一种局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法技术方案

本发明专利技术公开了一种局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法，包括以下步骤：S1，基本定位解算；S2，码伪距差分双差；S3，码伪距双差线性化；S4，码伪距差分定位解算；S5，定位差分校验；S6，系统完好性监测；S7，伪距修订量生成。本发明专利技术不需要对现阶段典型的局域增强系统进行架构性的调整，只需要对中心站的监测计算进行调整即可以实现。由于通过本地参考站坐标对差分定位的偏差进行了直接评估，使得接收机不仅仅可以通过差分方法进行定位，而是在差分定位和直接伪距修订的单点定位之间进行选择，更大程度保障了系统定位增强的可用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航定位增强技术，具体涉及一种基于参考站定位偏差分析的局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法。
技术介绍
目前，由于接收机自主完好性监测的自主性和实现简单等特点，美国航空无线电委员(RTCA)将RAIM算法作为民用航空航路和终端阶段的完好性监测推荐算法。根据ICAO于2007年制定的民用航空基于性能导航的路线图计划，基于GNSS的民用航空导航完好性监测必须至少能够支持APV及以上等级所需导航性能要求。然而，接收机自主完好性监测难以满足高等级的所需导航性能(APV及以上)要求。解决方法之一是采用高精度的外部辅助导航器件，如惯性导航系统与GPS组合形成机载增强系统(AircraftBasedAugmentationSystem,ABAS)。然而，一方面，高精度惯性导航系统的引入意味着系统需要监测完好性风险源的增多，监控算法复杂度提高而适用性降低，因此到目前为止关于GPS/INS紧组合导航系统的设备只能支持CATI所需导航性能，而且难以有效检测缓变型故障(故障增长幅值低于2m/s)。另一方面，机载设备的冗余性也将使得飞行器的能源消耗增加，这与基于性能导航改善环境(尾气排放和噪声)的初衷是相违背的。局域增强系统通过采集四个固定观测站点的GNSS观测信息，对局部空域内的卫星信号质量进行完好性监测。完好性监测主要针对观测站点获取的伪距、信噪比、卫星仰角等信息，综合评估各独立的卫星通道信号质量，以判断其是否能够保证局部范围内的接收机都能够基于这些卫星通道的信号完成既定定位误差保护范围内的实时定位。由于采用了多个观测站点的信息，该系统能够提供更为可靠的完好性监测能力，并且能对局部空域内的接收机提供伪距修订量，令其定位精度得到增强。为了使得局域增强系统的定位修订能力满足精密进近CATII/III所需导航性能，除了基本的完好性评估及伪距修订以外，还需要引入差分定位技术。该技术让局部空域内的接收机进行差分定位解算，以达到亚米级的定位精度要求。由于精密进近定位误差的保护范围比普通局域增强系统定位误差范围降低了一个量级，对其完好性监测的要求也同时提高。典型的完好性分析方法--sigma膨胀法，其统计边界的设定要求噪声满足高斯分布。实际环境中，非零均值误差和非高斯误差，会使得sigma膨胀法的控制边界难以界定，尤其在高精度定位要求下，通过预设的控制边界统一囊括各种实时误差状况已经无法达成。传统完好性监测方法的基本思想在于分析观测量和修订量的统计分布，获取统计边界并依此对实时获取的观测量进行判定，一旦越界，就认为该通道的观测量需要丢弃。然而，在引入差分定位机制以后，观测量的突发变化如果在差分设备的两端同时发生，这类突变可以被差分运算抵消，而不会引起定位位置的突发变化。最终引起定位位置误差的因素，来自于差分设备两端异化的干扰，主要源于空间传输差异引起的时延差异及接收端近地多径和设备噪声。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供了一种局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法，包括以下步骤：S1，基本定位解算；S2，码伪距差分双差；S3，码伪距双差线性化；S4，码伪距差分定位解算；S5，定位差分校验；S6，系统完好性监测；S7，伪距修订量生成。进一步地，所述步骤S1具体为：定位解算基于接收机与卫星之间的伪距测算：ρ＝r+c(bu-Bs)+I+T+M+ερ其中等式右边的变量依次为卫星到接收机的真实距离、光速、接收机钟偏、卫星钟偏、电离层延迟、对流层延迟、多径延迟以及码相位误差；根据系统的模型参数将大部分偏差修订，并且忽略掉残余误差，则修订伪距近似表达为：ρc(n)=r+c·bu=(x(n)-x)2+(y(n)-y)2+(z(n)-z)2+c·bu]]>由星历数据获取第n颗卫星位置(x(n),y(n),z(n))，则该式剩下接收机位置(x,y,z)以及接收机钟偏bu；在一个独立历元时间上，一个接收机获得四颗卫星的测算数据即解算出自己的位置；由四个ρc联立的方程中，矩阵计算无法处理根号，因此该方程不能直接解算，而是将该式子通过泰勒级数在(x,y,z)位置展开，并且保留一阶和零阶项，得到线性化式；令：(dρdx)=x(n)-xρ(n)=α(n)]]>(dρdy)=y(n)-yρ(n)=β(n)]]>(dρdz)=z(n)-zρ(n)=γ(n)]]>则线性化式为：ρc(n)＝ρ0(n)-(α(n)β(n)γ(n))(δxδyδz)T-c·bu(α(n)β(n)γ(n))(δxδyδz)T-c·bu＝ρ0(n)-ρc(n)ρ0(n)=(x(n)-x0)2+(y(n)-y0)2+(z(n)-z0)2]]>联立方程为：GdX＝dL其中，G=α(1)β(1)γ(1)-1α(2)β(2)γ(2)-1α(3)β(3)γ(3)-1α(4)β(4)γ(4)-1]]>dX＝[δxδyδzc·bu]TdL＝[dρc(1)dρc(2)dρc(3)dρc(4)]dρc(n)＝ρ0(n)-ρc(n)通过一个预设值(x0,y0,z0)，则获得dL与G，然后通过下式获得X：dX＝(GTG)-1GTdL求解过程中，Q＝(GTG)-1称为权系数阵；获得dX以后，即用dX中的坐标位置更新(x0,y0,z0)，再次进行迭代，直到X趋于稳定。更进一步地，所述步骤S2具体为：码伪距差分需要依赖至少一个基准点与一个观测点，通过基准点的已知信息来增强观测点定位解算精度；差分算法基于两个点对卫星观测伪距的双差，为此分别定义基准点和观测点的伪距观测量为：ρ(b)(n)=r(b)(n)+c(bu(b)-Bs(n))+I(b)(n)+T(b)(n)+M(b)(n)+ϵρ(b)(n)]]>其中上下标()分别表示卫星编号与观测点编号，后续观测点编号b＝1始终表示基准点，观测点编号顺延；卫星方向都向1号星做差，单差量为：Dρ(b)(n1)=Dr(b)(n1)+c·DBs(n1)+DI(b)(n1)+DT(b)(n1)+DM(b)(n1)+Dϵρ(b)(n1)]]>观测点都向1号站做差，进行双差操作后将时不变残差归入双差残差，双差量为：DDρ(21)(n1)=DDr(21)(n1)+DDϵρ(21)(n1).]]>更进一步地，所述步骤S3具体为：双差量中包含了卫星和观测点间的真实距离双差DDr，与单点观测伪距类似，该变量使得方程无法直接解算，必须线性化；双差线性化与伪距线性化思路类似，将一颗卫星与两个观测点的距离差与两观测点之间的向量联系起来，通过卫星端小角度的近似处理完成线性化。所述步骤S4具体为：对码伪距双差式线性化获得基线与方向向量双差关系方程：为了获得基线的三个坐标，需要三个双差值，对应n＝4。这与单点解算的需求相同，但该解算不需要迭代，并且误差修订略优。根据基本线性方程的LS解算式：y＝Ax+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基本定位解算；S2，码伪距差分双差；S3，码伪距双差线性化；S4，码伪距差分定位解算；S5，定位差分校验；S6，系统完好性监测；S7，伪距修订量生成。

【技术特征摘要】
1.一种局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基本定位解算；S2，码伪距差分双差；S3，码伪距双差线性化；S4，码伪距差分定位解算；S5，定位差分校验；S6，系统完好性监测；S7，伪距修订量生成。2.根据权利要求1所述的局域增强系统完好性监测及实时定位增强方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：定位解算基于接收机与卫星之间的伪距测算：ρ＝r+c(bu-Bs)+I+T+M+ερ其中等式右边的变量依次为卫星到接收机的真实距离、光速、接收机钟偏、卫星钟偏、电离层延迟、对流层延迟、多径延迟以及码相位误差；根据系统的模型参数将大部分偏差修订，并且忽略掉残余误差，则修订伪距近似表达为：ρc(n)=r+c·bu=(x(n)-x)2+(y(n)-y)2+(z(n)-z)2+c·bu]]>由星历数据获取第n颗卫星位置(x(n),y(n),z(n))，则该式剩下接收机位置(x,y,z)以及接收机钟偏bu；在一个独立历元时间上，一个接收机获得四颗卫星的测算数据即解算出自己的位置；由四个ρc联立的方程中，矩阵计算无法处理根号，因此该方程不能直接解算，而是将该式子通过泰勒级数在(x,y,z)位置展开，并且保留一阶和零阶项，得到线性化式；令：(dρdx)=x(n)-xρ(n)=α(n)]]>(dρdy)=y(n)-yρ(n)=β(n)]]>(dρdz)=z(n)-zρ(n)=γ(n)]]>则线性化式为：ρc(n)＝ρ0(n)-(α(n)β(n)γ(n))(δxδyδz)T-c·bu(α(n)β(n)γ(n))(δxδyδz)T-c·bu＝ρ0(n)-ρc(n)ρ0(n)=(x(n)-x0)2+(y(n)-y0)2+(z(n)-z0)2]]>联立方程为：GdX＝dL其中，G=α(1)β(1)γ(1)-1α(2)β(2)γ(2)-1α(3)β(3)γ(3)-1α(4)β(4)γ(4)-1]]>dX＝[δxδyδzc·bu]TdL＝[dρc(1)dρc(2)dρc(3)dρc(4)]dρc(n)＝ρ0(n)-ρc(n)通过一个预设值(x0,y0,z0)，则获得dL与G，然后通过下式获得X：dX＝(GTG)-1GTdL求解过程中，Q＝(GTG)-1称为权系数阵；获得dX以后，即用dX中的坐标位置更新(x0,y0,z0)，再次进行迭代，直到X趋于稳定。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢翔，
申请(专利权)人：西安希德电子信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61