CN117579391B - 一种基于sbas认证服务的钟差电文降频优化方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及星基增强系统技术领域，具体公开了一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法和系统；包括获取当前的快变改正数和完好性信息，以及基于当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；基于当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；基于自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2‑4的优化播发频率；将完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2‑4以优化播发频率进行播发。该方法针对钟差进行降频来节约带宽，即采取将MT2‑4的频率由6秒变长，同时新增MT6电文，从而保证电文完好性以及节约一定的带宽，以满足新增认证电文需要，实现电文编排的优化。

Description

一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法和系统
技术领域
本发明涉及星基增强系统（SBAS）技术领域，具体涉及一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法和系统。
背景技术
星基增强系统（SBAS）通过地球静止轨道卫星（GEO）搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进；将SBAS应用于生命安全领域，可以满足民航飞机从航路阶段到精密进近阶段的导航需求，这对其安全性提出了更高的要求。但是SBAS目前采用公开信号格式进行播发，完好性无法得到保障，其信号存在欺骗攻击安全风险，因此提高SBAS服务的安全性成为SBAS技术发展的重要课题。
为了应对欺骗攻击，目前提出了基于系统端的解决方案，即SBAS电文认证；针对SBAS电文认证服务，需要增加新的电文类型MT20和MT21，其中MT20每6s播发一次，这会严重影响现有电文播发带宽，因此，目前亟需对现有电文带宽进行优化，以满足新增认证电文需要。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法，该方法针对钟差进行降频来节约带宽，即采取将MT2-MT4的频率由6秒变长，同时新增MT6电文，从而保证电文完好性以及节约一定的带宽，以满足新增认证电文需要，实现电文编排的优化。
本发明的第二个目的是提供一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化系统。
本发明所采用的第一个技术方案是：一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法，包括以下步骤：
S100：获取当前的快变改正数和完好性信息，以及基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；
S200：基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
S300：基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
S400：将所述完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以所述优化播发频率进行播发。
优选地，所述步骤S100中下一个时间点的快变改正数通过以下公式进行计算：
；
式中，PRC(t)为t时刻的快变改正数；PRC(t of )为参考时刻t of 电文播发的快变改正数；RRC(t of )为改正数变化率；t为当前时刻；t of 为历元SNT秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻。
优选地，所述改正数变化率通过以下公式进行计算：
；
式中，RRC(t of )为改正数变化率；PRC current 为当前所在历元SNT秒所对应的快变改正数；PRC previous 为在当前时刻之前的历元SNT秒接收到的快变改正数；t of 为PRC current 的参考时刻，即历元SNT秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻；t of，previous 为PRC previous 的参考时刻。
优选地，所述下一个时间点的快变改正数为下一个6s的快变改正数。
优选地，所述步骤S200中的自适应降频指数通过以下公式表示：
。
优选地，所述步骤S300包括：
当0≤Ω＜0.2时，电文MT2-MT4的播发频率降为60s广播一次；
当0.2≤Ω＜0.4时，电文MT2-MT4的播发频率降为48s广播一次；
当0.4≤Ω＜0.6时，电文MT2-MT4的播发频率降为36s广播一次；
当0.6≤Ω＜0.8时，电文MT2-MT4的播发频率降为24s广播一次；
当0.8≤Ω＜1时，电文MT2-MT4的播发频率降为12s广播一次；
当Ω≥1时，电文MT2-MT4的播发频率不变，为6s广播一次。
优选地，所述步骤S400包括：
将所述完好性信息通过电文MT6每6秒播发一次，以及将快变改正数通过电文MT2-MT4以优化播发频率进行播发。
优选地，若电文MT2-MT4与电文MT6在同一秒播发，则播发电文MT2-MT4。
本发明所采用的第二个技术方案是：一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化系统，包括接收模块、计算模块、播发频率优化模块以及电文编排模块；
所述接收模块用于获取当前的快变改正数和完好性信息；
所述计算模块用于基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；以及基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
所述播发频率优化模块用于基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
所述电文编排模块用于将所述完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以所述优化播发频率进行播发。
优选地，所述自适应降频指数通过以下公式表示：
。
上述技术方案的有益效果：
（1）本发明提出的一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法中针对钟差进行降频来节约带宽，即减少电文MT2-MT4播发的频率；原有电文编排中电文MT2-MT4中包含钟差和完好性信息，原有电文需要每6秒播发一次MT2-MT4，鉴于SBAS钟差快速改正参数主要用于缓解GPS的SA，GPS已于2000年取消了SA，因此考虑对电文MT2-MT5进行降频发送；本发明是针对钟差进行降频，采取将快变改正数通过电文MT2-MT4播发的频率由6秒变长，同时新增MT6电文，将完好性信息通过电文MT6播发，电文MT6每6秒播发一次，保证电文完好性；而降低电文MT2-MT4播发的频率可节约一定的带宽，节约出的带宽能用于认证电文的播发，以满足新增认证电文需要。
（2）本发明涉及SBAS认证服务的电文编排优化方法，通过优化钟差电文频率的方法，设计降低MT2-MT4电文的播发频率，同时新增MT6电文保证电文完好性实现。
附图说明
图1为本发明的一个实施例提供的一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法的流程示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的根据自适应降频指数预判MT2-4降频情况的流程图；
图3为本发明的一个实施例提供的电文编排优化的周期框图；
图4为本发明的一个实施例提供的原始电文与优化电文对比图；
图5为本发明的一个实施例提供的一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法，包括以下步骤：
S100：获取当前的快变改正数和完好性信息；以及基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；
GPS卫星广播GPS信号，GPS基准站接收GPS信号以获取SBAS电文；SBAS电文包括当前的快变改正数、完好性信息、SBAS服务信息、轨道钟差协方差矩阵等，SBAS电文中当前的快变改正数、完好性信息在MT2-MT4电文中。
基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点（例如下一个6秒）的快变改正数；下一个时间点的快变改正数通过以下公式进行计算：
；
式中，PRC(t)为t时刻的快变改正数；PRC(t of )为参考时刻t of 电文播发的快变改正数；RRC(t of )为改正数变化率；t为当前时刻；t of 为历元SNT（SBAS网络时）秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻。
其中，RRC(t of )通过以下公式表示：
；
式中，RRC(t of )为改正数变化率；PRC current 为当前所在历元SNT秒所对应的快变改正数（由MT2-MT4播发）；PRC previous 为在当前时刻之前的历元SNT秒接收到的快变改正数（由MT2-MT4播发）；t of 为PRC current 的参考时刻，即历元SNT（SBAS网络时）秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻；t of，previous 为PRC previous 的参考时刻。
S200：基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
MT2-MT4的每种电文中包含13个12比特的快变改正数，根据要求，12比特快变改正数的分辨率为0.125米，有效范围为-256.000米到255.875米；而根据解析实收电文，卫星快变改正数需控制在±0.625米以内。
将当前的快变改正数以及下一个时间点（例如下一个6秒）的快变改正数进行相关运算，得到自适应降频指数，自适应降频指数通过以下公式表示：
。
S300：基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
自适应降频指数越大，说明偏差（即不同播发频率下的快变改正数的差值）越大，需要校正回来，即适当减少降频的程度（例如自适应降频指数大于1时，说明偏差太大了，需要强制校正回来，于是MT2-MT4的播发频率改为6s广播一次）；而自适应降频指数越小，说明偏差越小，可以适当增大降频程度。
如图2所示，基于所述自适应降频指数预测下一个MT2-MT4的播发频率，即基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率包括：
当0≤Ω＜0.2时，电文MT2-MT4的播发频率降为60s广播一次；
当0.2≤Ω＜0.4时，电文MT2-MT4的播发频率降为48s广播一次；
当0.4≤Ω＜0.6时，电文MT2-MT4的播发频率降为36s广播一次；
当0.6≤Ω＜0.8时，电文MT2-MT4的播发频率降为24s广播一次；
当0.8≤Ω＜1时，电文MT2-MT4的播发频率降为12s广播一次；
当Ω≥1时，电文MT2-MT4的播发频率不变，为6s广播一次。
S400：将完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以优化播发频率进行播发。
本发明进行电文编排时，将完好性信息通过电文MT6每6秒播发一次，以及将快变改正数通过电文MT2-MT4以优化播发频率进行播发；如果遇到电文MT2-MT4与电文MT6在同一秒播发的情况，则播发电文MT2-MT4，从而实现了电文编排的优化。
如图3所示，将MT2-MT4电文降频，电文MT2-MT4以12s、24s、36s、48s或60s频率来播发，同时新增MT6电文每6秒播发一次，从而保证电文的完好性。
如图4所示，原始电文编排中MT2-MT4按照每6秒广播一次；优化后的电文编排中MT2-4的电文播发频率根据自适应降频指数有所降低，同时新增MT6电文每6秒播发一次来保证完好性。
原始电文编排中MT2-MT4每6秒播发一次，频率已经足够大，本发明对电文MT2-MT4的播发进行降频，节约的带宽可用于认证服务，同时新增的电文MT6可保证电文完好性。
实施例二
如图5所示，本发明的一个实施例提供了一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化系统，包括接收模块、计算模块、播发频率优化模块以及电文编排模块；
所述接收模块用于获取当前的快变改正数和完好性信息；
所述计算模块用于基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；以及基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
所述播发频率优化模块用于基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
所述电文编排模块用于将所述完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以所述优化播发频率进行播发。
所述自适应降频指数通过以下公式表示：
。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：获取当前的快变改正数和完好性信息，以及基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；
S200：基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
S300：基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
S400：将所述完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以所述优化播发频率进行播发；
其中，所述步骤S200中的自适应降频指数通过以下公式表示：
所述步骤S300包括：
当0≤Ω＜0.2时，电文MT2-MT4的播发频率降为60s广播一次；
当0.2≤Ω＜0.4时，电文MT2-MT4的播发频率降为48s广播一次；
当0.4≤Ω＜0.6时，电文MT2-MT4的播发频率降为36s广播一次；
当0.6≤Ω＜0.8时，电文MT2-MT4的播发频率降为24s广播一次；
当0.8≤Ω＜1时，电文MT2-MT4的播发频率降为12s广播一次；
当Ω≥1时，电文MT2-MT4的播发频率不变，为6s广播一次；
所述步骤S400包括：
将所述完好性信息通过电文MT6每6秒播发一次，以及将快变改正数通过电文MT2-MT4以优化播发频率进行播发。
2.根据权利要求1所述的钟差电文降频优化方法，其特征在于，所述步骤S100中下一个时间点的快变改正数通过以下公式进行计算：
PRC(t)＝PRC(tof)+RRC(tof)×(t-tof)
式中，PRC(t)为t时刻的快变改正数；PRC(tof)为参考时刻tof电文播发的快变改正数；RRC(tof)为改正数变化率；t为当前时刻；tof为历元SNT秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻，SNT为星基增强系统网络时。
3.根据权利要求2所述的钟差电文降频优化方法，其特征在于，所述改正数变化率通过以下公式进行计算：
式中，RRC(tof)为改正数变化率；PRCcurrent为当前所在历元SNT秒所对应的快变改正数；PRCprevious为在当前时刻之前的历元SNT秒接收到的快变改正数；tof为PRCcurrent的参考时刻，即历元SNT秒的开始时间接收到的快变改正数的参考时刻；tof,previous为PRCprevious的参考时刻。
4.根据权利要求2所述的钟差电文降频优化方法，其特征在于，所述下一个时间点的快变改正数为下一个6s的快变改正数。
5.根据权利要求1所述的钟差电文降频优化方法，其特征在于，若电文MT2-MT4与电文MT6在同一秒播发，则播发电文MT2-MT4。
6.一种基于SBAS认证服务的钟差电文降频优化系统，其特征在于，包括接收模块、计算模块、播发频率优化模块以及电文编排模块；
所述接收模块用于获取当前的快变改正数和完好性信息；
所述计算模块用于基于所述当前的快变改正数计算下一个时间点的快变改正数；以及基于所述当前的快变改正数以及下一个时间点的快变改正数计算得到自适应降频指数；
所述播发频率优化模块用于基于所述自适应降频指数对降频程度进行调整，以获得电文MT2-MT4的优化播发频率；
所述电文编排模块用于将所述完好性信息通过电文MT6播发，以及将电文MT2-MT4以所述优化播发频率进行播发；
所述自适应降频指数通过以下公式表示：
所述播发频率优化模块执行以下操作：
当0≤Ω＜0.2时，电文MT2-MT4的播发频率降为60s广播一次；
当0.2≤Ω＜0.4时，电文MT2-MT4的播发频率降为48s广播一次；
当0.4≤Ω＜0.6时，电文MT2-MT4的播发频率降为36s广播一次；
当0.6≤Ω＜0.8时，电文MT2-MT4的播发频率降为24s广播一次；
当0.8≤Ω＜1时，电文MT2-MT4的播发频率降为12s广播一次；
当Ω≥1时，电文MT2-MT4的播发频率不变，为6s广播一次；
所述电文编排模块执行以下操作：
将所述完好性信息通过电文MT6每6秒播发一次，以及将快变改正数通过电文MT2-MT4以优化播发频率进行播发。
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EGNOS系统增强服务的原理与实现;倪育德;刘瑞华;;中国民航大学学报;20071015(第05期);全文 *
倪育德 ; 刘瑞华 ; .EGNOS系统增强服务的原理与实现.中国民航大学学报.2007,(第05期),全文. *
星基增强系统导航电文及完好性信息研究;梁曦;陶晓霞;周昀;范瑞俊;马文龙;;空间电子技术;20161025(第05期);全文 *
梁曦 ; 陶晓霞 ; 周昀 ; 范瑞俊 ; 马文龙 ; .星基增强系统导航电文及完好性信息研究.空间电子技术.2016,(第05期),全文. *

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