基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法和系统。该方法包括：每个低轨卫星接收导航卫星系统的导航信号及相邻低轨卫星的测距信号，获得导航电文与伪距观测量；低轨卫星利用获得的导航电文与伪距观测量执行完好性监测；低轨卫星接收至少2颗相邻低轨卫星的完好性监测结果，从而获得至少3组完好性监测结果，以此综合判断导航卫星是否存在故障；低轨卫星向地面用户播发判断结果。该系统包括导航卫星导航信号接收机、相邻低轨卫星链路收发机、完好性监测数据获取装置、完好性监测分立处理装置、完好性监测联合处理装置、及完好性监测联合处理结果发射机。本发明专利技术能有效监测卫星故障，减小用户导航结果受到故障信号影响的概率。

【技术实现步骤摘要】
基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法和系统
本专利技术涉及卫星导航领域，尤其涉及一种卫星导航系统的完好性监测方法和系统。
技术介绍
完好性是指当系统不能用于正常导航、定位或系统误差超限时，向用户提供及时告警的能力。在采用卫星导航定位系统时，完好性对很多应用来说很重要，而对民航、海事等生命安全服务领域来说关系重大。为了提高卫星导航的完好性，国际民航给出了地基增强、星基增强和空基增强三种解决方案。地基增强系统是在机场附近架设监测站，对可见卫星进行完好性监测和伪距差分信息计算，并将差分信息和完好性信息通过地面甚高频通信链路发送给机载接收机，提供机场周边的精密进近服务。星基增强系统是利用在大范围区域建立可靠的监测网实现对导航卫星的星历星钟误差、电离层误差的修正和完好性实时监测，通过卫星通信链路将差分改正信息和完好性信息播发给机载接收机，提供几千公里大范围的精密进近服务。空基增强系统是利用机载接收机的冗余伪距观测信息，或者结合机载惯导信息、大气高度信息，通过一致性判断实现完好性监测，但不提供差分信息。空基增强系统可以实现全球非精密进近的完好性监测，但是必须要求当前可观测卫星的几何分布良好，容易出现完好性监测不可用的情况。可见，现有的空基增强系统对于卫星导航系统的完好性监测是否可用依赖于当前可观测卫星的几何分布情况，因此完好性监测可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种利用低轨组网卫星作为完好性监测空中基站结合低轨卫星间的精确星间测距信息的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法和系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，该方法包括步骤：各个低轨卫星接收卫星导航系统的下行导航信号，并接收低轨卫星之间的测距信息，从而获得导航电文以及本低轨卫星与卫星导航系统各可见导航卫星间的观测伪距；各个低轨卫星根据获得的卫星导航系统的可见导航卫星的导航电文和观测伪距，以及星间链路测距得到的星间测距信息，对可见的导航卫星进行自主完好性监测，各个低轨卫星各自识别故障卫星从而获得完好性监测分立处理结果；各个低轨卫星接收同一轨道面内至少2颗相邻卫星的完好性监测分立处理结果，从而获得至少3组完好性监测分立处理结果，综合判断卫星导航系统各可见卫星是否存在故障，获得完好性监测联合处理结果；各个低轨卫星将故障卫星的卫星号通过下行信号对服务区内用户进行广播告警。可选地，还包括：用户接收告警信息，剔除卫星导航系统的故障卫星，对剩余的正常卫星根据接收的改正信息实现定位。可选地，与相邻低轨卫星之间的测距信息获得方式为：低轨卫星具备与相邻低轨卫星建立N条链路的能力。可选地，N条链路中N1条形成固定链路，其中N1≥0且N1≤N，剩余的N-N1条链路通过时序轮询的方式建立动态链路。可选地，获得完好性监测分立处理结果的完好性监测内容包括信号质量、导航电文和测距精度三个方面的监测。可选地，针对信号质量、导航电文和测距精度三个方面分别进行判断，若这三项都被判定为无故障，则认为该卫星不存在故障，否则认为该卫星存在故障。可选地，获得至少3组完好性监测分立处理结果综合判断卫星导航系统各可见卫星是否存在故障进一步包括：采用举手表决的方式，当超过一半数量的低轨卫星同时判断一颗导航卫星有故障时才判断为卫星故障。可选地，导航卫星系统包括GPS系统和北斗导航系统，对可见的导航卫星进行自主完好性监测进一步包括：北斗导航卫星的完好性监测采用根据完好性故障率将北斗导航卫星进行分组，将不同分组的北斗导航卫星与无故障GPS导航卫星组合进行高级接收机自主完好性监测，挑出北斗故障卫星。一种基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测系统，该系统包括：导航卫星导航信号接收机，用于接收卫星导航系统的下行导航信号；相邻低轨卫星链路收发机，用于接收相邻低轨卫星之间的测距信息，还用于接收相邻低轨卫星或向相邻低轨卫星发送完好性监测分立处理结果；完好性监测数据获取装置，用于根据导航卫星导航信号接收机收到的信号获得导航电文以及本低轨卫星与各可见导航卫星之间的观测伪距，根据相邻低轨卫星链路收发机收到的信号获得低轨卫星之间的测距信息；完好性监测分立处理装置，用于根据获得的本低轨卫星与各可见导航卫星间的观测伪距，以及星间链路测距得到的星间测距信息，对各可见的导航卫星进行自主完好性监测，各低轨卫星各自识别故障卫星得到完好性监测分立处理结果，将完好性监测分立处理结果发送给相邻低轨卫星链路收发机和完好性监测联合处理装置；完好性监测联合处理装置，用于通过相邻低轨卫星链路收发机获得同一轨道面内至少2颗相邻卫星的完好性监测分立处理结果，从而获得至少3组完好性监测分立处理结果，以此判断各可见的导航卫星是否存在故障；完好性监测联合处理结果发射机，用于将故障卫星的卫星号通过下行信号对服务区内用户进行广播告警。可选地，低轨卫星具有与相邻低轨卫星建立N条链路的能力。与现有技术相比，本专利技术技术方案主要的优点如下：本专利技术通过将低轨卫星星座中同一轨道面内前后卫星、相邻轨道面左右卫星互联，增加了完好性监测接收机可见的导航卫星数量，通过将前后卫星监测信息一致性比对提高了监测可靠性，降低了对当前可观测卫星的几何分布情况的依赖，对卫星导航系统在轨卫星进行快速完好性监测并实时向用户播发，提高对卫星导航系统在轨卫星的完好性监测与快速告警能力和可靠性。本专利技术能够有效监测卫星导航信号的故障，并向用户播发监测结果，减小用户导航结果受到故障信号影响的概率。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术一个实施例所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测系统的结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1示出本专利技术一个实施例所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法。这里的卫星导航系统可以包括：美国的GPS系统、中国的北斗卫星导航定位系统(BDS)、俄罗斯的GLONASS系统、以及欧盟的GALILEO系统等中任意数量的系统，优选为包括美国的GPS系统和中国的北斗卫星导航系统中至少一种系统。该方法包括如下步骤：步骤S1，各个低轨卫星接收卫星导航系统的下行导航信号，并接收相邻低轨卫星之间的测距信息，从而获得导航电文以及与各导航卫星间的观测伪距。步骤S1的具体过程为：各个低轨卫星的完好性监测接收机实时接收卫星导航系统的下行导航信号，同时接收同一轨道面内前后相邻低轨卫星、相邻轨道面左右相邻低轨卫星之间的测距信息，获得导航电文与测距信息。在一个实施例中，低轨卫星的完好性监测接收机接收GPS和/或北斗导航系统(BDS)的可见导航卫星的导航信号，对导航卫星的信号质量、卫星的星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，该方法包括步骤：各个低轨卫星接收卫星导航系统的下行导航信号，并接收低轨卫星之间的测距信息，从而获得导航电文以及本低轨卫星与卫星导航系统各可见导航卫星间的观测伪距；各个低轨卫星根据获得的卫星导航系统的可见导航卫星的导航电文和观测伪距，以及星间链路测距得到的星间测距信息，对可见的导航卫星进行自主完好性监测，各个低轨卫星各自识别故障卫星从而获得完好性监测分立处理结果；各个低轨卫星接收同一轨道面内至少2颗相邻卫星的完好性监测分立处理结果，从而获得至少3组完好性监测分立处理结果，综合判断卫星导航系统各可见卫星是否存在故障，获得完好性监测联合处理结果；各个低轨卫星将故障卫星的卫星号通过下行信号对服务区内用户进行广播告警。

【技术特征摘要】
1.一种基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，该方法包括步骤：各个低轨卫星接收卫星导航系统的下行导航信号，并接收低轨卫星之间的测距信息，从而获得导航电文以及本低轨卫星与卫星导航系统各可见导航卫星间的观测伪距；各个低轨卫星根据获得的卫星导航系统的可见导航卫星的导航电文和观测伪距，以及星间链路测距得到的星间测距信息，对可见的导航卫星进行自主完好性监测，各个低轨卫星各自识别故障卫星从而获得完好性监测分立处理结果；各个低轨卫星接收同一轨道面内至少2颗相邻卫星的完好性监测分立处理结果，从而获得至少3组完好性监测分立处理结果，综合判断卫星导航系统各可见卫星是否存在故障，获得完好性监测联合处理结果；各个低轨卫星将故障卫星的卫星号通过下行信号对服务区内用户进行广播告警。2.如权利要求1所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，还包括：用户接收告警信息，剔除卫星导航系统的故障卫星，对剩余的正常卫星根据接收的改正信息实现定位。3.如权利要求1所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，与相邻低轨卫星之间的测距信息获得方式为：低轨卫星具备与相邻低轨卫星建立N条链路的能力。4.如权利要求3所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，N条链路中N1条形成固定链路，其中N1≥0且N1≤N，剩余的N-N1条链路通过时序轮询的方式建立动态链路。5.如权利要求1所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，获得完好性监测分立处理结果的完好性监测内容包括信号质量、导航电文和测距精度三个方面的监测。6.如权利要求5所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其特征在于，针对信号质量、导航电文和测距精度三个方面分别进行判断，若这三项都被判定为无故障，则认为该卫星不存在故障，否则认为该卫星存在故障。7.如权利要求1或5所述的基于组网低轨卫星的卫星导航系统完好性监测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆旭成，
申请(专利权)人：北京未来导航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11