一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法，先任意选择主节点与基准卫星，然后通过计算多节点间双差值和伪距双差残差，从而进行多节点综合判断。本发明专利技术采用双差的方式进行完好性监测，由于双差观测量消除了大部分公共误差且转化得到的距离理论双差值精度高，因此能够更好的对故障进行监测识别。在现有算法运行之前执行，并不影响现有算法体系，可与现有算法同时运行，提升系统的完好性监测能力。仅涉及双差、坐标转换、比对等运算，算法简单，占用运算资源较小。

A method of satellite navigation landing integrity monitoring based on length constraint

【技术实现步骤摘要】
一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法
本专利技术涉及卫星导航定位领域，是卫星导航着陆系统中一种利用地面基准站内多个基准接收机天线之间固定的基线向量作为约束信息的完好性监测方法。
技术介绍
完好性监测是卫星导航着陆系统的一个关键环节，决定着系统所能提供的服务等级，关系着飞机的着陆安全。在卫星导航着陆系统中，地面基准站设备通常配置的4部基准接收机用于完好性监测处理，对可能的故障源(包括卫星钟、卫星星历、电离层、对流层、多径和接收机)进行分类的监视。完好性监测算法利用3～4台基准接收机信号测量提供的信息通过信号质量件监视(SQM)、量测质量监视(MQM)、数据质量监视(DQM)等一系列方法完成故障监测和告警，实现故障监测完好性。SQM对卫星导航信号功率异常和相关峰畸变情况进行监测；DQM连续检查卫星星历和星钟参数，验证卫星导航数据足够可信；MQM主要对于生成的各种观测质量的好坏和状态加以判断和鉴别。上述一系列算法仅通过对各台基准接收机数据进行独立运算分析以及多台基准接收机的数据冗余性比对实现故障的监测。上述算法并未利用天线间准确基线关系进行完好性监测，而在卫星导航着陆系统中，地面站基准接收机天线布设在固定位置，且每台基准接收机天线位置事先进行了标定，同时多天线间的准确基线关系可通过测量的方式获得。由于通过测定多天线间准确基线关系可达到毫米精度，同时天线间准确基线关系能够转化为“卫星-基准接收机”间的距离理论双差值，通过将基准接收机测量获得的伪距值进行双差运算获得的伪距双差值与转化获得的距离双差值进行比对，即可对伪距的异常进行监测，实现完好性监测的目的。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法。本专利技术介绍一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法，利用多个节点(节点数不少于3个)卫星导航基准接收机天线之间固定的基线向量作为约束信息进行完好性监测。基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法总体框图如图1所示。其中多节点包括节点1、节点2....节点n(n＝1,2,3…N，N≥3)，共N个节点，其中节点M为在节点n中选定的主节点(M＝1,2,3…N，N≥3)。由于N个节点间任意两个节点间的基线矢量关系可以事先测定，因此在选定主节点M后，可以节点1-节点M、节点2-节点M....节点n-节点M(M,n＝1,2,3…N，N≥3，n≠M)间的基线关系作为约束信息进行完好性监测。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：步骤1：主节点与基准卫星任意选择；选择节点1、节点2、节点3、....节点n中的一个节点作为主节点，记作M，其中，n＝1,2,3…N，N≥3；选择节点1、节点2、节点3、....节点n的共视卫星集合Q(共L颗卫星)中的一颗卫星作为基准卫星，记作S；步骤2：多节点间双差值计算；在选定主节点M以及基准卫星S后，分别计算除去M节点后的其他节点与节点M间的伪距双差观测值与伪距双差理论值；伪距双差观测值通过对不同节点间、不同卫星间基准接收机测量获得的伪距观测量的进行两次作差获得：其中n代表节点编号，n＝1,2,3...N,n≠M；k代表N个节点中共视卫星编号，k≠S；为构建的伪距双差观测量；为节点n与节点M间卫星k与卫星S真实距离的双差观测值；为伪距双差观测量测量噪声；伪距双差理论值通过将事先测量获得的基线向量BnM进行转换，转换为不同节点间、不同卫星间基准接收机所对应的双差值获得：其中，BnM为事先测量的节点n与节点M间的基线向量，ek、eS分别为节点n与节点M到卫星k与卫星S的方向矢量，n代表节点编号，n＝1,2,3...N,n≠M；k代表N个节点中共视卫星编号，k≠S；为节点n与节点M间卫星k与卫星S的伪距双差理论值；步骤3：伪距双差残差计算；根据步骤2计算得到的伪距双差理论值、伪距双差观测值，并将其作差得到双差残差值N≥3，n≠M，代表由伪距双差理论值与伪距双差观测值构建的伪距双差残差值；步骤4：多节点综合判断；根据步骤3计算得到的伪距双差残差值构建伪距双差残差平均值分别计算伪距双差残差值与伪距双差平均值的距离记中最大值为将与预设门限进行比较，若距离小于门限，则判定通过；若大于等于门限，则判定节点n的卫星k发生故障；按照99.7％置信概率对预设门限进行设置；步骤1中为保证选择的基准卫星具有较好的数据质量，进行以下限定：1)该颗卫星载噪比在所有共视卫星中最大；2)该颗卫星仰角大于45度。步骤4中为了更加真实的评估伪距双差观测量测量噪声采用仰角加权模型对进行取值。由于双差观测量消除了大部分公共误差，仅剩接收机热噪声以及多路径误差影响，因此参照卫星导航着陆系统性能标准，选取模型为其中参数a、b、c为可变参数，θ为卫星k的仰角，按照标准规定的中精度等级参数取值，设置a、b、c分别为0.16、1.07、15.5，因此本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术采用双差的方式进行完好性监测，由于双差观测量消除了大部分公共误差且转化得到的距离理论双差值精度高，因此能够更好的对故障进行监测识别。2)在现有算法运行之前执行，并不影响现有算法体系，可与现有算法同时运行，提升系统的完好性监测能力。3)本专利技术仅涉及双差、坐标转换、比对等运算，算法简单，占用运算资源较小。附图说明图1为本专利技术基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法框图。图2为本专利技术的基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法流程图。图3为本专利技术基线向量与双差理论值转换关系示意图。图4为本专利技术天线位置与基线关系示意图。图5为本专利技术完好性监测结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术是一种利用地面基准站内多个基准接收机天线之间固定的基线向量作为约束信息的卫星导航着陆系统完好性监测的方法，具体步骤如图2所示：步骤一：主节点与基准卫星选择主节点与基准卫星选择任意。选择节点1、节点2、节点3、....节点n(n＝1,2,3…N，N≥3)中的一个节点作为主节点，记作M；选择节点1、节点2、节点3、....节点n(n＝1,2,3…N，N≥3)的共视卫星集合Q(共L颗卫星)中的一颗卫星作为基准卫星，记作S。要求选择的S卫星的载噪比在所有共视卫星中最大且该颗卫星仰角大于45度。步骤二：多节点间双差值计算在选定主节点M以及基准卫星S后，分别计算除去M节点的其他节点与节点M间的伪距双差观测值与伪距双差理论值，方法如下：(1)伪距双差观测值计算对不同节点间、不同卫星间基准接收机测量获得的伪距观测量的两次作差，得到伪距双差观测值如下：式中n代表节点编号，n＝1,2,3...N,n≠M；k代表N个节点中共视卫星编号，k≠S；为构建的伪距双差观测量；为节点n与节点M间卫星k与卫星S真实距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤1：主节点与基准卫星任意选择；/n选择节点1、节点2、节点3、….节点n中的一个节点作为主节点，记作M，其中，n＝1,2,3…N，N≥3；选择节点1、节点2、节点3、….节点n的共视卫星集合Q(共L颗卫星)中的一颗卫星作为基准卫星，记作S；/n步骤2：多节点间双差值计算；/n在选定主节点M以及基准卫星S后，分别计算除去M节点后的其他节点与节点M间的伪距双差观测值与伪距双差理论值；/n伪距双差观测值

【技术特征摘要】
1.一种基于长度约束的卫星导航着陆完好性监测方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：主节点与基准卫星任意选择；
选择节点1、节点2、节点3、….节点n中的一个节点作为主节点，记作M，其中，n＝1,2,3…N，N≥3；选择节点1、节点2、节点3、….节点n的共视卫星集合Q(共L颗卫星)中的一颗卫星作为基准卫星，记作S；
步骤2：多节点间双差值计算；
在选定主节点M以及基准卫星S后，分别计算除去M节点后的其他节点与节点M间的伪距双差观测值与伪距双差理论值；
伪距双差观测值通过对不同节点间、不同卫星间基准接收机测量获得的伪距观测量的进行两次作差获得：



其中n代表节点编号，n＝1,2,3...N,n≠M；k代表N个节点中共视卫星编号，k≠S；为构建的伪距双差观测量；为节点n与节点M间卫星k与卫星S真实距离的双差观测值；为伪距双差观测量测量噪声；
伪距双差理论值通过将事先测量获得的基线向量BnM进行转换，转换为不同节点间、不同卫星间基准接收机所对应的双差值获得：



其中，BnM为事先测量的节点n与节点M间的基线向量，ek、eS分别为节点n与节点M到卫星k与卫星S的方向矢量，n代表节点编号，n＝1,2,3...N,n≠M；k代表N个节点中共视卫星编号，k≠S；为节点n与节点M间卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：原彬，蔡悟洋，李洋，庄皓玥，张昂，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61