电离层影响下的GBAS系统性能评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电离层影响下的GBAS系统性能评估方法及装置，读取仿真场景参数，GBAS地面设备参数以及GNSS卫星参数数据；对所得数据进行数据处理，得到卫星、飞机、地面设备、异常电离层四者相互影响下飞机的保护级和定位误差，根据确定的定位误差和保护级，统计计算电离层异常对GBAS地面设备影响仿真中的完好性和可用性结果。本发明专利技术完整且系统地建立了一种电离层影响下的GBAS系统性能评估方法，整个确定过程简单、易执行，评估GBAS系统在突发的电离层异常情况下的系统性能结果也比较准确。本发明专利技术仿真成本低，能够节约时间，提高效率，且可以模拟多种场景，具有适应性多样化的优点。

Performance evaluation method and device of GBAS system under the influence of ionosphere

【技术实现步骤摘要】
电离层影响下的GBAS系统性能评估方法及装置
本专利技术涉及卫星导航
，具体涉及一种GBAS系统性能的评估方法及装置。
技术介绍
现有的全球卫星导航系统(英文缩写为GNSS)还无法满足一些高端用户在可用性、精度和完好性等方面的迫切要求，比如民用航空用户。其中的一个原因就在于电离层误差对于GNSS信号的影响。现有技术中，用户可以通过地基增强系统(英文缩写为GBAS)差分修正可以将电离层误差减小到在实际运行中可以忽略的程度。然而，在电离层异常情况发生时，使用GBAS地面站提供的差分修正量并不能将受到的电离层误差减小到安全的程度。为了保证GBAS系统在突发的电离层异常情况下的可用性，需要根据经验数据对GBAS系统在电离层异常情况下的运行情况做出合理的评估。因为无法控制和预测电离层异常在现实情况下发生的时间和地点，所以，需要通过建立合理的电离层威胁模型，配置合理的参数来包络可能出现的电离层异常并使用模拟的手段来计算和评估电离层异常对GBAS系统带来的影响。
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电离层影响下的GBAS系统性能评估方法及装置，该方法包括：读取场景参数及相应配置参数；结合该参数及给定模型，计算出卫星、飞机、地面设备、异常电离层四者相互影响下飞机的保护级和定位误差；根据计算结果，评估GBAS系统的完好性和可用性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：步骤1、读取仿真场景参数，GBAS地面设备参数以及GNSS卫星参数数据；仿真场景参数包括电离层的模型参数和飞机进近的运动参数，其中电离层模型参数包括电离层的宽度、电离层的速度、电离层锋面的初始位置、电离层锋面的方向和电离层的梯度；飞机进近的运动参数包括着陆地速、着陆速度对应时间、减速率以及减速开始时地速；所述GBAS地面设备参数包括GBAS地面设备位置、FAS数据、Type2固定播发参数和GAD-C数据。所述GNSS卫星参数为历书数据；其中，仿真场景参数确定的方法为，确定仿真的时间段，仿真参数的步长限制，以确定仿真场景的配置；通过蒙特卡洛采样方法进行仿真统计，对于GBAS系统的电离层异常影响仿真步骤，首先，确定仿真的时间，仿真时间的确定方法为，用户随机选择至少一天或者用户指定连续时间段(至少为一天)作为仿真时间；在确定仿真时间后，规定以n秒为一架飞机进近的时间块大小，每个时间块遍历m个时刻(每n/m秒一次)卫星位置的计算，每时刻可见星座的卫星同样进行遍历，每一个时刻中进行l次随机采样，其中对于n与m值的选择要求为，n/m所得结果必须为整数；所有时刻对应的GBAS地面设备位置和FAS数据是固定的，其中GBAS地面设备位置及FAS数据通过读取配置文件中的GBAS地面设备参数得到，在确定仿真时间前已经给定，需要在参数空间中进行随机采样的参数有电离层的模型参数和运动参数；步骤2、对步骤1中所得数据进行数据处理，得到卫星、飞机、地面设备、异常电离层四者相互影响下飞机的保护级和定位误差；所述数据处理包括飞机位置确定，电离层位置确定，卫星位置确定，GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定，飞机电离层穿刺点确定，地面设备伪距误差计算，飞机伪距误差计算，飞机保护级计算和定位误差计算；具体处理过程如下：2.1飞机位置确定：通过输入的GBAS地面设备参数、飞机运行参数和仿真场景参数确定飞机的位置；其中GBAS地面设备参数中需要有确定的FAS数据，并通过FAS数据建立进近下滑航迹利用仿真场景参数提供的当前时刻和仿真时段确定飞机在下滑航迹上的具体位置，并将计算出的飞机位置转化为以LTP点为原点的ENU坐标；2.2电离层位置确定：利用步骤1中确定的仿真场景参数，计算在当前场景下异常电离层的覆盖区域；2.3卫星位置确定：根据确定的时刻，匹配给定的历书数据，计算出此时刻所有卫星的ECEF坐标；2.4GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定的电离层位置和步骤1中给定的地面设备位置，计算地面设备和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置；2.5飞机电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定电离层位置和步骤2.1确定飞机位置，计算飞机和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置，同时计算出卫星相对于飞机观测到的仰角和方位角；2.6地面设备伪距误差计算：在地面设备伪距误差计算单元中，利用步骤2.4得到的当前时刻卫星和地面设备连线的电离层穿刺点位置，计算异常电离层对卫星伪距测量值带来的影响，即异常电离层引起的伪距误差；所述异常电离层带来的影响依据穿刺点位置分为3类：a、穿刺点位置在异常电离层范围之外，此时异常电离层引起的伪距误差为0；b、穿刺点位置在异常电离层的梯度最大值范围中，异常电离层引起的伪距误差为最大电离层延迟；c、穿刺点位置在异常电离层的梯度变化范围中，异常电离层引起的伪距误差为穿刺点和异常电离层锋面前沿之间的水平距离乘以电离层梯度；2.7飞机伪距误差计算：利用在步骤2.6中得到的当前时刻卫星和飞机连线的电离层穿刺点位置，计算异常电离层对卫星伪距测量值带来的影响，即异常电离层引起的伪距误差；所述异常电离层带来的影响依据穿刺点位置分为3类：a、穿刺点位置在异常电离层范围之外，此时异常电离层引起的伪距误差为0；b、穿刺点位置在异常电离层的梯度最大值范围中，此时异常电离层引起的伪距误差为最大电离层延迟，c、穿刺点位置在异常电离层的梯度变化范围中，此时异常电离层引起的伪距误差为穿刺点和异常电离层锋面前沿之间的水平距离乘以电离层梯度，2.8飞机保护级计算：利用步骤2.6中计算出的卫星相对于飞机的仰角、方位角以及步骤1中给出的Type2固定播发参数，计算当前场景下的飞机保护级，飞机进近仿真时只考虑计算无故障情况下的垂直保护级；2.9定位误差计算：将步骤2.6确定的地面设备伪距误差和步骤2.7确定的飞机伪距误差转化为定位误差；首先利用步骤2.7得到一个时刻(在步骤1中确定)飞机在异常电离层影响下的所有接收到卫星的伪距误差集合A，再利用步骤2.6得到同一时刻的地面设备在异常电离层影响下的所有接收到卫星的伪距误差集合B，计算集合A与集合B在同一时刻的差值集合C，集合C为飞机最终在异常电离层影响下的差分修正后的伪距误差，依据RTCADO-253D标准中的方法，将所有卫星的伪距误差转化为定位误差；步骤3、根据步骤2中确定的定位误差和保护级，统计计算电离层异常对GBAS地面设备影响仿真中的完好性和可用性结果；所述完好性指通过危险误导信息统计来判断设备的服务性能是否满足完好性指标要求，计算方法如下：3.1、计算每个时刻的垂直保护级VPL；3.2、当满足VPL＜VAL＜VPE条件时，则认为点落在HMI区域内；3.3、取大于等于1天的运行数据，统计落在HMI区域的点的百分比，即误差、保护级、保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电离层影响下的GBAS系统性能评估方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤1、读取仿真场景参数，GBAS地面设备参数以及GNSS卫星参数数据；/n仿真场景参数包括电离层的模型参数和飞机进近的运动参数，其中电离层模型参数包括电离层的宽度、电离层的速度、电离层锋面的初始位置、电离层锋面的方向和电离层的梯度；飞机进近的运动参数包括着陆地速、着陆速度对应时间、减速率以及减速开始时地速；/n所述GBAS地面设备参数包括GBAS地面设备位置、FAS数据、Type2固定播发参数和GAD-C数据；/n所述GNSS卫星参数为历书数据；/n其中，仿真场景参数确定的方法为，确定仿真的时间段，仿真参数的步长限制，以确定仿真场景的配置；/n通过蒙特卡洛采样方法进行仿真统计，对于GBAS系统的电离层异常影响仿真步骤，首先，确定仿真的时间，仿真时间的确定方法为，用户随机选择至少一天或者用户指定连续时间段(至少为一天)作为仿真时间；/n在确定仿真时间后，规定以n秒为一架飞机进近的时间块大小，每个时间块遍历m个时刻(每n/m秒一次)卫星位置的计算，每时刻可见星座的卫星同样进行遍历，每一个时刻中进行l次随机采样，其中对于n与m值的选择要求为，n/m所得结果必须为整数；/n所有时刻对应的GBAS地面设备位置和FAS数据是固定的，其中GBAS地面设备位置及FAS数据通过读取配置文件中的GBAS地面设备参数得到，在确定仿真时间前已经给定，需要在参数空间中进行随机采样的参数有电离层的模型参数和运动参数；/n步骤2、对步骤1中所得数据进行数据处理，得到卫星、飞机、地面设备、异常电离层四者相互影响下飞机的保护级和定位误差；/n所述数据处理包括飞机位置确定，电离层位置确定，卫星位置确定，GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定，飞机电离层穿刺点确定，地面设备伪距误差计算，飞机伪距误差计算，飞机保护级计算和定位误差计算；具体处理过程如下：/n2.1飞机位置确定：通过输入的GBAS地面设备参数、飞机运行参数和仿真场景参数确定飞机的位置；其中GBAS地面设备参数中需要有确定的FAS数据，并通过FAS数据建立进近下滑航迹利用仿真场景参数提供的当前时刻和仿真时段确定飞机在下滑航迹上的具体位置，并将计算出的飞机位置转化为以LTP点为原点的ENU坐标；/n2.2电离层位置确定：利用步骤1中确定的仿真场景参数，计算在当前场景下异常电离层的覆盖区域；/n2.3卫星位置确定：根据确定的时刻，匹配给定的历书数据，计算出此时刻所有卫星的ECEF坐标；/n2.4 GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定的电离层位置和步骤1中给定的地面设备位置，计算地面设备和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置；/n2.5飞机电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定电离层位置和步骤2.1确定飞机位置，计算飞机和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置，同时计算出卫星相对于飞机观测到的仰角和方位角；/n2.6地面设备伪距误差计算：在地面设备伪距误差计算单元中，利用步骤2.4得到的当前时刻卫星和地面设备连线的电离层穿刺点位置，计算异常电离层对卫星伪距测量值带来的影响，即异常电离层引起的伪距误差；/n所述异常电离层带来的影响依据穿刺点位置分为3类：/na、穿刺点位置在异常电离层范围之外，此时异常电离层引起的伪距误差为0；/nb、穿刺点位置在异常电离层的梯度最大值范围中，异常电离层引起的伪距误差为最大电离层延迟；/nc、穿刺点位置在异常电离层的梯度变化范围中，异常电离层引起的伪距误差为穿刺点和异常电离层锋面前沿之间的水平距离乘以电离层梯度；/n2.7飞机伪距误差计算：利用在步骤2.6中得到的当前时刻卫星和飞机连线的电离层穿刺点位置，计算异常电离层对卫星伪距测量值带来的影响，即异常电离层引起的伪距误差；/n所述异常电离层带来的影响依据穿刺点位置分为3类：/na、穿刺点位置在异常电离层范围之外，此时异常电离层引起的伪距误差为0；/nb、穿刺点位置在异常电离层的梯度最大值范围中，此时异常电离层引起的伪距误差为最大电离层延迟，/nc、穿刺点位置在异常电离层的梯度变化范围中，此时异常电离层引起的伪距误差为穿刺点和异常电离层锋面前沿之间的水平距离乘以电离层梯度，/n2.8飞机保护级计算：利用步骤2.6中计算出的卫星相对于飞机的仰角、方位角以及步骤1中给出的Type2固定播发参数，计算当前场景下的飞机保护级，飞机进近仿真时只考虑计算无故障情况下的垂直保护级；/n2.9定位误差计算：将步骤2.6确定的地面设备伪距误差和步骤2.7确定的飞机伪距误差转化为定位误差；首先利用步骤2.7得到一个时刻(在步骤1中确定)飞机在异常电离层影响下的所有接收到卫星的伪距误差集合A，再利用步骤2.6得到同一时...

【技术特征摘要】
1.一种电离层影响下的GBAS系统性能评估方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1、读取仿真场景参数，GBAS地面设备参数以及GNSS卫星参数数据；
仿真场景参数包括电离层的模型参数和飞机进近的运动参数，其中电离层模型参数包括电离层的宽度、电离层的速度、电离层锋面的初始位置、电离层锋面的方向和电离层的梯度；飞机进近的运动参数包括着陆地速、着陆速度对应时间、减速率以及减速开始时地速；
所述GBAS地面设备参数包括GBAS地面设备位置、FAS数据、Type2固定播发参数和GAD-C数据；
所述GNSS卫星参数为历书数据；
其中，仿真场景参数确定的方法为，确定仿真的时间段，仿真参数的步长限制，以确定仿真场景的配置；
通过蒙特卡洛采样方法进行仿真统计，对于GBAS系统的电离层异常影响仿真步骤，首先，确定仿真的时间，仿真时间的确定方法为，用户随机选择至少一天或者用户指定连续时间段(至少为一天)作为仿真时间；
在确定仿真时间后，规定以n秒为一架飞机进近的时间块大小，每个时间块遍历m个时刻(每n/m秒一次)卫星位置的计算，每时刻可见星座的卫星同样进行遍历，每一个时刻中进行l次随机采样，其中对于n与m值的选择要求为，n/m所得结果必须为整数；
所有时刻对应的GBAS地面设备位置和FAS数据是固定的，其中GBAS地面设备位置及FAS数据通过读取配置文件中的GBAS地面设备参数得到，在确定仿真时间前已经给定，需要在参数空间中进行随机采样的参数有电离层的模型参数和运动参数；
步骤2、对步骤1中所得数据进行数据处理，得到卫星、飞机、地面设备、异常电离层四者相互影响下飞机的保护级和定位误差；
所述数据处理包括飞机位置确定，电离层位置确定，卫星位置确定，GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定，飞机电离层穿刺点确定，地面设备伪距误差计算，飞机伪距误差计算，飞机保护级计算和定位误差计算；具体处理过程如下：
2.1飞机位置确定：通过输入的GBAS地面设备参数、飞机运行参数和仿真场景参数确定飞机的位置；其中GBAS地面设备参数中需要有确定的FAS数据，并通过FAS数据建立进近下滑航迹利用仿真场景参数提供的当前时刻和仿真时段确定飞机在下滑航迹上的具体位置，并将计算出的飞机位置转化为以LTP点为原点的ENU坐标；
2.2电离层位置确定：利用步骤1中确定的仿真场景参数，计算在当前场景下异常电离层的覆盖区域；
2.3卫星位置确定：根据确定的时刻，匹配给定的历书数据，计算出此时刻所有卫星的ECEF坐标；
2.4GBAS系统地面设备电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定的电离层位置和步骤1中给定的地面设备位置，计算地面设备和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置；
2.5飞机电离层穿刺点确定：利用步骤2.3确定的卫星位置、步骤2.2确定电离层位置和步骤2.1确定飞机位置，计算飞机和卫星之间连线对电离层的穿刺点位置，同时计算出卫星相对于飞机观测到的仰角和方位角；
2.6地面设备伪距误差计算：在地面设备伪距误差计算单元中，利用步骤2.4得到的当前时刻卫星和地面设备连线的电离层穿刺点位置，计算异常电离层对卫星伪距测量值带来的影响，即异常电离层引起的伪距误差；
所述异常电离层带来的影响依据穿刺点位置分为3类：
a、穿刺点位置在异常电离层范围之外，此时异常电离层引起的伪距误差为0；
b、穿刺点位置在异常电离层的梯度最大值范围中，异常电离层引起的伪距误差为最大电离层延迟；

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，王岸石，刘洋，陈楚天，赵毓譞，胡耀坤，李昱，苏从兵，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，中电科西北集团有限公司西安分公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61