CN113835105A - 一种基于gnss模拟器的gbas完好性监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法，属于卫星导航中的地基增强系统(GBAS)领域。它基于GNSS模拟器，构造了一种有效隔离参考接收机故障的方法。该方法通过对GNSS模拟器的观测量进行检测从而排除故障接收机。该方法对于GBAS领域具有重要的研究意义和应用价值。

Description

一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法
技术领域
本发明设计一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法，属于卫星导航中的地基增强系统(GBAS)领域。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)是基于性能的导航(PBN)发展的核心技术，是未来导航服务能力的提升的基础。为改善GNSS信号的性能，实现民航精密进近和着陆引导在精度、完好性、可用性等方面的要求，国际民航组织定义了GNSS增强系统，包括ABAS、SBAS和GBAS。GBAS是一个可以用于航空飞行器进行精密进近的本地差分卫星导航系统。主要是为机场附近的GNSS信号精度、完好性和可用性提供增强服务。
完好性是导航系统由于故障而不能提供导航信息或者保护级超出告警门限，系统能够在给定时间内及时向用户发出告警的能力。完好性风险是指系统危险误导信息漏检的概率。完好性是衡量卫星导航系统性能的重要指标，完好性监测技术对于GBAS建设具有重要的意义。
接收机故障检测是完好性监测过程中非常重要的一环。目前检测接收机故障的技术手段主要是接收机一致性校验(MRCC)。这种检测方法是通过对每个接收机测量的伪距校正量进行比较，检测出不一致的量，计算B值，并与阈值相比得出结果。由于卫星的主要观测量除了伪距，还有载噪比和载波相位。将多种观测量都进行评估，可以非常大地减少接收机故障的未检测率，有效隔离接收机故障对GBAS完好性监测的影响。
因此，构造一种有效隔离接收机故障的GBAS完好性监测方法具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了有效隔离参考接收机故障对GBAS完好性监测的影响，提高GBAS多故障监测能力，提出了一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法，包括如下步骤：
(101)多台GBAS参考接收机分别接收GNSS模拟器产生的模拟卫星信号与天线接收的真实卫星空间信号，并且解析形成模拟观测量与真实观测量；其中，模拟观测量是GNSS模拟器产生的模拟信号经解析生成的，真实观测量是真实卫星信号经解析生成的；
(102)对每台GBAS参考接收机解析的模拟观测量进行校正，即在模拟的伪距、载噪比和载波相位上加上校正值；其中，校正值在设备生产期间进行标定；
(103)将每台GBAS参考接收机校正后的伪距、载噪比和载波相位分别与GNSS模拟器产生的原始观测量进行对比，并比较其差值，若有一个差值绝对值超过阈值，则GBAS参考接收机产生完好性标记；
(104)对完好性标记进行逻辑判断，若只有一台GBAS参考接收机产生完好性标记，则排除对应的GBAS参考接收机，转入步骤(105)；若没有GBAS参考接收机产生完好性标记，则转入步骤(105)，若有一台以上GBAS参考接收机产生完好性标记，则换一台GNSS模拟器，重新转入步骤(101)；
(105)对真实卫星观测量进行信号质量监测、测量质量监测以及数据质量监测，产生完好性标记，并进行第一阶段执行监控器处理，判断是否有卫星需要隔离；其中第一阶段执行监控器处理过程中不对GBAS参考接收机进行故障判断；
(106)对第一阶段执行监控器处理后的真实卫星观测量进行一致性校验、均值方差和信息域伪距监测，产生完好性标记，并进行第二阶段执行监控器处理，判断是否有卫星需要隔离；其中第二阶段执行监控器处理过程中不对GBAS参考接收机进行故障判断。
本发明与现有技术相比所取得的有益效果为：
本发明提出了一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法，该方法监测了接收机输出的多种观测量，有效隔离了接收机故障对GBAS完好性监测的影响。
附图说明
图1为本发明设备连接图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图1和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明所述的方法中包含一个GNSS模拟器，N个GBAS参考接收机和天线，其中N≥2，一套GBAS信息处理设备，一套时间同步设备。其中连接关系如下：一个天线与一个GBAS参考接收机相连；时间同步设备连接GNSS模拟器、信息处理设备以及N个GBAS参考接收机；GNSS模拟器连接信息处理设备及N个GBAS参考接收机；接收机连接信息处理设备。
本发明实施例假设有4个GBAS参考接收机，连接4个天线。
步骤1，4个GBAS参考接收机分别接收GNSS模拟器产生的模拟卫星信号与天线接收的真实卫星空间信号，并且解析形成模拟观测量与真实观测量，其中，模拟观测量是GNSS模拟器产生的模拟信号经解析生成的；真实观测量是真实卫星信号经解析生成的。
步骤2，对每台GBAS参考接收机解析的模拟观测量进行校正，即在模拟的伪距、载噪比和载波相位上加上校正值；其中，校正值在设备生产期间进行标定；校正如下：
Figure BDA0003302225750000041
Figure BDA0003302225750000042
Figure BDA0003302225750000043
其中，
Figure BDA0003302225750000044
是模拟观测量中的伪距，
Figure BDA0003302225750000045
是伪距校正值，
Figure BDA0003302225750000046
是校正后的伪距。
Figure BDA0003302225750000047
是模拟观测量中的载噪比，
Figure BDA0003302225750000048
是载噪比校正值，
Figure BDA0003302225750000049
是校正后的载噪比值。
Figure BDA00033022257500000410
是模拟观测量中的载波相位，
Figure BDA00033022257500000411
是载波相位校正值，
Figure BDA00033022257500000412
是校正后的载波相位。n代表接收机号，m代表卫星号。
Figure BDA00033022257500000413
均已经在设备生产期间进行标定。
步骤3，对模拟观测量进行一致性检测，将校正后的伪距、校正后的载噪比和校正后的载波相位分别与GNSS模拟器产生的原始观测量进行对比，比较其差值，若有一个差值绝对值超过阈值，则产生完好性标记。
Figure BDA0003302225750000051
Figure BDA0003302225750000052
Figure BDA0003302225750000053
其中，
Figure BDA0003302225750000054
是模拟器上报的伪距，Δρ是对比得到的伪距差值。
Figure BDA0003302225750000055
是模拟器上报的载噪比，ΔCN是对比得到的载噪比差值。
Figure BDA0003302225750000056
是模拟器上报的载波相位，
Figure BDA0003302225750000057
是对比得到的载波相位差值。
步骤4，对完好性标记进行逻辑判断，若只有一台GBAS参考接收机产生完好性标记，则排除对应的GBAS参考接收机，进入步骤5；若没有GBAS参考接收机产生完好性标记，则进入步骤5，若有一台以上GBAS参考接收机产生完好性标记，则换一台GNSS模拟器，重新进入步骤1。
步骤5，对真实卫星观测量进行SQM(信号质量监测)、MQM(测量质量监测)和DQM(数据质量监测)，产生完好性标记，并进行改进的第一阶段执行监控器(EXM-I)处理，从而判断是否有卫星需要隔离，此处不再对GBAS参考接收机进行故障判断。其中改进的第一阶段执行监控器(EXM-I)处理逻辑如下：
一般来说，EXM－I需要处理的逻辑分为以下三种基本情况：
a单卫星在单个参考接收机上产生标记
b单卫星在多个参考接收机上产生标记
c多卫星在多个参考接收机上产生标记
发生情况a时，直接排除该通道上的测量值。发生情况b或者c时，则排除发生问题卫星。
步骤6，进行MRCC(一致性校验)、均值方差和MFRT(信息域伪距监测)，产生完好性标记，并进行改进的第二阶段执行监控器(EXM-II)处理，从而判断是否有卫星需要隔离，此处不再对接收机进行故障判断。其中改进的第二阶段执行监控器(EXM-II)处理逻辑如下：
首先，将产生标记的卫星进行隔离；
其次，重复进行卫星失效检测，保证所有故障卫星都被隔离，且所有被隔离卫星均为故障卫星；
最后，对隔离卫星进行管理。当完成“自我修复”的隔离卫星通过检验，则该卫星重新开始使用。

Claims (1)

1.一种基于GNSS模拟器的GBAS完好性监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(101)多台GBAS参考接收机分别接收GNSS模拟器产生的模拟卫星信号与天线接收的真实卫星空间信号，并且解析形成模拟观测量与真实观测量；其中，模拟观测量是GNSS模拟器产生的模拟信号经解析生成的，真实观测量是真实卫星信号经解析生成的；
(102)对每台GBAS参考接收机解析的模拟观测量进行校正，即在模拟的伪距、载噪比和载波相位上加上校正值；其中，校正值在设备生产期间进行标定；
(103)将每台GBAS参考接收机校正后的伪距、载噪比和载波相位分别与GNSS模拟器产生的原始观测量进行对比，并比较其差值，若有一个差值绝对值超过阈值，则GBAS参考接收机产生完好性标记；
(104)对完好性标记进行逻辑判断，若只有一台GBAS参考接收机产生完好性标记，则排除对应的GBAS参考接收机，转入步骤(105)；若没有GBAS参考接收机产生完好性标记，则转入步骤(105)，若有一台以上GBAS参考接收机产生完好性标记，则换一台GNSS模拟器，重新转入步骤(101)；
(105)对真实卫星观测量进行信号质量监测、测量质量监测以及数据质量监测，产生完好性标记，并进行第一阶段执行监控器处理，判断是否有卫星需要隔离；其中第一阶段执行监控器处理过程中不对GBAS参考接收机进行故障判断；
(106)对第一阶段执行监控器处理后的真实卫星观测量进行一致性校验、均值方差和信息域伪距监测，产生完好性标记，并进行第二阶段执行监控器处理，判断是否有卫星需要隔离；其中第二阶段执行监控器处理过程中不对GBAS参考接收机进行故障判断。
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