CN116540275B - 一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,通过分析北斗精准定位中涉及的卫星钟轨数据、信号偏差数据以及空间大气改正数据在观测量层面的误差传播规律,构建消电离层型钟轨相关检验统计量;在此基础上,开展大气改正与卫星偏差相互免疫型的序贯监测,通过概率域可信监测与预警提升改正信息的可用性,兼容陆海多类型用户与多作业场景的可信监测需求。

Description

一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法
技术领域
本发明属于导航定位、可信监测领域,具体涉及一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法。
背景技术
推广北斗产业化是目前的迫切要求,也是北斗卫星导航系统最有力的需求牵引。为实现北斗卫星导航系统产业化,需要构建北斗精准可信定位与高分遥感集成服务通用平台,以实现北斗定位的高精度与高可信。可信监测与预警技术便是保障各项改正真实可信的关键,是实现北斗精准定位与授时可信监测的核心环节。
目前,传统定位域可信监测基于各类风险源先验故障概率、可信性风险、连续性风险等技术指标精确已知开展,而目前尚无面向北斗高精度应用场景的权威技术指标与分配体系,导致传统基于定位域保护水平的可信监测方法难以适用。
发明内容
针对现有PPP-RTK状态域改正信息可信性缺失问题,本发明提供一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,围绕卫星钟轨改正信息和大气延迟改正信息开展概率域可信监测,保障各类改正产品的高可信;针对通信链路故障导致连续性中断或改正信息异常导致产品可信不足的问题,在播发后针对各类改正产品进行播发后可信监测,降低用户端定位服务失效风险。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,包括如下步骤:
步骤1、获取卫星钟轨数据、信号偏差数据以及空间大气改正数据;
步骤2、分别统计各项样本数据集中的数据的可用于PPP-RTK定位的改正值与不可用于PPP-RTK定位的改正值;
步骤3、对样本数据集进行监测获得监测的样本数据集,对监测的样本数据集进行正态处理;
步骤4、计算不同置信水平下各项样本数据集的告警极限阈值作为各项改正信息的告警极限阈值;
步骤5、构建各项改正信息最小可检测偏差模型;
步骤6、实现用户端可信监测与实时预警。
进一步地,所述步骤3中,采用Box-Cox数据转化的方式进行正态处理,其公式如下:
其中,y为监测的样本数据集,为变换后的样本数据集,/>为样本数据集最小残差的平方,由于y存在负数情况,引入常数c来保证(y+c)>0。
进一步地,所述步骤4中的告警极限阈值的计算公式如下:
其中,为样本均值,/>为显著水平,n为样本集个数,s为样本集标准差,/>为t分布函数在/>处的值。
进一步地,所述步骤5中的各项改正信息最小可检测偏差模型构建方式为:
根据计算得到的各项改正信息的告警极限阈值,构建预测模式下的钟轨改正信息以及大气梯度改正信息最小可检测偏差模型;
原预测模式假设为:
其中,代表该假设情况,E为该假设的数学期望;Y为该假设观测向量;x为m维未知向量;A为n/>m维设计矩阵;D为该假设的方差。考虑模型误差,则假设情况为:
其中,k为模型误差种类,为模型误差大小;
模型误差的统计检验量为:
其中,k为模型误差种类,采用n维已知向量表示,为观测值方差阵,/>为最小二乘残差向量,/>为最小二乘投影算子,上标T表示模型误差种类;统计检验量T在两种假设下均服从/>分布,引入非中心参数/>衡量两种假设间的差异;当非中心参数/>确定时,两种假设间的偏差的大小为:
进一步地,所述步骤6中,根据多类型用户不同等级可信监测的控制要求,在北斗精确定位服务增强信息到达用户可信监测需求的告警极限阈值时,判断服务信息不可用,并在服务端发出预警,实现北斗精准定位各类改正信息可信的严密监测。
有益效果:
本发明有效实现了对北斗高精度应用的改正信息的实时可信监测,解决了北斗高精度应用因缺乏相应权威技术指标与分配体系所导致传统可信监测难以适用的问题,切实保障了基于北斗平台的高精度应用产品的高可信性。
附图说明
图1为本发明的一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明的一种概率域精准定位改正信息可信监测及预警方法,通过分析北斗精准定位中涉及的卫星钟轨数据、信号偏差数据以及空间大气改正数据在观测量层面的误差传播规律,构建消电离层型钟轨相关检验统计量;并开展大气改正与卫星偏差相互免疫型的序贯监测,通过概率域可信监测与预警提升改正信息的可用性,兼容陆海多类型用户与多作业场景的可信监测需求;具体包括如下步骤:
步骤1、获取卫星钟轨数据、信号偏差数据以及空间大气改正数据;
获取观测环境良好的某一基准网连续30天解算出的北斗卫星钟轨数据产品及空间大气改正数据产品,作为本次分析的样本数据集;
步骤2、分别统计各项样本数据集中的数据的可用于PPP-RTK定位的改正值与不可用于PPP-RTK定位的改正值;
步骤3、对样本数据集进行监测获得监测的样本数据集,对监测的样本数据集进行正态处理;
由于数据采集样本量未必能使得监测样本数据满足正态分布规律,这使得在计算危险信息概率前,需要对数据进行正态处理;
在本发明中,正态处理采用Box-Cox数据转化的方式,其公式如下:
其中,y为监测样本数据集,为变换后的样本数据集,/>为样本数据集最小残差的平方,由于y存在负数情况,引入常数c来保证(y+c)>0。
步骤4、计算不同置信水平下各项样本数据集的告警极限阈值;
根据正态处理后的数据构建的钟轨改正信息以及大气梯度改正信息正态分布方程,分别计算不同置信水平下各项改正信息的告警极限阈值,计算公式如下:
其中,为样本均值,/>为显著水平,n为样本数据集个数,s为样本数据集标准差,为t分布函数在/>处的值,计算中通过查表获取。
步骤5、构建各项改正信息最小可检测偏差模型。
为确保实时监测的可靠性,根据计算得到的各项改正信息的告警极限阈值,构建预测模式下的钟轨改正信息以及大气梯度改正信息最小可检测偏差模型,该模型如下:
考虑原预测模式假设情况为:
其中,代表该假设情况,E为该假设的数学期望;Y为该假设观测向量;x为m维未知向量;A为n/>m维设计矩阵;D为该假设的方差。然而该假设前提为理想状态,不含有模型误差,若将模型误差考虑进来,则此时假设情况/>为:
其中,k为模型误差种类,为模型误差大小。
模型误差的统计检验量为:
其中,k为模型误差种类,采用n维已知向量表示;为观测值方差阵;/>为最小二乘残差向量;/>为最小二乘投影算子。上标T表示向量的转置。统计检验量T在两种假设下均服从/>分布,引入非中心参数/>来衡量两种假设间的差异。非中心参数/>的值则根据事先给定的检验显著水平与检验功效确定。当非中心参数/>确定时,相应偏差的大小为:
代表在一定正确检验概率条件下可被检测到的模型最小偏差。
步骤6、实现用户端可信监测与实时预警;
根据多类型用户不同等级可信监测的控制要求,设置不同等级的检验显著水平与检验功效,在北斗精确定位服务增强信息到达用户可信监测需求的告警极限值时,系统判断服务信息不可用,并在服务端发出预警,实现北斗精准定位各类改正信息可信的严密监测。如服务信息可用,各类改正信息正常播发。
本发明可有效实现在北斗精准可信定位服务增强信息空间信号误差改正精度告警门限0.3m,空间大气延迟改正精度告警门限0.4m/0.6m(陆/海),等效测距误差告警门限0.5m/0.8m(陆/海),告警时间优于3s/10s(陆/海)的约束条件下,服务平台可信服务性能可用性达到99%/97%(陆/海)。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、获取卫星钟轨数据、信号偏差数据以及空间大气改正数据;
步骤2、分别统计各项样本数据集中的数据的可用于PPP-RTK定位的改正值与不可用于PPP-RTK定位的改正值;
步骤3、对样本数据集进行监测获得监测的样本数据集,对监测的样本数据集进行正态处理;
步骤4、计算不同置信水平下各项样本数据集的告警极限阈值作为各项改正信息的告警极限阈值;
步骤5、构建各项改正信息最小可检测偏差模型;
步骤6、实现用户端可信监测与实时预警。
2.根据权利要求1所述的一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,其特征在于,所述步骤3中,采用Box-Cox数据转化的方式进行正态处理,其公式如下:
其中,y为监测的样本数据集,为变换后的样本数据集,/>为样本数据集最小残差的平方,由于y存在负数情况,引入常数c来保证(y+c)>0。
3.根据权利要求2所述的一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,其特征在于,所述步骤4中的告警极限阈值的计算公式如下:
其中,为样本均值,/>为显著水平,n为样本集个数,s为样本集标准差,/>为t分布函数在/>处的值。
4.根据权利要求3所述的一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,其特征在于,所述步骤5中的各项改正信息最小可检测偏差模型构建方式为:
根据计算得到的各项改正信息的告警极限阈值,构建预测模式下的钟轨改正信息以及大气梯度改正信息最小可检测偏差模型;
原预测模式假设为:
其中,代表该假设情况,E为该假设的数学期望;Y为该假设观测向量;x为m维未知向量;A为n/>m维设计矩阵;D为该假设的方差;
考虑模型误差,则假设情况为:
其中,k为模型误差种类,为模型误差大小;
模型误差的统计检验量为:
其中,k为模型误差种类,采用n维已知向量表示,为观测值方差阵,/>为最小二乘残差向量,/>为最小二乘投影算子,上标T表示向量的转置;统计检验量T在两种假设下均服从/>分布,引入非中心参数/>衡量两种假设间的差异;当非中心参数/>确定时,两种假设间的偏差的大小为:
5.根据权利要求4所述的一种精准定位改正信息概率域可信监测及预警方法,其特征在于,所述步骤6中,根据多类型用户不同等级可信监测的控制要求,在北斗精确定位服务增强信息到达用户可信监测需求的告警极限阈值时,判断服务信息不可用,并在服务端发出预警,实现北斗精准定位各类改正信息可信的严密监测。
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