观测矩阵G，该矩阵第 j(j＝1,2…n)行如下式所示：
Gj＝[-cos Elj sin Azj-cos Elj cos Azj-sin Elj 1] (12)
对于BDSBAS B1C单频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure GDA0003807828280000065
其中
Figure GDA0003807828280000066
由下式计算得到：
Figure GDA0003807828280000067
式(13)中，
Figure GDA0003807828280000068
为步骤2中外推得到的完好性信息生命周期内有效的快/慢变改正数残差方差；
Figure GDA0003807828280000069
为完好性信息生命周期内有效的用户电离层残差方差，由步骤2 中的
Figure GDA00038078282800000610
在用户视线方向投影得到；
Figure GDA00038078282800000611
为接收机设备方差，对于RTCA DO-229E 标准规定的一类设备取
Figure GDA0003807828280000071
Figure GDA0003807828280000072
为用户视线方向上的对流层残差方差，由已知成熟模型计算得到；
对于BDSBAS B2a双频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure GDA0003807828280000073
其中
Figure GDA0003807828280000074
由下式计算得到：
Figure GDA0003807828280000075
式(14)中，
Figure GDA0003807828280000076
为步骤2中外推得到的完好性生命周期内有效的轨道/时钟改正数残差方差，
Figure GDA0003807828280000077
为用户视线方向上的对流层残差方差，可由已知成熟模型计算得到；
通过观测矩阵G和权阵W可得下式：
Figure GDA0003807828280000078
针对航路、终端区、NPA等飞行阶段，水平保护级(HPL)可由下式计算：
HPL＝KH，NPA·dmajor (16)
其中，
Figure GDA0003807828280000079
KH，NPA＝6.18；
针对APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，HPL和垂直保护级(VPL)由下式计算：
HPL＝KH，PA·dmajor (17)
VPL＝KVdU (18)
其中，KH，PA＝6.0，KV＝5.33；
步骤4：BDSBAS服务性能预测
针对航路、终端区、NPA等飞行阶段，如果HPL≤HAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL，表明BDSBAS服务不可用；对于APV-I、APV-II和CAT-I等飞行阶段，如果HPL≤HAL且VPL≤VAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL或者VPL＞VAL，则BDSBAS服务不可用，不同飞行阶段水平/垂直告警门限如表6所示：
表6 BDSBAS增强系统在各个航段上的水平/垂直告警门限
Figure GDA0003807828280000081
最终将BDSBAS服务性能预测结果发送至机场签派员，由签派员根据预测结果规划机场航班路线。
本发明的有益效果在于：
1)提出了一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法，给出了具体的处理流程和实施步骤，具有较强的工程实用性，能够为BDSBAS建设与应用提供理论依据和实施思路；
2)充分利用当前时刻BDSBAS增强信息内容，在完好性信息生命周期内实现参数外推，保证了保护级预测的有效性与BDSBAS服务性能预测的可靠性。
附图说明
图1为北斗星基增强服务性能实时预测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
步骤1：BDSBAS B1C/B2a增强电文读取。对接收机实时接收到的BDSBAS B1C/B2a增强电文按照电文类型进行解析，获得当前单频UDRE、双频DFRE和降效参数信息。
步骤2：完好性参数外推。按照国际民航组织(International Civil AviationOrganization,ICAO)标准规定，BDSBAS播发的完好性信息必须在规定的更新周期内进行更新，针对不同的进近阶段，非精密进近(Non-Precision Approach,NPA)完好性信息的可用生命周期为更新周期的3倍，APV-I和CAT-I完好性信息的可用生命周期为更新周期的2倍，在完好性信息生命周期内，对单频快变改正降效参数εfc、慢变改正降效参数εltc_v1或εltc_v0、电离层改正降效参数εiono，和双频完好性参数εCORR进行外推。
步骤3：保护级预测。利用从北斗星基增强民用服务平台数据处理中心获取的未来30分钟的预报轨道/时钟数据和从步骤2获得的外推完好性参数作为输入，进行水平保护级(Horizontal Protection Level,HPL)和垂直保护级(Vertical Protection Level, VPL)的预测。
步骤4：BDSBAS服务性能预测。将步骤3预测的未来30分钟保护级结果和相应航段对应的水平告警门限(Horizontal Alert Limit,HAL)和垂直告警门限(Vertical AlertLimit,VAL)进行比较，判断BDSBAS服务所能支持航行阶段的等级，为民航用户航路规划提供依据。
本发明是一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法，具体步骤如图1所示：
步骤1：BDSBAS B1C/B2a增强电文读取
BDSBAS B1C/B2a播发SBAS标准增强电文，电文类型及内容分别如表1和表2 所示：
表1 BDSBAS B1C增强电文类型及播发信息
Figure GDA0003807828280000091
Figure GDA0003807828280000101
表2 BDSBAS B2a增强电文类型及播发信息
电文类型 电文内容
0 服务测试
31 PRN掩码
32 卫星时钟/星历改正数与协方差矩阵
37 降效参数与双频测距误差索引(DFREI)映射表
39、40 SBAS卫星星历与协方差矩阵
42 SNT与UTC偏差
47 SBAS卫星历书
62 内部测试
63 空电文
BDSBAS B1C单频增强服务依据表1及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻用户差分误差索引(UDREI)，格网电离层垂直误差索引(GIVEI)和降效参数信息；BDSBAS B2aDFMC 增强服务依据表2及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻双频测距误差索引(DFREI)，和降效参数信息。
步骤2：完好性参数外推
BDSBAS B1C/B2a增强电文具有不同类型的完好性参数，因此需采用不同处理方式。B1C增强服务性能预测采用单频完好性参数外推方法，B2a增强服务性能预测采用双频完好性参数外推方法。
1)单频完好性参数外推
1.1)快变改正降效参数εfc外推：
εfc＝a(tLifeCircle-tu+tlat)2/2 (1)
其中，a为快变改正数降效因子，由电文MT7播发；tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tu为快变改正数的参考时间；tlat为系统延迟时间，由电文MT7播发；
1.2)距离变化改正降效参数εrrc外推
情况1：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)都不为3，在该情况下使用式(2)进行外推：
Figure GDA0003807828280000111
情况2：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)至少一个为3，在该情况下使用式(3)进行外推：
Figure GDA0003807828280000112
式(2)和(3)中，IODFcur为最新接收的快变改正数信息中的IODF；IODFpre为在收到最新信息之前收到的快变改正数信息中的IODF；Ifc，j为电文MT2～5或MT24 的最短超时间隔，由电文MT7播发的aii由表3推算。Brrc由电文10播发；IODF在电文MT2～MT5中播发。tof为最新接收的快变改正数信息的参考时间；tof，pre为收到最新信息之前收到的快变改正数信息的参考时间；Δt＝tof-tof，pre。
表3快变改正数降效参数索引(aii)对应表
ai<sub>i</sub> 0 1 2 3 4 5 6 7
I<sub>fc，j</sub> 0.00000 0.00005 0.00009 0.00012 0.00015 0.00020 0.00030 0.00045
ai<sub>i</sub> 8 9 10 11 12 13 14 15
I<sub>fc，j</sub> 0.00060 0.00090 0.00150 0.00210 0.00270 0.00330 0.00460 0.00580
1.3)慢变改正降效参数外推
情况1：含速度改正量的慢变改正降效参数εltc_v1外推
Figure GDA0003807828280000113
情况2：不含速度改正两的慢变改正降效参数εltc_v0
Figure GDA0003807828280000114
式(4)和式(5)中，t0为长期改正数的参考时间，由电文MT25播发；Cltc_lsb、Cltc_v1、Iltc_v1、Cltc_v0、Iltc_v0为降效参数，由电文MT10播发；tltc为GEO播发长期改正数电文第一比特的时间；
Figure GDA0003807828280000121
表示向下取整。
1.4)电离层改正降效参数εiono外推
Figure GDA0003807828280000122
其中，tiono为GEO卫星播发第一比特电离层改正数信息的时间；Ciono_step、 Ciono_ramp和Iiono为降效参数，由电文MT10播发；
1.5)快/慢变改正数及电离层改正数残差方差预报值
基于式(2)至(6)得到的完好性信息生命周期内有效外推降效参数，可得到快/ 慢变改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000123
和电离层改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000124
在完好性生命周期内的有效预报值，计算公式如下：
Figure GDA0003807828280000125
Figure GDA0003807828280000126
其中σUDRE由电文MT2～6、MT24播发的用户差分误差索引(UDREI)通过表4 索引得到；δUDRE由电文MT28播发参数根据标准要求计算得到，εer＝Cer为应用模式降效参数；σGIVE由电文MT26播发的格网电离层垂直误差索引(GIVEI)通过表5 索引得到；RSSUDRE、RSSiono和Cer由电文MT10播发。
表4用户差分误差索引(UDREI)表
Figure GDA0003807828280000127
表5格网电离层垂直误差索引(GIVEI)表
Figure GDA0003807828280000128
Figure GDA0003807828280000131
2)双频完好性参数外推
双频完好性参数外推较为简单，只包含参数εCORR的外推，公式如下：
Figure GDA0003807828280000132
Figure GDA0003807828280000133
其中，tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tCORR为电文MT32或电文MT39/40 的参考时间；RCORR和ICORR由电文MT37播发，δRCORR由电文MT32或电文MT40播发；
Figure GDA0003807828280000134
为向下取整。
基于式9和式10，得到双频完好性生命周期内的有效外推降效参数，可得到轨道 /时钟改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000135
计算公式如下：
Figure GDA0003807828280000136
其中，σDFRE利用电文MT34、MT35、MT36播发的DFREI和DFRECI，并根据电文MT37播发的DFREI对照表计算；δDFRE利用电文MT32的协方差矩阵信息按照标准要求计算，此处不再赘述；εer＝Cer为应用模式降效参数，Cer由电文MT37播发。
步骤3：保护级预测
在步骤2中，预报了BDSBAS未来完好性生命周期内有效的B1C单频增强快/慢变改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000137
电离层改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000138
和B2a双频增强轨道/时钟改正数残差方差
Figure GDA0003807828280000139
基于这些信息，可进行本步骤的单频保护级预报和双频保护级预报。
从BDSBAS民用服务平台数据处理中心获取未来30分钟的轨道钟差预报信息，得到预报的卫星轨道位置[xj，yj，zj]和卫星钟差偏差Bj，j表示第j颗导航卫星，利用已知的监测站坐标[xR，yR，zR]以及预报的卫星轨道位置可预报未来时刻第j颗导航卫星的高度角Elj和方位角Azj，则得到监测站观测到的n颗卫星的观测矩阵G，该矩阵第 j(j＝1,2…n)行如下式所示：
Gj＝[-cos Elj sin Azj -cos Elj cos Azj -sin Elj 1] (12)
对于BDSBAS B1C单频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure GDA0003807828280000141
其中
Figure GDA0003807828280000142
由下式计算得到：
Figure GDA0003807828280000143
式(13)中，
Figure GDA0003807828280000144
为步骤2中外推得到的完好性信息生命周期内有效的快/慢变改正数残差方差；
Figure GDA0003807828280000145
为完好性信息生命周期内有效的用户电离层残差方差，由步骤2 中的
Figure GDA0003807828280000146
在用户视线方向投影得到；
Figure GDA0003807828280000147
为接收机设备方差，对于RTCA DO-229E 标准规定的一类设备取
Figure GDA0003807828280000148
Figure GDA0003807828280000149
为用户视线方向上的对流层残差方差，由已知成熟模型计算得到。
对于BDSBAS B2a双频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure GDA00038078282800001410
其中
Figure GDA00038078282800001411
由下式计算得到：
Figure GDA00038078282800001412
式(14)中，
Figure GDA00038078282800001413
为步骤2中外推得到的完好性生命周期内有效的轨道/时钟改正数残差方差，
Figure GDA00038078282800001414
为用户视线方向上的对流层残差方差，可由已知成熟模型计算得到。
通过观测矩阵G和权阵W可得下式：
Figure GDA00038078282800001415
针对航路、终端区、NPA等飞行阶段，水平保护级(HPL)可由下式计算：
HPL＝KH，NPA·dmajor (16)
其中，
Figure GDA0003807828280000151
KH，NPA＝6.18；
针对APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，HPL和垂直保护级(VPL)由下式计算：
HPL＝KH，PA·dmajor (17)
VPL＝KVdU (18)
其中，KH，PA＝6.0，KV＝5.33。
步骤4：BDSBAS服务性能预测
在步骤3中，计算得到了BDSBAS B1C单频增强或B2a双频增强下的水平保护级(HPL)和垂直保护级(VPL)预测值，分别与民用航空用户不同航路条件下的水平告警门限(HAL)和垂直告警门限(VAL)进行比较，以判断BDSBAS单频增强服务和DFMC服务是否可用。
针对航路、终端区、NPA等飞行阶段，如果HPL≤HAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL，表明BDSBAS服务不可用。对于APV-I、APV-II和CAT-I等飞行阶段，如果HPL≤HAL且VPL≤VAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL或者 VPL＞VAL，则BDSBAS服务不可用。不同飞行阶段水平/垂直告警门限如表6所示。
表6 BDSBAS增强系统在各个航段上的水平/垂直告警门限
Figure GDA0003807828280000152
最终将BDSBAS服务性能预测结果发送至机场签派员，由签派员根据预测结果规划机场航班路线。

Claims (1)

1.一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：BDSBAS B1C/B2a增强电文读取；
BDSBAS B1C/B2a播发SBAS标准增强电文，电文类型及内容分别如表1和表2所示：
表1 BDSBAS B1C增强电文类型及播发信息
电文类型 电文内容 0 SBAS测试 1 PRN掩码 2至5 快变改正数及用户差分误差索引(UDREI) 6 户差分误差索引(UDREI) 7 快变改正数降效因子 9 GEO卫星位置 10 降效因子 12 SNT与UTC偏差 17 GEO历书 18 电离层格网掩码 24 快变/慢变改正数 25 慢变改正数 26 电离层改正数及电离层垂直误差索引(GIVEI) 28 时钟星历协方差矩阵 62 内部测试 63 空电文
表2 BDSBAS B2a增强电文类型及播发信息
Figure FDA0003820466850000011
Figure FDA0003820466850000021
BDSBAS B1C单频增强服务依据表1及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻用户差分误差索引，格网电离层垂直误差索引和降效参数信息；BDSBAS B2a DFMC增强服务依据表2及ICAO标准进行电文解析，获得当前时刻双频测距误差索引(DFREI)，和降效参数信息；
步骤2：完好性参数外推
BDSBAS B1C/B2a增强电文具有不同类型的完好性参数，因此需采用不同处理方式，B1C增强服务性能预测采用单频完好性参数外推方法，B2a增强服务性能预测采用双频完好性参数外推方法；
1)单频完好性参数外推；
1.1)快变改正降效参数εfc外推：
εfc＝a(tLifeCircle-tu+tlat)2/2 (1)
其中，a为快变改正数降效因子，由电文MT7播发；tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tu为快变改正数的参考时间；tlat为系统延迟时间，由电文MT7播发；
1.2)距离变化改正降效参数εrrc外推；
情况1：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)都不为3，在该情况下使用式(2)进行外推：
Figure FDA0003820466850000022
情况2：最新接收的快变改正信息中的IODF(IODFcur)和之前收到的快变改正信息中的IODF(IODFpre)至少一个为3，在该情况下使用式(3)进行外推：
Figure FDA0003820466850000031
式(2)和(3)中，IODFcur为最新接收的快变改正数信息中的IODF；IODFpre为在收到最新信息之前收到的快变改正数信息中的IODF；Ifc，j为电文MT2～5或MT24的最短超时间隔，由电文MT7播发的aii由表3推算；Brrc由电文10播发；IODF在电文MT2～MT5中播发，tof为最新接收的快变改正数信息的参考时间；tof，pre为收到最新信息之前收到的快变改正数信息的参考时间；Δt＝tof-tof，pre；
表3快变改正数降效参数索引(aii)对应表
ai<sub>i</sub> 0 1 2 3 4 5 6 7 I<sub>fc，j</sub> 0.00000 0.00005 0.00009 0.00012 0.00015 0.00020 0.00030 0.00045 ai<sub>i</sub> 8 9 10 11 12 13 14 15 I<sub>fc，j</sub> 0.00060 0.00090 0.00150 0.00210 0.00270 0.00330 0.00460 0.00580
1.3)慢变改正降效参数外推；
情况1：含速度改正量的慢变改正降效参数εltc_v1外推；
Figure FDA0003820466850000032
情况2：不含速度改正两的慢变改正降效参数εltc_v0；
Figure FDA0003820466850000033
式(4)和式(5)中，t0为长期改正数的参考时间，由电文MT25播发；Cltc_lsb、Cltc_v1、Iltc_v1、Cltc_v0、Iltc_v0为降效参数，由电文MT10播发；tltc为GEO播发长期改正数电文第一比特的时间；
Figure FDA0003820466850000034
表示向下取整；
1.4)电离层改正降效参数εiono外推；
Figure FDA0003820466850000035
其中，tiono为GEO卫星播发第一比特电离层改正数信息的时间；Ciono_step、Ciono_ramp和Iiono为降效参数，由电文MT10播发；
1.5)快/慢变改正数及电离层改正数残差方差预报值；
基于式(2)至(6)得到的完好性信息生命周期内有效外推降效参数，得到快/慢变改正数残差方差
Figure FDA0003820466850000041
和电离层改正数残差方差
Figure FDA0003820466850000042
在完好性生命周期内的有效预报值，计算公式如下：
Figure FDA0003820466850000043
Figure FDA0003820466850000044
其中σUDRE由电文MT2～6、MT24播发的用户差分误差索引(UDREI)通过表4索引得到；δUDRE由电文MT28播发参数根据标准要求计算得到，εer＝Cer为应用模式降效参数；σGIVE由电文MT26播发的格网电离层垂直误差索引通过表5索引得到；RSSUDRE、RSSiono和Cer由电文MT10播发；
表4用户差分误差索引(UDREI)表
Figure FDA0003820466850000045
表5格网电离层垂直误差索引(GIVEI)表
Figure FDA0003820466850000046
2)双频完好性参数外推；
双频完好性参数外推只包含参数εCORR的外推，公式如下：
Figure FDA0003820466850000047
Figure FDA0003820466850000048
其中，tLifeCircle为到达可用生命周期时的时刻；tCORR为电文MT32或电文MT39/40的参考时间；RCORR和ICORR由电文MT37播发，δRCORR由电文MT32或电文MT40播发；
Figure FDA00038204668500000512
为向下取整；
基于式(9)和式(10)，得到双频完好性生命周期内的有效外推降效参数，得到轨道/时钟改正数残差方差
Figure FDA0003820466850000051
计算公式如下：
Figure FDA0003820466850000052
其中，σDFRE利用电文MT34、MT35、MT36播发的DFREI和DFRECI，并根据电文MT37播发的DFREI对照表计算；δDFRE利用电文MT32的协方差矩阵信息按照标准要求计算；εer＝Cer为应用模式降效参数，Cer由电文MT37播发；
步骤3：保护级预测；
从BDSBAS民用服务平台数据处理中心获取未来30分钟的轨道钟差预报信息，得到预报的卫星轨道位置[xj，yj，zj]和卫星钟差偏差Bj，j表示第j颗导航卫星，利用已知的监测站坐标[xR，yR，zR]以及预报的卫星轨道位置可预报未来时刻第j颗导航卫星的高度角Elj和方位角Azj，则得到监测站观测到的n颗卫星的观测矩阵G，该矩阵第j行如下式所示：
Gj＝[-cos Elj sin Azj -cos Elj cos Azj -sin Elj 1] (12)
对于BDSBAS B1C单频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure FDA0003820466850000053
其中
Figure FDA0003820466850000054
由下式计算得到：
Figure FDA0003820466850000055
式(13)中，
Figure FDA0003820466850000056
为步骤2中外推得到的完好性信息生命周期内有效的快/慢变改正数残差方差；
Figure FDA0003820466850000057
为完好性信息生命周期内有效的用户电离层残差方差，由步骤2中的
Figure FDA0003820466850000058
在用户视线方向投影得到；
Figure FDA0003820466850000059
为接收机设备方差，对于RTCA DO-229E标准规定的一类设备取
Figure FDA00038204668500000510
Figure FDA00038204668500000511
为用户视线方向上的对流层残差方差，由已知成熟模型计算得到；
对于BDSBAS B2a双频，权阵W为对角阵，对角线元素
Figure FDA0003820466850000061
其中
Figure FDA0003820466850000062
由下式计算得到：
Figure FDA0003820466850000063
式(14)中，
Figure FDA0003820466850000064
为步骤2中外推得到的完好性生命周期内有效的轨道/时钟改正数残差方差，
Figure FDA0003820466850000065
为用户视线方向上的对流层残差方差，可由已知成熟模型计算得到；
通过观测矩阵G和权阵W可得下式：
Figure FDA0003820466850000066
针对航路、终端区、NPA飞行阶段，水平保护级(HPL)可由下式计算：
HPL＝KH，NPA·dmajor (16)
其中，
Figure FDA0003820466850000067
KH，NPA＝6.18；
针对APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，HPL和垂直保护级(VPL)由下式计算：
HPL＝KH，PA·dmajor (17)
VPL＝KVdU (18)
其中，KH，PA＝6.0，KV＝5.33；
步骤4：BDSBAS服务性能预测
针对航路、终端区、NPA飞行阶段，如果HPL≤HAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL，表明BDSBAS服务不可用；对于APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，如果HPL≤HAL且VPL≤VAL，表明BDSBAS服务可用；如果HPL＞HAL或者VPL＞VAL，则BDSBAS服务不可用，不同飞行阶段水平/垂直告警门限如表6所示：
表6 BDSBAS增强系统在各个航段上的水平/垂直告警门限
Figure FDA0003820466850000071
最终将BDSBAS服务性能预测结果发送至机场签派员，由签派员根据预测结果规划机场航班路线。
CN202010861978.2A 2020-08-25 2020-08-25 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法 Active CN112099056B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010861978.2A CN112099056B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010861978.2A CN112099056B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112099056A CN112099056A (zh) 2020-12-18
CN112099056B true CN112099056B (zh) 2022-12-27

Family

ID=73754312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010861978.2A Active CN112099056B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112099056B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114994723B (zh) * 2022-06-02 2023-05-23 国网思极位置服务有限公司 基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质
CN115508868A (zh) * 2022-09-14 2022-12-23 哈尔滨工程大学 基于gnss服务信息增强的导航信息解构重编码方法及装置
CN117572465B (zh) * 2024-01-16 2024-03-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种用于单频sbas认证服务的电文编排优化方法和系统
CN117579391B (zh) * 2024-01-16 2024-04-05 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于sbas认证服务的钟差电文降频优化方法和系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104732085A (zh) * 2015-03-23 2015-06-24 北京航空航天大学 卫星导航星基增强系统可用性预测方法
CN106646557A (zh) * 2016-12-26 2017-05-10 北京国交信通科技发展有限公司 一种基于北斗星基增强系统和短报文功能的海洋监测浮标
KR20170056259A (ko) * 2015-11-13 2017-05-23 한국전자통신연구원 위성 항법 보강 방법 및 장치
CN110879403A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 中海北斗(深圳)导航技术有限公司 一种简单可行的星基增强系统监测方法及系统
CN110988934A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 多模式接收机星基增强技术装置及处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104732085A (zh) * 2015-03-23 2015-06-24 北京航空航天大学 卫星导航星基增强系统可用性预测方法
KR20170056259A (ko) * 2015-11-13 2017-05-23 한국전자통신연구원 위성 항법 보강 방법 및 장치
CN106646557A (zh) * 2016-12-26 2017-05-10 北京国交信通科技发展有限公司 一种基于北斗星基增强系统和短报文功能的海洋监测浮标
CN110879403A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 中海北斗(深圳)导航技术有限公司 一种简单可行的星基增强系统监测方法及系统
CN110988934A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 多模式接收机星基增强技术装置及处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
北斗星基增强系统性能提升初步评估;陈俊平 等;《同济大学学报(自然科学版)》;20170731;第45卷(第7期);第1075-1082页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112099056A (zh) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112099056B (zh) 一种用于北斗星基增强服务性能实时预测的方法
Yang et al. Featured services and performance of BDS-3
EP2746811B1 (en) Methods for generating accuracy information on an ionosphere model for satellite navigation applications
US7733268B2 (en) Method and apparatus for determining the geographic location of a device
JP5419031B2 (ja) 天頂対流圏遅延量の推定値の算出方法
Li et al. Performance of various predicted GNSS global ionospheric maps relative to GPS and JASON TEC data
Yan et al. Early analysis of precise orbit and clock offset determination for the satellites of the global BeiDou-3 system
CN100437143C (zh) 区域卫星导航系统及方法
CN101140322A (zh) 用于布局卫星导航地基区域增强系统的装置及方法
EP3206048B1 (en) Use of wide area reference receiver network data to mitigate local area error sources
Vana et al. Analysis of GNSS correction data standards for the automotive market
CN105068088A (zh) 双频卫星导航星基增强系统可用性预测方法
Zhang et al. Current performance of open position service with almost fully deployed multi-GNSS constellations: GPS, GLONASS, Galileo, BDS-2, and BDS-3
Tabti et al. Improvement of single-frequency GPS positioning performance based on EGNOS corrections in Algeria
Sakai et al. Augmentation performance of QZSS L1-SAIF signal
Liu et al. Beidou wide-area augmentation system clock error correction and performance verification
CN107505645B (zh) 一种导航定位系统及方法
Paziewski et al. Application of SBAS pseudorange and carries phase signals to precise instantaneous single-frequency positioning
Kitamura et al. Development of Prototype Dual-frequency Multi-constellation SBAS for MSAS
Skorkowski et al. Analysis of EGNOS-augmented GPS receiver positioning accuracy
Suzuki et al. Evaluation of dual-frequency GBAS performance using data from public receiver networks
Sakai et al. Implementation of Prototype Satellite-Based Augmentation System (SBAS)
Sophan et al. Improvement of single point positioning accuracy by using GAGAN satellite-based augmentation system in Thailand region
JP7471618B1 (ja) 衛星航法システムにおける測位誤差の原因の比較試験方法
Arbesser-Rastburg Ionospheric corrections for satellite navigation using EGNOS

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant