CN115374656A - 一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法，包括：任务制定与规划子系统、仿真引擎子系统、运行显示子系统、导航安全体系模型子系统、安全分析子系统、态势接入子系统和实物系统驱动子系统。通过建立涵盖导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型和备份导航模型等多类仿真模型库，采用标准易扩展的仿真架构，简单易用的界面和接口，解决导航安全任务筹划、效能评估和导航模拟训练和战术战法研究的问题，实现实测场景与软件分析场景的协同验证。

Description

一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法

技术领域

本发明属于卫星导航及仿真技术领域，特别是涉及一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法。

背景技术

随着军事科技的飞速发展，战场形态发生深刻变化，信息战背景下的卫星导航定位信息已成为众多战场信息中对战争进程有着重要影响的优势信息。但该优势信息在面对恶意攻击时则会变成劣势信息，不仅如此，即使在没有恶意攻击时，导航信息是否能够在复杂的电磁环境、地形地貌环境中充分发挥其优势，也存在需要被分析和评估。建立导航安全任务筹划系统对于评估我国导航设备在任务执行过程中是否能够安全使用导航信息至关重要，该系统以量化分析的方法和手段，实现对导航信息安全和服务保障能力精准分析与评估。

经过现有技术的检索，中国发明专利（申请公布号：CN 112100866 A），发明名称为一种导航装备效能评估方法及仿真平台，其主要目的是评估我国的北斗装备在作战中的效果。本发明所描述的导航装备效能评估方法及仿真平台，包含场景构建、实体模型数据、对抗要素设置、仿真控制、仿真推演、对抗效能评估、对抗态势可视和结果报表生成八个模块，评估载体的PNT和通信服务的可用性、连续性、干信比与干扰成功范围等。

但是，中国发明专利（申请公布号：CN 112100866 A），发明名称为一种导航装备效能评估方法及仿真平台，只给出了一种评估导航装备运动过程中在伪卫星和敌方干扰同时存在的情况下的可用性等，只是单点技术或单个场景的解决方案。其场景并未系统性考虑导航战中如北斗系统模型、行为模型、北斗用户模型、导航威胁模型、北斗用户机模型、导航系统误差模型、地形地貌遮挡模型等更多因素，模型的精细化程度有限，也未引入实际的作战态势，无法更加真实地反映导航信息安全态势。

中国发明专利（申请公布号：CN 109190143 A），发明名称为一种基于作战仿真试验的网络化智能弹药多方案评估方法，其主要目的是解决网络化智能弹药多方案评估的问题。本发明通过评估系统总体设计、接口协议设计、建模规范设计、系统开发与集成测试、仿真模型验证、拟制作战任务想定、确定评估指标体系、开展多方案评估试验等步骤完成不同网络化智能弹药设计方案遂行典型作战任务的能力评估。

但是，中国发明专利（申请公布号：CN 109190143 A），发明名称为一种基于作战仿真试验的网络化智能弹药多方案评估方法，只是解决作战仿真中关于智能弹药设计方案评估的问题，尽管作战仿真的步骤类似，但其并不涉及导航战领域的仿真评估。

总结起来，目前在导航信息安全精准分析与评估方面，要么是导航安全某个单点技术或单个应用场景的，无法对接真实作战态势，为导航信息安全任务筹划辅助有限；要么是针对作战仿真中其它领域的评估。所以，亟需建立相对完善的影响导航安全的效能分析系统，进而满足复杂对抗环境下及复杂应用场景下的导航安全分析需求以进一步支撑任务。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法，通过建立完善的涵盖导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型和备份导航模型等多类仿真模型库，采用标准易扩展的仿真架构，简单易用的界面和接口，解决导航安全任务筹划、效能评估和导航模拟训练和战术战法研究的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种卫星导航安全效能分析系统及建立方法，包括：

任务制定与规划子系统，用于根据规划任务脚本、仿真模式及运行流程脚本、运行场景脚本对导航安全典型场景进行构建和模型参数等效；控制仿真引擎子系统的启停，并进行初始运行的加载；

仿真引擎子系统，与所述任务制定与规划子系统连接，用于获取设计完成的场景，调用导航安全体系模型子系统中的各个模型，按照场景设定的流程进行导航安全分析，模拟用户使用导航设备的全过程，将各个监测点的结果输出至安全分析子系统进行安全分析；

运行显示子系统，与所述仿真引擎子系统连接，用于仿真场景展示、仿真状态态势展示和分析结果展示；

导航安全体系模型子系统，与所述仿真引擎子系统连接，用于提供导航安全分析过程中涉及到的模型体系；

实物系统驱动子系统，用于实现利用导航安全分析系统构建的软件场景控制实物硬件平台，基于所述平台根据指定任务场景驱动相应的硬件设备模拟物理世界的任务场景；

安全分析子系统，与所述运行显示子系统连接，用于根据评估指标对仿真引擎子系统全过程节点输出的监测点指标进行安全性能分析；

态势接入子系统，与所述实物系统驱动子系统连接，用于接收外部传输的数据，以及进行数据提取和存储。

优选地，所述任务制定与规划子系统包括场景开发模块、任务规划开发模块；

所述场景开发模块用于通过用户规划任务场景或外接系统导入任务，明确场景对象、对象属性、对象行为，描述不同场景的组成参数；

所述任务规划开发模块用于获取任务的观测及评估节点、初始输入启动数据、输入的态势数据。

优选地，所述仿真引擎子系统包括并行仿真引擎核、公共算法支持服务模块、模型驱动诊断接口、主框架模块；

所述仿真引擎核，用于为并行仿真程序提供服务，服务内容至少包括仿真时间管理、事件处理和内存管理；

所述公共算法支持服务模块，用于为并行离散事件仿真提供服务库；

所述模型驱动诊断接口，用于为仿真人员提供仿真基本状态和控制显示，用以监控和改变模型的状态；

所述主框架模块，用于为并行仿真提供了可执行外壳函数，支持对仿真成员和仿真主体系统进行对接。

优选地，所述运行显示子系统包括仿真场景展示模块、仿真状态态势展示模块、分析结果展示模块；

所述仿真场景展示模块用于显示试验任务及系统初始状态；

所述仿真状态态势展示模块用于通过试验运行管理收集仿真过程中的各类状态数据，对仿真系统运行过程中参与的所有逻辑系统相关信息的监控显示；

所述分析结果展示模块用于将体系评估的相关结果进行显示。

优选地，所述导航安全体系模型子系统所提供的模型至少包括导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型、备份导航模型。

优选地，所述评估指标包括第一评估指标、第二评估指标；

所述第一评估指标包括导航可用性、定位精度、可见和可用卫星数、各卫星载噪比、跟踪状态、所在方位，威胁目标的方位、威胁到达功率，分析目标的威胁态势；

所述第二评估指标包括天线性能、概率误差、目标损毁概率、任务规划行动总结。

优选地，所述安全分析子系统包括导航服务性能分析模块、干扰影响叠加模块、效能分析模块；

所述导航服务性能分析模块用于分析用户装备的基本性能；所述基本性能包括：覆盖性分析、DOP值计算、导航定位精度分析、可见卫星数计算、可用性计算、载噪比、干信比；

所述干扰影响叠加模块用于根据干扰参数与导航装备抗干扰参数，根据理论模型推算干扰对装备的可用性、通信、测距、定位等的定量影响，获得可用性与连续性下降情况、测距与定位精度下降情况、通信误码率性能恶化情况的推算结果，并在仿真运行中进行模拟叠加；

所述效能分析模块通过效能分析模型进行效能分析，所述效能分析模型的模型指标包括用于表示成功完成特定任务的能力概率类指标如毁伤率、破坏率，用于表示导航安全性能的指标如平均无影响工作时间、平均无影响行驶里程。

优选地，所述外部传输的数据包括电磁环境数据、IGMAS数据、地基增强数据、复杂空间环境数据、实际任务数据。

一种卫星导航安全效能分析系统的建立方法，包括，

分别构建导航安全体系模型子系统、仿真引擎子系统模型、任务制定与规划子系统、态势接入子系统、安全分析子系统、实物系统驱动子系统、运行显示子系统；

通过所述构建导航安全体系模型子系统提供导航安全分析过程中涉及到的模型体系；通过所述仿真引擎子系统模型，推进导航接收设备在设计场景中的仿真流程，获得导航安全效能分析结果，进一步判定导航安全是否会影响任务效能；

基于任务制定与规划子系统，用户根据规划任务脚本、仿真模式及运行流程脚本、运行场景脚本对导航安全典型场景进行构建和模型参数等效，通过构建态势接入子系统，输入外部信息并进行导航安全效能仿真平台的交互；

基于交互过程将导航安全整个过程中可能受影响的节点的指标进行监测，并采用对应的算法进行效能分析；并基于实物系统驱动子系统，利用软件信息驱动硬件产生信号，构建导航安全分析场景，进一步在现实环境中协同验证软件结果的正确性；最后对用户构建的场景要素、双方行动过程、运行过程、安全分析结果和外部态势接入展示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）导航安全体系模型覆盖了真实导航设备运行全流程的系统；模型库中的软件模型具备真实系统的处理流程，模型的对外接口与硬件系统统一，确保其能够对接实物系统并驱动；2）本发明所述的实物系统驱动子系统能够将导航安全效能分析平台与真实系统对接，如驱动真实的导航信号源、干扰源等硬件设备，构建安全效能分析平台中的场景，进一步在物理世界中进行实测验证，再将结果反馈至效能分析平台，对该平台的模型、处理流程、监测指标等进行实测验证和修正；3）本发明所述的态势接入子系统开放了导航安全效能分析过程所需的真实数据，如导航系统运行状态、监测站数据、复杂电磁态势信息等，进一步保证导航安全效能分析场景的真实性，效能分析结果的正确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的方法流程图；

其中，1、任务制定与规划子系统；2、仿真引擎子系统；3、运行显示子系统；4、导航安全体系模型子系统；5、实物系统驱动子系统；6、安全分析子系统；7、态势接入子系统。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种卫星导航安全效能分析系统，包括：任务制定与规划子系统、仿真引擎子系统、运行显示子系统、导航安全体系模型子系统、安全分析子系统、态势接入子系统和实物系统驱动子系统。

其中，导航安全体系模型子系统应涵盖与导航安全相关的所有系统，包括导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型和备份导航模型。模型均为软件模型，软件模型的接口定义遵循实际系统，也可依据安全分析需求自定义输出相关参数，相关算法可按照安全分析需求加载，软件模型配置完成后可驱动硬件实物系统。

导航系统模型包含四大卫星导航系统模型，模型参数涵盖不同卫星的物理特性参数如天线设计，信号特性参数如信号功率，运动特性参数如轨道、姿态等，不同发展阶段的星座构成，不同信号分量，不同发展阶段的业务类型如导航业务、短报文业务、广域增强业务等。

增强系统模型包含天基、空基、地基增强系统模型，模型参数涵盖不同增强系统的物理特性参数如天线安装位置、天线设计等，信号特性参数如信号体制、信号功率、频率等，运动特性参数如航线、姿态等，不同业务类型如导航增强业务、通信业务等。

威胁系统模型应覆盖导航频带的无关信号发射源的模型，模型参数涵盖威胁系统的平台物理特性参数如平台材质、天线安装位置等，信号特性参数如信号功率、频率、信号体制、信号组合策略等，运动特性参数如航线、姿态等，不同威胁源的叠加模型等。

环境模型应覆盖信号传播模型、电离层模型、对流层模型、大气阻力模型、地形地貌模型、复杂空间环境模型。信号传播模型包含常用基础电波传播模型，地形地貌模型包含遮挡模型和多径模型。

用户接收模型应覆盖天线模型、用户接收机模型、用户平台物理特性模型和用户平台运动特性模型。天线模型应涵盖天线方向图、噪声系数、增益、滤波器参数、射频信号、卫星与用户相对位置、天线相位中心偏差、天线相位中心变化等参数。用户接收机模型应涵盖

备份导航模型应覆盖惯性导航、视觉导航的等效模型。

具体地，导航安全体系模型子系统为导航安全分析全过程涉及到的所有对象的模型体系。

优选地，导航安全体系模型子系统包括如下模块但不限于：

1）导航系统模型，卫星系统模型作为导航安全仿真全过程仿真模型中的重要组成部分，主要是对卫星系统中与导航业务相关的功能进行抽象和模型化，需要涵盖以下几个方面的要素：应涵盖不同卫星的物理特性参数；应涵盖BEIDOU、GPS、GALILEO、GLONASS全球卫星导航系统的卫星星座构成，应涵盖卫星信号发射的模型；应涵盖卫星损毁、失效等星座变化的建模；

2）增强系统模型，包含除了导航系统外其他具备导航信号发射功能的系统模型，主要包括：天基增强系统模型、空基增强系统模型和地基增强系统模型等，除形态不一致外，其他功能建模要求与导航系统一致。

3）威胁系统模型，导航安全分析中考虑的威胁系统主要是有意和无意干扰模型，应涵盖不同干扰方式的建模，如压制式干扰等，应涵盖不同干扰样式的建模如噪声干扰、脉冲干扰、扫频干扰、宽带干扰等；应涵盖不同干扰平台的建模如便携式、车载式、机载式、舰载式、摆放式、投掷式等；应涵盖干扰策略的建模如灵巧式干扰和组合干扰等。

4）环境模型，主要包含信号发送、传输至接收过程中的环境模拟，主要包括信号传播模型、地形地貌模型、信道模型和载体遮挡模型。

5）用户接收模型，主要开展用户设备的接收全过程等效建模，主要包括用户平台模型、载体动态模型、天线模型、接收机模型、组合导航模型。

6）备份导航模型，主要开展用户平台上其他辅助输出位置速度时间信息的模型，如惯导模型，纯惯导模型的建模应涵盖原始数据的质量参数：加速度计和陀螺的三轴的零偏、零偏稳定性、零偏重复性、标度因素非线性度、随机游走系数、噪声标准差、正交耦合参数、温补关系曲线等。

任务制定与规划子系统支持用户规划任务场景或外接系统导入任务，任务规划场景中包含模型、模型行为、模型参数、外部数据、筹划目标等，并将这些参数和属性映射引导仿真引擎子系统进行初始运行加载、模型调度、运行启停等。

具体地，任务制定与规划子系统主要根据规划任务脚本、仿真模式及运行流程脚本、运行场景脚本映射为各类模型参数或属性、仿真引擎子系统的启停，并进行初始运行的加载，任务制定与规划子系统涉及大量的任务、模式、参数的切分，是整个系统中交互设计最复杂的部分。

优选地，任务制定与规划子系统包含如下模块但不限于：

1）场景开发模块：明确场景对象、对象属性、对象行为，描述不同场景的组成要素主要包括任务时间范围、导航系统状态、分析区域、导航接收机配置及数量和分布情况、干扰源类型及分布等。

2）任务规划开发模块：明确任务的观测及评估节点、初始输入启动数据、输入的态势数据等。

仿真引擎子系统是导航安全筹划系统的大脑，根据任务制定与规划子系统的映射需求，调用导航安全体系模型子系统中的各个模型，根据筹划目标的流程按照相应的流程运行，模拟用户使用导航信息和受到威胁的全过程。仿真引擎子系统根据筹划任务不同，仿真加速比不同。

具体地，仿真引擎子系统主要获取已经设计完成的场景，调用导航安全体系模型子系统中的各个模型，按照场景设定的流程进行导航安全分析，模拟用户使用导航设备的全过程，将各个监测点的结果输出至安全分析子系统供系统安全分析。

优选地，仿真引擎子系统包括如下模块但不限于：

1）并行仿真引擎核。仿真引擎核为并行仿真程序提供关键服务，如仿真时间管理、事件处理和内存管理等。

2）公共算法支持服务。公共算法支持服务模块为并行离散事件仿真提供多种服务库。

3）模型驱动诊断接口。模型驱动诊断接口为仿真人员提供仿真基本状态和控制显示，用以监控和改变模型的状态。

4）主框架。主框架为并行仿真提供了一个可执行外壳函数，支持对仿真成员和仿真主体系统进行对接。

安全分析子系统对仿真引擎子系统全过程节点输出的监测点指标进行安全分析，常规的评估指标包含导航可用性、定位精度、可见/可用卫星数、各卫星载噪比、跟踪状态、所在方位，威胁目标的方位、威胁到达功率，分析目标的威胁态势等，特殊的评估指标根据分析目标不同，可进一步分析其天线性能、概率误差、目标损毁概率、任务规划行动总结等。

具体地，安全分析子系统主要是实现对导航信号安全性能分析，包含但不限于导航服务性能分析模型、干扰影响叠加模型、效能分析模型。

1）导航服务性能分析模型为分析用户装备的基本性能，主要包括：覆盖性分析、DOP值计算、导航定位精度分析、可见卫星数计算、可用性计算、载噪比、干信比等。

2）干扰影响叠加模型由干扰参数与导航装备抗干扰参数，根据理论模型推算干扰对装备的可用性、通信、测距、定位等的定量影响，具体来说是可用性与连续性下降情况、测距与定位精度下降情况、通信误码率性能恶化情况等，并在仿真运行中进行模拟叠加。

3）效能分析模型：包括但不限于以下指标：用于表示成功完成特定任务的能力概率类指标如毁伤率、破坏率，用于表示导航安全性能的指标如平均无影响工作时间、平均无影响行驶里程。

态势接入子系统对星座运行数据、国际GNSS监测评估系统（IGMAS）数据、电磁环境数据、威胁态势数据接收并处理，将其处理为导航安全体系模型子系统所需的参数并进一步参与模型计算，另一方面输出至运行显示子系统进行显示。

具体地，态势接入子系统7主要是实现接收外部数据的能力，包含但不限于电磁环境数据、IGMAS数据、地基增强数据、复杂空间环境数据、实际任务数据等。

实物系统驱动子系统为根据指定任务场景驱动相应的硬件设备模拟物理世界的任务场景，如将任务场景中导航系统模型的属性和流程参数化，驱动导航信号源模拟导航卫星系统，又如将任务场景中威胁系统模型的属性和策略参数化，驱动威胁激励源产生任务场景中等效的威胁信号。对于运动场景中有运动轨迹的对象，实物系统驱动子系统可按路线规划驱动对应的无人机完成。

具体地，实物系统驱动子系统主要用于实现利用导航安全分析系统构建的软件场景控制实物硬件平台如导航信号源和干扰辐射源。

运行显示子系统用于显示应涵盖导航安全体系模型子系统的模型外观、行为、属性、参数显示，任务制定与规划子系统的场景及下属模型的行为参数显示，仿真引擎子系统仿真的运行状态显示，态势接入子系统的态势信息、试验数据的分析结果等。

具体地，运行显示子系统主要包括仿真场景展示、仿真状态态势展示和分析结果展示等。

优选地，运行显示子系统包括如下模块但不限于：

1）仿真场景展示。主要是显示试验任务及系统初始状态；

2）仿真状态态势展示。主要通过试验运行管理收集仿真过程中的各类状态数据，对仿真系统运行过程中参与的所有逻辑系统相关信息的监控显示，包括仿真时间显示、各系统状态显示、态势显示、信息传输显示、覆盖区域显示、地理环境显示等等；

3）分析结果展示主要是体系评估的相关结果以二维、三维图表的形式更加直观地显示出来。

环境模拟系统主要模拟信道环境。其中，的环境模拟分系统主要是实现对北斗导航信号传输特性的模拟，进而可以模拟北斗系统的测量类试验，包括：定位授时、星地联合定轨、自主导航，等。

如图2所示，本发明的还提供一种对当前导航安全性能评估和任务筹划系统的一种建立方法，包括以下步骤：

S1、构建导航安全体系模型子系统，包括建立导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型和备份导航模型等。其中，的分系统模型应当具备真实导航信号涉及到的信号发射、传输和接收的全流程，且分系统间和对外接口定义应当遵循真实导航系统的接口控制文件定义和导航接收机接口定义；

具体地，包括：

1）导航系统模型。导航系统模型具备真实工程系统的处理流程或简化处理流程，接口定义按照工程实际接口定义；

2）增强系统模型。构建天基、空基和地基增强系统模型，处理流程和接口定义参考导航系统模型；

3）威胁系统模型。构建有意和无意干扰系统模型，处理流程和接口定义遵循实际干扰发射设备定义；

4）环境模型。构建地形地貌模型，地形地貌遮挡模型，电磁环境模型，信道模型和信号传输模型，模型参数和接口定义参考现有数据，如地形文件需兼容公开的DEM，DSM等数据；

5）用户接收模型。构建导航软件接收机模型或简化模型，模型参数和接口定义参考实际硬件导航接收机。

6）备份导航模型。构建惯性导航模型和视觉导航模型，模型参数和接口定义根据与导航设备模型的接口简化。

S2、构建仿真引擎子系统模型，要求该仿真引擎子系统具有高仿真加速比，进而保证其在复杂环境场景和海量对象场景中的用户体验，用户能快速推进导航接收设备在以上场景中的仿真流程，以快速得到其导航安全效能分析结果，进一步判定导航安全是否会影响任务效能；

具体地，构建仿真引擎主框架，选择时间驱动或事件驱动模式，调动并行仿真引擎核，公共算法支持服务，模型驱动诊断接口对任务制定场景进行分析计算。

S3、构建任务制定与规划子系统，包括用户想定的包含导航安全的所有参与对象和要素的场景制定，规划双方的兵力部署等，这些要素包含模型、模型行为、模型参数、外部数据、筹划目标等。同时，该子系统除了可以自行制定任务场景，还支持外部场景导入；

具体地，任务制定与规划子系统主要是实现对导航安全典型场景进行构建和模型参数等效，并控制仿真引擎子系统的启停等。

S4、构建态势接入子系统，用于实现外部输入信息和导航安全效能仿真平台的交互。外部信息输入后不仅要通过运行显示子系统展示，且需要经过关键参数信息提取和处理后输入至导航安全体系模型子系统，为模型提供更加接近真实场景的态势信息和参数信息，亦需要接入安全分析子系统参与安全效能分析；

具体地，开发电磁环境数据、IGMAS数据、地基增强数据、复杂空间环境数据、实际任务数据的接入接口，数据提取和存储功能。

S5、构建安全分析子系统。将导航安全整个过程中可能受影响的节点的指标进行监测，并采用对应的算法进行效能分析，如分析定位精度、可用性、干信比、干扰态势、组合导航效能等指标，进一步得到导航设备所在的平台/系统的导航状态是否安全。该子系统是效能分析系统的核心，其监测节点和算法的有效性直接影响用户对导航安全与否的判决；

具体地，将导航安全整个过程中可能受影响的节点的指标进行监测，分别利用导航服务性能分析模型、干扰影响叠加模型、效能分析模型对导航安全性能进行全面分析。

S6、构建实物系统驱动子系统，用于实现利用软件信息驱动硬件产生信号，构建导航安全分析场景，进一步在现实环境中协同验证软件结果的正确性。其中，软件信息包含硬件设备如导航信号源、干扰源启动所需的参数、信息和信号流，该实物系统驱动子系统要完成软件信息转换和硬件仿真的控制、信息信号的转换等；

具体地，将软件生成的信息和信号流输出，导入至导航信号源和干扰源系统中，并控制信号源和干扰源的信号生成、启停、运动。

S7、构建运行显示子系统。用于用户构建的场景要素、双方行动过程、运行过程、安全分析结果和外部态势接入展示；

具体地，将仿真场景、仿真状态态势、分析结果按图、文、表的形式合理展示。

现有技术中，导航安全性能分析方法，很多是为了得到单个性能的建模仿真，无法覆盖导航安全体系的全过程，应用场景有限，未接入真实态势数据，无法对接真实任务场景，未与硬件系统连接，由软件驱动实测场景协同分析验证。根据本实施例的方案，导航安全体系模型库考虑了导航设备使用过程中可能涉及到所有系统，覆盖了导航安全体系的全过程，应用场景较大；引入了态势接入子系统，解决了想定场景不能真实反应实际效能的问题；引入了实物系统驱动子系统，利用软件构建的场景驱动硬件产生相同场景，实测与软件场景协同验证，保证了分析结果的正确性。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，包括：

任务制定与规划子系统，用于根据规划任务脚本、仿真模式及运行流程脚本、运行场景脚本对导航安全典型场景进行构建和模型参数等效；控制仿真引擎子系统的启停，并进行初始运行的加载；

仿真引擎子系统，与所述任务制定与规划子系统连接，用于获取设计完成的场景，调用导航安全体系模型子系统中的各个模型，按照场景设定的流程进行导航安全分析，模拟用户使用导航设备的全过程，将各个监测点的结果输出至安全分析子系统进行安全分析；

运行显示子系统，与所述仿真引擎子系统连接，用于仿真场景展示、仿真状态态势展示和分析结果展示；

导航安全体系模型子系统，与所述仿真引擎子系统连接，用于提供导航安全分析过程中涉及到的模型体系；

实物系统驱动子系统，用于实现利用导航安全分析系统构建的软件场景控制实物硬件平台，基于所述平台根据指定任务场景驱动相应的硬件设备模拟物理世界的任务场景；

安全分析子系统，与所述运行显示子系统连接，用于根据评估指标对仿真引擎子系统全过程节点输出的监测点指标进行安全性能分析；

态势接入子系统，与所述实物系统驱动子系统连接，用于接收外部传输的数据，以及进行数据提取和存储。

2.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述任务制定与规划子系统包括场景开发模块、任务规划开发模块；

所述场景开发模块用于通过用户规划任务场景或外接系统导入任务，明确场景对象、对象属性、对象行为，描述不同场景的组成参数；

所述任务规划开发模块用于获取任务的观测及评估节点、初始输入启动数据、输入的态势数据。

3.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述仿真引擎子系统包括并行仿真引擎核、公共算法支持服务模块、模型驱动诊断接口、主框架模块；

所述仿真引擎核，用于为并行仿真程序提供服务，服务内容至少包括仿真时间管理、事件处理和内存管理；

所述公共算法支持服务模块，用于为并行离散事件仿真提供服务库；

所述模型驱动诊断接口，用于为仿真人员提供仿真基本状态和控制显示，用以监控和改变模型的状态；

所述主框架模块，用于为并行仿真提供了可执行外壳函数，支持对仿真成员和仿真主体系统进行对接。

4.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述运行显示子系统包括仿真场景展示模块、仿真状态态势展示模块、分析结果展示模块；

所述仿真场景展示模块用于显示试验任务及系统初始状态；

所述仿真状态态势展示模块用于通过试验运行管理收集仿真过程中的各类状态数据，对仿真系统运行过程中参与的所有逻辑系统相关信息的监控显示；

所述分析结果展示模块用于将体系评估的相关结果进行显示。

5.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述导航安全体系模型子系统所提供的模型至少包括导航系统模型、增强系统模型、威胁系统模型、环境模型、用户接收模型、备份导航模型。

6.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述评估指标包括第一评估指标、第二评估指标；

所述第一评估指标包括导航可用性、定位精度、可见和可用卫星数、各卫星载噪比、跟踪状态、所在方位，威胁目标的方位、威胁到达功率，分析目标的威胁态势；

所述第二评估指标包括天线性能、概率误差、目标损毁概率、任务规划行动总结。

7.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述安全分析子系统包括导航服务性能分析模块、干扰影响叠加模块、效能分析模块；

所述导航服务性能分析模块用于分析用户装备的基本性能；所述基本性能包括：覆盖性分析、DOP值计算、导航定位精度分析、可见卫星数计算、可用性计算、载噪比、干信比；

所述干扰影响叠加模块用于根据干扰参数与导航装备抗干扰参数，根据理论模型推算干扰对装备的可用性、通信、测距、定位等的定量影响，获得可用性与连续性下降情况、测距与定位精度下降情况、通信误码率性能恶化情况的推算结果，并在仿真运行中进行模拟叠加；

所述效能分析模块通过效能分析模型进行效能分析，所述效能分析模型的模型指标包括用于表示成功完成特定任务的能力概率类指标如毁伤率、破坏率，用于表示导航安全性能的指标如平均无影响工作时间、平均无影响行驶里程。

8.根据权利要求1所述的卫星导航安全效能分析系统，其特征在于，

所述外部传输的数据包括电磁环境数据、IGMAS数据、地基增强数据、复杂空间环境数据、实际任务数据。

9.一种卫星导航安全效能分析系统的建立方法，其特征在于，包括，

分别构建导航安全体系模型子系统、仿真引擎子系统模型、任务制定与规划子系统、态势接入子系统、安全分析子系统、实物系统驱动子系统、运行显示子系统；

通过所述构建导航安全体系模型子系统提供导航安全分析过程中涉及到的模型体系；通过所述仿真引擎子系统模型，推进导航接收设备在设计场景中的仿真流程，获得导航安全效能分析结果，进一步判定导航安全是否会影响任务效能；

基于任务制定与规划子系统，用户根据规划任务脚本、仿真模式及运行流程脚本、运行场景脚本对导航安全典型场景进行构建和模型参数等效，通过构建态势接入子系统，输入外部信息并进行导航安全效能仿真平台的交互；

基于交互过程将导航安全整个过程中可能受影响的节点的指标进行监测，并采用对应的算法进行效能分析；并基于实物系统驱动子系统，利用软件信息驱动硬件产生信号，构建导航安全分析场景，进一步在现实环境中协同验证软件结果的正确性；最后对用户构建的场景要素、双方行动过程、运行过程、安全分析结果和外部态势接入展示。

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