卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法技术方案

本发明专利技术的一种卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其步骤为：S1：建立基于模型可信度评估的体系化、层次化模型有效性验证方法，形成覆盖卫星导航系统单元级、模块级、子系统级和系统级模型的模型验证的标准工具库；S2：建立基于国际时空参考框架的模型验证方法，确保卫星导航仿真系统时空基准与实际系统时空参考框架的一致性；S3：建立自底向上、逐层递进的加权检验综合模型验证方法，完成卫星导航仿真系统基础模型的可信度验证；S4：建立基于实测数据误差分离与反推解算相结合的两步法模型验证方法，对卫星导航观测数据仿真模型进行可信度验证。本发明专利技术具有操作简便、易实现、可信度高等优点。

Reliability verification method for high fidelity simulation model of satellite navigation system

Reliability verification method of a satellite navigation system with high fidelity simulation model of the invention, the method comprises the following steps: S1: to establish the validation model of reliability evaluation system, hierarchical model based on the method of model validation of satellite navigation system covering the unit level, module level, subsystem and system level model of the standard library; S2: to establish a model verification method based on the framework of the international space reference, to ensure consistency of satellite navigation simulation system and the actual system of space-time space-time datum reference frame; S3: the establishment of comprehensive inspection from the bottom to the weighted model verification method, step by step, complete the validation of satellite navigation simulation system based on S4: the establishment of model; two step model validation methods of separation and inverse solution based on measured data error combined with the observation data of the satellite navigation simulation model Row reliability verification. The invention has the advantages of simple operation, easy realization and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法
本专利技术主要涉及到卫星导航系统领域，特指一种适用于卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法。
技术介绍
卫星导航高保真仿真系统是利用系统建模与仿真技术建立能够真实反应卫星导航系统工作原理及运行机制的仿真平台，为实际系统技术方案论证、技术指标验证、研制方法及应用效果等各个方面提供试验验证与测试评估支持，是导航领域科研工作者、卫星导航系统建设者、卫星导航用户的基础工具。卫星导航高保真仿真系统的分析结果直接影响实际工作的决策或应用。因此，仿真模型的可信度评估技术已成为系统仿真研究中的重要组成部分。只有在仿真模型可信度得到保证的情况下，利用仿真系统产生的分析结果才具有指导意义。在系统建模与仿真过程中，受认知水平、开发时间代价、经济实用性、可实现性等种种条件限制，仿真模型一般只能是实际对象的一种逼近。逼近程度越高，保真度越高。根据仿真模型与实际对象的逼近程度，可以分为低保真度、中保真度和高保真度仿真模型。随着保真度的提高，需要考虑的因素越来越多，模型越来越复杂，验证难度也就越来越大。目前，现有的主要卫星导航系统生产商都非常注重卫星导航高保真仿真系统的研究与应用。例如，美国的全球定位系统GPS、欧洲的卫星导航系统Galileo等卫星导航系统都投入巨资建立了各自的系统仿真平台，例如GPS的高保真仿真系统HFSS(HighFidelitySimulationSystem)，Galileo的GSSF(GalileoSystemSimulationFacility)。这些仿真系统在各自卫星导航系统建设、运行与维护等阶段作为试验验证与分析评估工具，都发挥了重要作用。但是，由于涉及系统敏感信息(如军码或授权服务)或者出于技术保密等原因，这些高保真仿真系统大多数是对外禁运的。即使如非军方控制的Galileo系统，其对外开放的GSSF软件也仅仅是非常简单的部分(目的是为了展示Galileo系统性能的优越性，高级版本对外保密)。这些高保真仿真系统如何建模，以致于如何确保“高保真”都没有对外公开。除此之外，每个卫星导航系统都有其自身特殊之处，如工作机制、信号体制、系统组成等均具有较大差异。因此，如何确保高保真模型的“真”就成为其他卫星导航系统(如北斗系统)建模与仿真必须要解决的关键问题。卫星导航系统高保真仿真系统能够模拟实际卫星导航的运行状态，并综合考虑卫星导航信号在实际传播过程中所受的各种因素影响，仿真生成卫星轨道数据、卫星钟差数据及观测数据等资料，用于卫星导航系统方案论证、评估卫星导航系统性能、验证导航定位授时数据处理算法等。但实际建模仿真过程中，卫星导航系统高保真仿真模型涉及卫星轨道动力学、高精度频率基准、无线电测量与通信、空间环境、天体物理、导航与定位等多学科交叉的理论与技术。传统的模型一致性验证方法主要是对模型行为的评估。通过在相同输入条件下，比较模型与原型系统输出，从而分析仿真模型与原型系统的一致性，并以一致性分析结果作为模型有效性的判断依据。这种方法是一种“黑盒”方法。该方法对系统级模型是有效的，但对于粒度更小的单元模型则无能为力。因此，为了保证仿真质量，减少由于仿真结果错误或不准确性所带来的分析决策风险，必须对卫星导航系统高保真仿真模型进行可信度评估。现有技术是一种系统级验证方法，存在以下几个缺点：1、难以对卫星导航高保真仿真系统中单元级模型进行验证，无法精确定位验证中发现的问题；2、导航星座卫星轨道、星载原子钟、空间环境及导航电文等基础仿真模型抽象程度高、计算过程复杂，现有技术无法进行有效验证；3、卫星导航观测数据包含伪距、载波相位、多普勒频移、伪距变率等多项观测值，各观测值的仿真模型间相互耦合，导致观测数据仿真的验证过程繁杂。同时，导航信号在空间的传播除包含卫星和卫星信号接收机之间的几何距离部分，还包含信号传播过程中受到各类因素影响带来延迟部分。延迟部分包括卫星钟差、接收机钟差、卫星轨道误差、卫星天线相位中心偏移、接收机天线相位中心偏移、卫星硬件延迟、接收机硬件延迟、电离层延迟、相对论效应、多路径效应、对流层延迟及观测噪声等。众多因素对卫星导航观测数据仿真的影响及观测数据本身的复杂性导致如何验证卫星导航观测数据仿真值的有效性成为了一个难题。4、卫星导航时空基准转换模型验证困难。时空基准模型是构建卫星导航仿真系统的基础，其有效性是仿真系统模型精度的重要保障。由于地球及其周围环境是一个非周期、不稳定的系统，涉及地球固体潮、海洋潮、地球自转、岁差、章动及日月系动力学等多种因素，导致时空基准转换模型的建立非常困难；同时，精确地球自转参数(EOP)的获取具有延迟性，只能获得预报的EOP参数，该因素使得时空基准转换模型的建立更加困难。在众多因素影响下如何进行仿真系统时空基准的基准溯源和模型验证也就成为一个核心难题。5、目前影响卫星导航定位精度的主要有导航电文精度和空间环境影响两大因素。其中导航电文的精度主要由卫星轨道和钟差精度决定，空间环境主要受电离层和多路径效应影响。这些因素都是卫星导航仿真系统建模的主要对象，是确保卫星导航高保真仿真系统具有与实际系统一致表现的重要基础。但是，卫星轨道、钟差、电离层和多路径受多种不确定因素影响，要想获得高保真模型本身就相当困难，如何对仿真模型进行有效性验证也就成为了一个核心难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就在于，针对现有技术存在的技术问题，提供一种操作简便、易实现、可信度高的卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法。本专利技术的技术方案如下：一种卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其步骤为：S1：建立基于模型可信度评估的体系化、层次化模型有效性验证方法，形成覆盖卫星导航系统单元级、模块级、子系统级和系统级模型的模型验证的标准工具库；S2：建立基于国际时空参考框架的模型验证方法，确保卫星导航仿真系统时空基准与实际系统时空参考框架的一致性；S3：建立自底向上、逐层递进的加权检验综合模型验证方法，完成卫星导航仿真系统基础模型的可信度验证；S4：建立基于实测数据误差分离与反推解算相结合的两步法模型验证方法，对卫星导航观测数据仿真模型进行可信度验证。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S4的详细过程为：S401：将实测数据进行误差分离，对相应误差仿真模型进行可信度评估；对于具有多个仿真模型的误差因素，采用多种模型互差内符合法进行有效性验证；S402：结合观测数据的实时反推解算对卫星导航观测数据模型进行闭合验证。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S1中，在建模时考虑的众多因素中，每一个因素通过数学建模形成高保真仿真模型体系的单元级模型；所述单元级模型通过组合形成具有独立功能的模块级模型，多个功能模块组成子系统级模型，多个子系统集成就组成了功能完善的仿真系统。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中是以IERS为参考标准对仿真系统的时空基准进行模型一致性验证和参数一致性验证。作为本专利技术的进一步改进：在模型一致性验证方面，以协议IERS坐标框架为参考标准的标准IAU算法作为比对对象，其功能主要包含两部分，一部分与地球自转、位置和姿态有关，根据IAU不同协议实现星体在不同坐标系中的坐标变换；另一部分则用于处理日期和时间，实现不同时间系统之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其特征在于，步骤为：S1：建立基于模型可信度评估的体系化、层次化模型有效性验证方法，形成覆盖卫星导航系统单元级、模块级、子系统级和系统级模型的模型验证的标准工具库；S2：建立基于国际时空参考框架的模型验证方法，确保卫星导航仿真系统时空基准与实际系统时空参考框架的一致性；S3：建立自底向上、逐层递进的加权检验综合模型验证方法，完成卫星导航仿真系统基础模型的可信度验证；S4：建立基于实测数据误差分离与反推解算相结合的两步法模型验证方法，对卫星导航观测数据仿真模型进行可信度验证。

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其特征在于，步骤为：S1：建立基于模型可信度评估的体系化、层次化模型有效性验证方法，形成覆盖卫星导航系统单元级、模块级、子系统级和系统级模型的模型验证的标准工具库；S2：建立基于国际时空参考框架的模型验证方法，确保卫星导航仿真系统时空基准与实际系统时空参考框架的一致性；S3：建立自底向上、逐层递进的加权检验综合模型验证方法，完成卫星导航仿真系统基础模型的可信度验证；S4：建立基于实测数据误差分离与反推解算相结合的两步法模型验证方法，对卫星导航观测数据仿真模型进行可信度验证。2.根据权利要求1所述的卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其特征在于，所述步骤S4的详细过程为：S401：将实测数据进行误差分离，对相应误差仿真模型进行可信度评估；对于具有多个仿真模型的误差因素，采用多种模型互差内符合法进行有效性验证；S402：结合观测数据的实时反推解算对卫星导航观测数据模型进行闭合验证。3.根据权利要求1或2所述的卫星导航系统高保真仿真模型的可信度验证方法，其特征在于，所述步骤S1中，在建模时考虑的众多因素中，每一个因素通过数学建模形成高保真仿真模型体系的单元级模型；所述单元级模型通过组合形成具有独立功能的模块级模型，多个功能模块组成子系统级模型，多个子系统集成就组成了功能完善的仿真系统。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文德，杨俊，张利云，王芳，康娟，沈洋，瞿志，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43