一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法，其中系统包括多个低轨卫星，每个低轨卫星作为天基监测站接收导航信号，每个低轨卫星的每个接收通道上均设置数据处理模块；数据处理模块对接收的导航信号进行导航电文完好性监测和观测量完好性监测的处理，并通过星间链路与附近能够观测同一导航卫星的低轨卫星进行通信，通过其中任一低轨卫星上设置的综合处理逻辑模块对能够观测同一导航卫星的所有低轨卫星的处理结果进行冗余判决，给出最终的导航完好性监测结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法
本专利技术设计卫星导航技术，特别涉及一种基于低轨卫星星座的导航完好性监测方法。
技术介绍
完好性是卫星导航系统的核心服务性能之一，是指当导航系统服务误差超限或不能提供服务时，系统发出及时告警的能力。全球卫星导航系统(GNSS)发展到今天，保障全球完好性服务已经成为制约其进一步深入应用的瓶颈。目前，GNSS完好性监测共分为四部分：(1)全球系统层完好性监测全球系统层完好性监测基于GNSS信号发射段卫星存在的误差进行的完好性监测主要处理的误差包括卫星轨道误差、卫星钟差和导航信号误差，卫星自主完好性监测(SAIM)是其主要手段。但是SAIM未能考虑信号在空间传输段所产生的异常，且单星处理告警风险较高。虽然基于星间链路的SAIM能在一定程度上降低告警风险，但是其不直接监测与用户相关的伪距及载波相位观测量，仍存在一定的缺陷。(2)广域增强层完好性监测利用所布设监测站的并行观测数据，进行卫星星历、钟差以及电离层格网改正数的完好性分析处理，用户在进行广域差分定位处理的同时，进行相应的完好性分析处理。广域增强系统可以在一定范围内实现一类精密进近(CATI)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低轨星座的导航完好性监测系统，其特征在于：包括多个低轨卫星，每个低轨卫星作为天基监测站接收导航信号，每个低轨卫星的每个接收通道上均设置数据处理模块；数据处理模块对接收的导航信号进行导航电文完好性监测和观测量完好性监测的处理，并通过星间链路与附近能够观测同一导航卫星的低轨卫星进行通信，通过其中任一低轨卫星上设置的综合处理逻辑模块对能够观测同一导航卫星的所有低轨卫星的处理结果进行冗余判决，给出最终的导航完好性监测结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于低轨星座的导航完好性监测系统，其特征在于：包括多个低轨卫星，每个低轨卫星作为天基监测站接收导航信号，每个低轨卫星的每个接收通道上均设置数据处理模块；数据处理模块对接收的导航信号进行导航电文完好性监测和观测量完好性监测的处理，并通过星间链路与附近能够观测同一导航卫星的低轨卫星进行通信，通过其中任一低轨卫星上设置的综合处理逻辑模块对能够观测同一导航卫星的所有低轨卫星的处理结果进行冗余判决，给出最终的导航完好性监测结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的导航电文完好性监测包括新旧星历一致性检验，通过下述方式实现：当低轨卫星接收到的导航电文更新后，通过新旧星历在相同时刻计算出的卫星位置，计算新-旧星历误差；当新-旧星历误差在预设的门限值范围内时，则新导航卫星即新星历是正确的；当新-旧星历误差超过预设的门限值时，则认为导航电文故障，并针对该导航卫星产生完好性标志。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的导航电文完好性监测在新旧星历一致性检验前先进行新星历的验证，具体通过下述方式实现：在低轨卫星接收到新的导航信号时，计算新星历所表示的卫星位置；并根据卫星历书计算新导航卫星在此时的位置；根据上述得到的两个卫星位置，确定星历-历书误差；当星历-历书误差在预设的门限值范围内时，则新导航卫星即新星历是正确的；当星历-历书误差超过预设的门限值时，则认为导航电文故障，并针对该导航卫星产生完好性标志。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的观测量完好性监测包括载波相位监测，通过下述方式实现：(1)低轨卫星接收机每个通道在在每个监测时刻k执行如下步骤：(1.1)根据正确星历计算出的低轨卫星接收机至导航卫星的几何距离R(k)以及卫星时钟修正τ(k)以及载波相位观测量φ(k)，计算载波相位修正量φc(k)；(1.2)对载波相位修正量φc(k)进行处理，移除可能存在的接收机时钟漂移，得到φm(k)；(1.3)对连续n个历元的φm(k)进行二次多项式拟合，进而确定卫星钟差方程的时钟漂移a1(k)以及a1(k)的相邻时刻的变化量Δa1(k)；(2)将a1(k)、Δa1(k)作为监测量，当低轨卫星接收机多个通道同时告警时，分别将两个监测量与各自的门限值进行比较，若超过门限值，则寻找超过门限值的监测量最大值，如果同一时刻只有一个监测量最大值或者两个监测量最大值在相同通道，则针对监测量最大值所在通道对应的导航卫星产生完好性标志，并输出故障导航卫星编号；若同一时刻两个监测量最大值不在相同通道，则认为低轨卫星接收机故障。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述步骤(2)同时对监测量a1(k)、Δa1(k)进行监测，其中：监测量a1(k)监测通过下述方式实现：(2.1)若某通道a1(k)超过门限值，该通道计数变量Count_a1加1，并转步骤(2.2)；否则，进入下一历元从步骤(1.1)开始执行；(2.2)判断该通道计数变量Count_a1是否大于等于2，若大于等于2，则将标志IF_a1置1；否则，判断Count_a1是否为0，是则进入下一历元从步骤(1.1)开始执行；Count_a1不为0时，将标志Error_Jump置1，并针对当前通道对应的导航卫星产生完好性标志，并输出故障导航卫星编号；监测量Δa1(k)监测通过下述方式实现：(a)若某通道Δa1(k)超过门限值，该通道计数变量Count_da1加1，并转步骤(b)；否则，执行两个判断，a1)判断标志Error_jump或标志Error_ramp是否0，是则转步骤(c)；否则转步骤(d)；a2)判断Count_da1是否为1，若Count_da1为1，则转步骤(c)；否则转步骤(d)；(b)判断上述通道计数变量Count_da1是否等于3，是则遍历连续三个历元中有几个Δa1(k)超过门限值，若仅有一个超过门限值，则转步骤(d)并将Count_da1置0；若有2、3个Δa1(k)超过门限值，且该通道IF_a1为1时，将标志Error_ramp置1，并针对当前通道对应的导航卫星产生完好性标志，输出故障卫星编号，其余情况均转步骤(d)；(c)判断上述通道IF_a1是否为1且标志Error_ramp是否为1，若满足，则针对当前通道对应的导航卫星产生完好性标志，输出故障卫星编号，否则转步骤(d)；(d)进入下一历元从步骤(1.1)开始执行。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的观测量完好性监测还包括伪距监测，具体实现方式如下：第一步，根据伪距观测量ρ(k)、载波相位平滑伪距ρs(k)以及载波相位观测量φ(k)，计算监测量Δρ(k)；第二步，判断三个连续的历元中计算出的监测量超过门限的次数，若至少有两次超过门限，则针对当前监测导航卫星产生完好性标注，输出故障导航卫星编号，若只有一次超过门限，则当前伪距测量被认可，通过平滑滤波的方式计算下一历元载波相位平滑伪距，转第一步。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：在伪距监测过程中还包括如下处理：计算导频支路伪距ρP(k)与数据支路伪距ρD(k)之差ΔρPD(k)＝ρP(k)-ρD(k)，若ΔρPD(k)超过门限则针对当前计算导航卫星产生完好性标注，输出故导航障卫星编号。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的冗...

【专利技术属性】
技术研发人员：边朗，贾亦哲，蒙艳松，严涛，王瑛，雷文英，韩琳，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61