CN114325779A - 导航增强系统定位粗差检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星导航技术领域的一种导航增强系统定位粗差检测方法及装置。该方法包括：S1.利用接收处理模块接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据所述数据信息计算粗差判断阈值；S2.利用定位解算模块根据所述数据信息构建伪距观测方程，对所述伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；S3.利用检测剔除模块将所述卫星伪距残差与所述粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。本发明剔除了SBAS定位解算中的GPS和GEO粗差观测值，避免了由于GPS和GEO卫星测距精度不一致导致的粗差探测复杂化，同时充分使用了SBAS系统播发的完好性参数，提升了粗差探测的效率和准确性。

Description

导航增强系统定位粗差检测方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种导航增强系统定位粗差检测方法及装置。

背景技术

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的不断发展，其已作为基础服务被广泛使用在各领域。但受GNSS服务性能限制，GNSS不能满足用户对于高精度、高完好性的要求，此时导航增强系统应运而生。用户可利用星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)地球静止轨道(Geostationary EarthOrbits，GEO)播发的增强改正信息完成定位解算，提高定位精度。

在进行SBAS定位解算时，观测数据当中的粗差等不良观测值的有效处理，在很大程度上决定着用户定位精度，因此需剔除SBAS定位解算中的全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)和GEO粗差观测值，尤其是低信噪比和低仰角导致的粗差观测值，选择合理有效的观测值粗差检测和剔除方法能够提升粗差探测的效率和准确性。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种导航增强系统定位粗差检测方法及装置，剔除了SBAS定位解算中的GPS和GEO粗差观测值，避免了由于GPS和GEO卫星测距精度不一致导致的粗差探测复杂化，同时充分使用了SBAS系统播发的完好性参数，提升了粗差探测的效率和准确性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明提供一种导航增强系统定位粗差检测方法，包括：

S1.利用接收处理模块接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据所述数据信息计算粗差判断阈值；

S2.利用定位解算模块根据所述数据信息构建伪距观测方程，对所述伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S3.利用检测剔除模块将所述卫星伪距残差与所述粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。

根据本发明的一个方面，所述数据信息包括：全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。

根据本发明的一个方面，所述步骤S1的粗差判断阈值的计算过程包括：

S11.所述完好性参数包括用户差分距离误差和格网电离层垂直误差参数，利用所述用户差分距离误差和所述格网电离层垂直误差参数，同时考虑接收端测量误差和对流层延迟误差，计算得到观测值方差

为：

其中，

为卫星星历改正数方差，

为电离层延迟改正数方差，

为接收端测量误差的方差，

为对流延迟改正的方差；

S12.利用观测值方差

计算粗差判断阈值，考虑99.9％的置信度，粗差判断阈值设置为3.29σ_i。

根据本发明的一个方面，所述步骤S2包括：

S21.判断星基增强系统地球静止轨道卫星是否支持测距，当所述星基增强系统地球静止轨道卫星支持测距且用户差分距离误差指数小于14时，执行步骤S22-S24，否则执行步骤S25-S27；

S22.构建全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的伪距观测方程为：

其中，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、监测站天线改正等，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为监测站位置，

和

分别为卫星和监测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c表示光速；

S23.利用星基增强系统播发的增强信息对所述全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的伪距观测方程的卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S24.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S25.构建全球定位系统的伪距观测方程为：

其中，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、监测站天线改正等，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为监测站位置，

和

分别为卫星和监测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c表示光速；

S26.利用星基增强系统的增强信息对所述全球定位系统的伪距观测方程的卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S27.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S28.判断星基增强系统地球静止轨道卫星是否支持测距，当所述星基增强系统地球静止轨道卫星支持测距时，继续执行步骤S29-S210，否则不执行以下步骤；

S29.利用星基增强系统播发的地球静止轨道卫星星历改正数、电离层改正数和解算的接收机钟差对地球静止轨道卫星观测值进行改正；

S210.定位解算得到地球静止轨道卫星伪距残差。

根据本发明的一个方面，所述步骤S3包括：

将所述卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，当所述卫星伪距残差超过3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，否则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星不存在粗差，检测结束。

一种利用如前述所示的导航增强系统定位粗差检测方法实现的导航增强系统定位粗差检测装置，包括：接收处理模块、定位解算模块和检测剔除模块，

所述接收处理模块用于接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据所述数据信息计算粗差判断阈值；

所述定位解算模块用于根据所述数据信息构建伪距观测方程，对所述伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

所述检测剔除模块用于将所述卫星伪距残差与所述粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。

根据本发明的另一个方面，所述数据信息包括：全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。

根据本发明的另一个方面，所述完好性参数包括用户差分距离误差和格网电离层垂直误差参数。

根据本发明的另一个方面，所述将所述卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较的过程包括：当所述卫星伪距残差超过3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，否则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星不存在粗差。

有益效果：

根据本发明的方案，与传统的粗差剔除的方法不同，本发明的方法通过接收SBAS和GPS数据信息来构建伪距观测方程，利用SBAS增强信息对伪距观测方程中的误差项进行改正，并利用改正后的卫星数据进行定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差，同时利用收到的SBAS完好性信息计算粗差判断阈值，最后将卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，完成卫星的粗差检测和剔除。该方法剔除了SBAS定位解算中的GPS和GEO粗差观测值，尤其对于低信噪比和低仰角导致的粗差观测值剔除效果明显。

本发明还有效避免了由于GPS和GEO卫星测距精度不一致导致的粗差探测的复杂化。同时由于SBAS在播发星历和电离层改正数的同时，会播发相应的完好性参数，即用户差分距离误差(UDRE)和格网电离层垂直误差(GIVE)参数，本发明在简化粗差探测方法的同时还充分利用SBAS系统播发的完好性参数，提升了粗差探测的效率和准确性。

附图说明

图1示意性表示本发明的一种实施方式的导航增强系统定位粗差检测方法的流程图；

图2示意性表示本发明的一种实施方式的导航增强系统定位粗差检测方法整个过程的具体执行流程图；

图3示意性表示本发明的一种实施方式的导航增强系统定位粗差检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1示意性表示本实施方式的导航增强系统定位粗差检测方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1.利用接收处理模块接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据数据信息计算粗差判断阈值；

S2.利用定位解算模块根据数据信息构建伪距观测方程，对伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S3.利用检测剔除模块将卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。

上述数据信息主要包括全球定位系统(GPS)和星基增强系统地球静止轨道卫星(SBAS GEO)的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。

图2示意性表示本实施方式的导航增强系统定位粗差检测方法整个过程的具体执行流程图。如图2所示，首先，获取包括GPS和SBAS GEO观测数据、星历数据，SBAS播发的增强信息以及SBAS完好性参数的数据信息。之后，上述步骤S1的利用完好性参数计算粗差判断阈值的过程包括：

S11.由于SBAS在播发星历和电离层改正数的同时，会播发相应的完好性参数，即用户差分距离误差(UDRE)和格网电离层垂直误差(GIVE)参数。利用获取的上述完好性参数，同时考虑接收端测量误差和对流层延迟误差，计算得到观测值方差

为：

其中，

为卫星星历改正数方差，

为电离层延迟改正数方差，

为接收端测量误差的方差，

为对流延迟改正的方差。

卫星星历改正数方差

为：

其中，RSS_UDRE为UDRE均方根误差，σ_UDRE为UDRE标准差，δUDRE为UDRE调整因子，ε_fc为快改参数降效参数，ε_rrc为距离变化率改正衰减，ε_ltc为长改降效参数，ε_er为航空飞行阶段中非精密近进(NPA)应用中的降效参数。

电离层延迟改正数方差

可利用GIVE参数及相应的电离层改正降效参数计算获得，为：

其中，

为电离层改正降效参数，

为GIVE参数。

接收端测量误差的方差

为：

其中，

为接收机(即为接收端)噪声方差，

为多路径误差方差，

为对角阵方差，i为第i颗卫星。

对流延迟改正的方差

为：

其中，σ_TVE＝0.12，θ_i为卫星仰角。

S12.利用观测值方差

计算粗差判断阈值，考虑99.9％的置信度，粗差判断阈值设置为3.29σ_i。该方法在简化粗差探测方法的同时还充分利用SBAS系统播发的完好性参数，提升了粗差探测的效率和准确性。

其次，上述步骤S2具体包括以下内容：

S21.判断星基增强系统地球静止轨道卫星(SBAS GEO卫星)是否支持测距，当SBASGEO卫星支持测距且用户差分距离误差指数UDREI的数值小于14时，执行步骤S22-S24，否则执行步骤S25-S27；

S22.构建全球定位系统GPS和星基增强系统地球静止轨道卫星SBAS GEO的伪距观测方程为：

其中，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、测站天线改正等，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为监测站位置，

和

分别为卫星和监测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c为光速；

S23.利用星基增强系统SBAS的增强信息对全球定位系统GPS和星基增强系统地球静止轨道卫星(SBAS GEO卫星)的伪距观测方程中的GPS和GEO卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S24.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S25.构建全球定位系统GPS卫星的伪距观测方程为：

其中，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、测站天线改正等，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为监测站位置，

和

分别为卫星和监测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c为光速；

S26.利用星基增强系统的增强信息对全球定位系统的伪距观测方程的GPS卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S27.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S28.判断SBAS GEO是否支持测距，当SBAS GEO支持测距时，继续执行步骤S29-S210，否则不执行以下步骤；

S29.利用星基增强系统SBAS播发的地球静止轨道卫星GEO星历改正数、电离层改正数和解算的接收机钟差对地球静止轨道卫星GEO观测值进行改正；

S210.定位解算得到地球静止轨道GEO卫星伪距残差。

接着，上述步骤S3具体包括：将上述步骤24以及步骤27或步骤210中获得的卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，考虑99.9％的置信度，当卫星伪距残差超过3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，检测结束。否则此时的卫星观测值及与卫星观测值对应的卫星不存在粗差，检测结束。

图3示意性表示本实施方式的导航增强系统定位粗差检测装置的结构示意图。如图3所示，本实施方式的导航增强系统定位粗差检测装置300包括接收处理模块301、定位解算模块302和检测剔除模块303。

其中，接收处理模块301用于接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据数据信息计算粗差判断阈值。

定位解算模块302用于根据上述数据信息构建伪距观测方程，对伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差。数据信息包括：全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。其中，完好性参数包括用户差分距离误差和格网电离层垂直误差参数。

检测剔除模块303用于将卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，当卫星伪距残差超过3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，否则此时的卫星观测值及与卫星观测值对应的卫星不存在粗差，从而实现卫星的粗差检测。

根据本发明的构思，上述方法及装置剔除了SBAS定位解算中的GPS和GEO粗差观测值，还有效避免了由于GPS和GEO卫星测距精度不一致导致的粗差探测的复杂化，尤其对于低信噪比和低仰角导致的粗差观测值剔除效果明显。同时，充分使用了SBAS系统播发的完好性参数，提升了粗差探测的效率和准确性。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导航增强系统定位粗差检测方法，包括：

S1.利用接收处理模块接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据所述数据信息计算粗差判断阈值；

S2.利用定位解算模块根据所述数据信息构建伪距观测方程，对所述伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S3.利用检测剔除模块将所述卫星伪距残差与所述粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据信息包括：全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的粗差判断阈值的计算过程包括：

S11.所述完好性参数包括用户差分距离误差和格网电离层垂直误差参数，利用所述用户差分距离误差和所述格网电离层垂直误差参数，同时考虑接收端测量误差和对流层延迟误差，计算得到观测值方差

为：

其中，

为卫星星历改正数方差，

为电离层延迟改正数方差，

为接收端测量误差的方差，

为对流延迟改正的方差；

S12.利用观测值方差

计算粗差判断阈值，考虑99.9％的置信度，粗差判断阈值设置为3.29σ_i。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21.判断星基增强系统地球静止轨道卫星是否支持测距，当所述星基增强系统地球静止轨道卫星满足支持测距且用户差分距离误差指数小于14时，执行步骤S22-S24，否则执行步骤S25-S27；

S22.构建全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的伪距观测方程为：

其中，

deph＝[dx^sat,dy^sat,dz^sat]，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、监测站天线改正，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为监测站位置，

和

分别为卫星和监测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c表示光速；

S23.利用星基增强系统的增强信息对所述全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的伪距观测方程的卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S24.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S25.构建全球定位系统的伪距观测方程为：

其中，

deph＝[dx^sat,dy^sat,dz^sat]，

为观测值，ρ₀为卫星和监测站间的几何距离，G为卫星至监测站的视线向量，deph为卫星轨道误差，dt_i为接收机钟差，dt^j为卫星钟差，d_ion为电离层延迟，d_trop为对流层延迟，d_cor为系统性误差，包括相对论改正、测站天线改正等，M为伪距多路径，ε为观测噪声，x^sat,y^sat,z^sat为卫星位置，x,y,z为测站位置，

和

分别为卫星和测站的位置向量，dx^sat,dy^sat,dz^sat为卫星轨道误差，c表示光速；

S26.利用星基增强系统播发的增强信息对所述全球定位系统的伪距观测方程的卫星轨道误差、卫星钟差和电离层延迟进行改正；

S27.定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

S28.判断星基增强系统地球静止轨道卫星是否支持测距，当所述星基增强系统地球静止轨道卫星支持测距时，继续执行步骤S29-S210，否则不执行以下步骤；

S29.利用星基增强系统播发的地球静止轨道卫星星历改正数、电离层改正数和解算的接收机钟差对地球静止轨道卫星观测值进行改正；

S210.定位解算得到地球静止轨道卫星伪距残差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

将所述卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较，当所述卫星伪距残差超过粗差判断阈值3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，否则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星不存在粗差，检测结束。

6.一种利用如权利要求1至5所述的导航增强系统定位粗差检测方法实现的导航增强系统定位粗差检测装置(300)，其特征在于，包括：接收处理模块(301)、定位解算模块(302)和检测剔除模块(303)，

所述接收处理模块(301)用于接收星基增强系统和全球定位系统的数据信息，并根据所述数据信息计算粗差判断阈值；

所述定位解算模块(302)用于根据所述数据信息构建伪距观测方程，对所述伪距观测方程的误差项进行改正，并定位解算得到监测站位置、接收机钟差和卫星伪距残差；

所述检测剔除模块(303)用于将所述卫星伪距残差与所述粗差判断阈值进行比较，实现卫星的粗差检测。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据信息包括：全球定位系统和星基增强系统地球静止轨道卫星的观测数据、星历数据，星基增强系统播发的增强信息和完好性参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述完好性参数包括用户差分距离误差和格网电离层垂直误差参数。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述将所述卫星伪距残差与粗差判断阈值进行比较的过程包括：当所述卫星伪距残差超过3.29σ_i时，则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星存在粗差并剔除，否则此时的卫星观测值及与所述卫星观测值对应的卫星不存在粗差。

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