基于ARAIM风险分配优化的ADS‑B可用性预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS‑B可用性预测方法和装置，该方法通过建立完好性误差模型和连续性误差模型，根据导航卫星系统发送的飞行数据，在导航卫星系统假设可能的故障模式下，获取故障模式下的所有故障情况下的飞行器的位置信息解，结合完好性风险预算和连续性风险预算和所有的位置信息解，建立水平保护级的目标函数和约束条件，根据约束条件对目标函数求解，得到表示飞行器的位置信息解与真实位置信息的偏离程度的水平保护级，以使机载ADS‑B装置根据水平保护级获取导航完好性类别。通过建立完好性误差模型和连续性误差模型，提高了水平保护级的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航
，尤其涉及一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法和装置。
技术介绍
随着飞行器制造技术的发展以及人们的出行需求增长，越来越多的飞行器在空中飞行，为避免撞击事故，实时掌控飞行器当前的位置并依据各飞行器的位置进行管制越来越重要。在获取飞行器的位置信息时，通常采用飞行器上的接收机接收至少一个卫星或至少一个星座发送的飞行数据，并根据各飞行数据确定飞行器的位置信息。但是发送飞行数据的卫星或星座均可能出现故障，进而导致发送的飞行数据不准确，最终导致根据飞行数据确定的位置信息不够准确。因此，在根据各飞行数据确定飞行器的位置信息的同时，通常还结合地面完好性支持信息(Integrity Support Message，简称ISM)提供的卫星或星座的故障概率，和根据飞行数据确定的位置信息的方差、偏差，确定水平保护级(Horizontal Protection Level，简称HPL)以表示位置信息偏离飞行器真实位置的偏离程度。当偏离程度较高时，地面管制员将不再依据确定的位置信息进行飞行器管制。现有技术在获取HPL时，通常仅根据一个完好性误差模型获取飞行器在无卫星故障情况下的无故障位置信息解和有卫星故障情况下的故障位置信息子集解，进一步根据无故障位置信息解和故障位置信息子集解获取HPL，对于HPL的完好性和连续性均采用完好性误差模型进行限定，故对HPL的连续性的限定，导致仅采用完好性误差模型获取的HPL更加保守，HPL数值较大，降低了警告概率，因此HPL的准确度较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法和装置，用以克服现有基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测不够准确的问题。本专利技术提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法，包括：接收导航卫星系统发送的飞行器的飞行数据，根据所述飞行数据、完好性误差模型和连续性误差模型，获取所述飞行器在第一方向和第二方向上的所有故障情况下的故障位置信息子集解的方差和偏差，以及解分离量的方差和偏差，其中，所述故障位置信息子集解是根据导航卫星系统的预设故障模式的所有故障情况获取的，所述解分离量为所述故障位置信息子集解与所述飞行器在导航卫星系统无故障模式下的无故障位置信息解的差，每个所述故障情况均对应一个故障位置信息子集解和一个解分离量，所述第一方向和所述第二方向为平行于地面的相互垂直的两个方向；在每一方向上，根据各方向上的所有故障情况下的所有解分离量的方差和偏差、所有所述故障位置信息子集解的方差和偏差，以及完好性风险预算和连续性风险预算，获取各方向上的水平保护级的目标函数和约束条件，根据所述约束条件对对应方向上的所述目标函数进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级；根据所述第一水平保护级和所述第二水平保护级获取水平保护级，以使机载ADS-B装置根据所述水平保护级获取导航完好性类别。本专利技术另一方面提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法，包括：接收飞行器发送的导航完好性类别；根据水平位置误差对所述导航完好性类别进行校正，得到校正后的导航完好性类别；根据地面管制标准，确定所述校正后的导航完好性类别的可用性。本专利技术再一方面提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测装置，包括：位置信息解获取模块，用于接收导航卫星系统发送的飞行器的飞行数据，根据所述飞行数据、完好性误差模型和连续性误差模型，获取所述飞行器在第一方向和第二方向上的所有故障情况下的故障位置信息子集解的方差和偏差，以及解分离量的方差和偏差，其中，所述故障位置信息子集解是根据导航卫星系统的预设故障模式的所有故障情况获取的，所述解分离量为所述故障位置信息子集解与所述飞行器在导航卫星系统无故障模式下的无故障位置信息解的差，每个所述故障情况均对应一个故障位置信息子集解和一个解分离量，所述第一方向和所述第二方向为平行于地面的相互垂直的两个方向；水平保护级获取模块，用于在每一方向上，根据各方向上的所有故障情况下的所有解分离量的方差和偏差、所有所述故障位置信息子集解的方差和偏差，以及完好性风险预算和连续性风险预算，获取各方向上的水平保护级的目标函数和约束条件，根据所述约束条件对对应方向上的所述目标函数进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级；导航完好性类别获取模块，用于根据所述第一水平保护级和所述第二水平保护级获取水平保护级，以使机载ADS-B装置根据所述水平保护级获取导航完好性类别。本专利技术又一方面提供一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测装置，包括：接收模块，用于接收飞行器发送的导航完好性类别；校正模块，用于根据水平位置误差对所述导航完好性类别进行校正，得到校正后的导航完好性类别；可用性确定模块，用于根据地面管制标准，确定所述校正后的导航完好性类别的可用性。本专利技术提供的基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法和装置，通过建立完好性误差模型和连续性误差模型，根据导航卫星系统发送的飞行数据，在导航卫星系统假设可能的故障模式下，获取故障模式下的所有故障情况下的飞行器的位置信息解，结合完好性风险预算和连续性风险预算和所有的位置信息解，建立水平保护级的目标函数和约束条件，根据约束条件对目标函数求解，得到水平保护级，以使机载ADS-B装置根据水平保护级获取导航完好性类别。通过建立完好性误差模型和连续性误差模型，提高了水平保护级的准确度，进而提高了根据水平保护级获得的导航完好性类别(Navigation Integrity Category，简称NIC)的准确度，进一步使得地面广播式自动相关监视指令标准(Automatic Dependent Surveillance–Broadcast，简称ADS-B)装置，可准确评估导航完好性类别的可用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法实施例一系统架构示意图；图2为本专利技术提供的基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法实施例一的流程示意图；图3为本专利技术提供的基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测装置实施例一的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术提供的基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法实施例一系统架构示意图。如图1所示，该系统包括至少一个飞行器，导航卫星系统和管控装置。飞行器示例性的可以为飞机、无人机等。导航卫星系统可以为至少一个卫星或至少一个星座，一个星座中包括多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARAIM风险分配优化的ADS‑B可用性预测方法，其特征在于，包括：接收导航卫星系统发送的飞行器的飞行数据，根据所述飞行数据、完好性误差模型和连续性误差模型，获取所述飞行器在第一方向和第二方向上的所有故障情况下的故障位置信息子集解的方差和偏差，以及解分离量的方差和偏差，其中，所述故障位置信息子集解是根据导航卫星系统的预设故障模式的所有故障情况获取的，所述解分离量为所述故障位置信息子集解与所述飞行器在导航卫星系统无故障模式下的无故障位置信息解的差，每个所述故障情况均对应一个故障位置信息子集解和一个解分离量，所述第一方向和所述第二方向为平行于地面的相互垂直的两个方向；在每一方向上，根据各方向上的所有故障情况下的所有解分离量的方差和偏差、所有所述故障位置信息子集解的方差和偏差，以及完好性风险预算和连续性风险预算，获取各方向上的水平保护级的目标函数和约束条件，根据所述约束条件对对应方向上的所述目标函数进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级；根据所述第一水平保护级和所述第二水平保护级获取水平保护级，以使机载ADS‑B装置根据所述水平保护级获取导航完好性类别。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ARAIM风险分配优化的ADS-B可用性预测方法，其特征在于，包括：接收导航卫星系统发送的飞行器的飞行数据，根据所述飞行数据、完好性误差模型和连续性误差模型，获取所述飞行器在第一方向和第二方向上的所有故障情况下的故障位置信息子集解的方差和偏差，以及解分离量的方差和偏差，其中，所述故障位置信息子集解是根据导航卫星系统的预设故障模式的所有故障情况获取的，所述解分离量为所述故障位置信息子集解与所述飞行器在导航卫星系统无故障模式下的无故障位置信息解的差，每个所述故障情况均对应一个故障位置信息子集解和一个解分离量，所述第一方向和所述第二方向为平行于地面的相互垂直的两个方向；在每一方向上，根据各方向上的所有故障情况下的所有解分离量的方差和偏差、所有所述故障位置信息子集解的方差和偏差，以及完好性风险预算和连续性风险预算，获取各方向上的水平保护级的目标函数和约束条件，根据所述约束条件对对应方向上的所述目标函数进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级；根据所述第一水平保护级和所述第二水平保护级获取水平保护级，以使机载ADS-B装置根据所述水平保护级获取导航完好性类别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述约束条件对对应方向上的所述目标函数进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级，包括：分别根据两个方向上的所述约束条件和净效应原理，对两个方向上的所述目标函数应用拉格朗日数学模型和半区间法进行求解，获取所述第一方向上的第一水平保护级和所述第二方向上的第二水平保护级。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目标函数为： H P L = M i n ( M a x ( K H M I , k σ ( k ) + K c o n t , k σ s s ( k ) + b ( k ) + B s s ( k ) ) ) ; ]]>所述约束条件为：和其中，其中，k取0至Nmod，表示所述卫星预设故障模式下的不同故障情况，Nmod表示所述预设故障模式下的故障情况的总个数，k取0表示卫星无故障模式，表示故障情况k下所述解分离量的方差，表示故障情...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志鹏，朱衍波，葛奕杉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11