接收机自主完好性监测的可用性预测方法技术

本发明专利技术涉及一种接收机自主完好性监测的可用性预测方法，包括如下步骤：接收卫星位置数据、卫星不可用信息、卫星失效信息和航空公司航班计划数据；计算卫星伪距测量误差的参数；并据此构建加权矩阵；根据加权矩阵、卫星观测矩阵、误检率和漏检率计算航班计划数据指定时空点上接收机的ＨＰＬ；比较ＨＰＬ和ＨＡＬ来获取接收机ＲＡＩＭ的可用状态。该方法可以提高ＲＡＩＭ可用性预测的准确性，减弱ＲＡＩＭ的可用性预测对接收机工作范围内卫星个数和布局的依赖。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及应用全球定位系统(Global Positioning System，以下简称GPS)进行导航的系统中，对航空器按照航空公司航班计划飞行时的接收机自主完好性监测的可用性进行预测的方法，属于卫星导航领域。
技术介绍
GPS卫星导航系统在全世界范围内能同时为陆海空用户提供连续精确的三维位置、速度和时间信息，在军事和民用方面得到了推广普及。世界民用航空界推动着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，以下简称GNSS)和各种增强系统的发展与应用。国际民航组织(InternationalCivil Aviation Organization，以下简称ICAO)定义了一种至少包含一个或多个卫星导航系统的GNSS，它连续的全球覆盖能力使飞机能在可遵循的条件下直接从一个地方飞到另一个地方。如果将GNSS用于我国民航，在东部地区将GNSS作为辅助导航系统与甚高频全向信标/测距仪(VHF Omni-directionalRange/Distance Measuring Equipment，以下简称VOR/DME)和无方向性信标(non-directional beacon，以下简称NDB)配合工作，可提高导航精度，避免再继续对VOR/DME和NDB投资，保证东部民用航空安全和高效率；在西部地区将GNSS作为主用导航系统和惯性导航系统配合工作，实现投资少，导航精度、航行安全和效率明显提高。但是，GPS不能满足民用航空对于卫星导航系统的完好性的要求，必须采取措施对GPS的完好性进行增强，导航系统的完好性是指当导航系统处于不健康状态，不能准确导航时向用户提供及时报警的能力。接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，以下简称RAIM)技术是内嵌在GFS接收机中的一种技术，它利用GPS卫星的冗余信息，对GPS的多个导航解进行一致性检验，从而达到完好性监测的目的。RAIM一方面保证了定位精度，另一方面实现了对卫星工作状态的监测，是目前卫星定位中自主有效地获得完好性监测的常用方法。RAIM的优点是对卫星故障反应迅速且完全自动，无需外界干预。但是，RAIM对机载GPS接收机视界内的卫星数量和卫星分布有一定要求，例如，需要有5颗以上几何分布较好或相当的卫星，否则就无法进行完好性判定。这就导致某些地区的某些时间RAIM不能使用，即存在RAIM的覆盖空洞。当有GPS卫星无法工作或不产生测距信号时，这种现象就更加严重，所以对RAIM进行可用性预测是十分必要的。RAIM可用性预测技术利用卫星星历/历书数据、GPS计划的不可用信息和GPS卫星失效信息，结合机载的RAIM算法，预测特定机场区域和航路上机载RAIM算法的可用性，为航空公司签派部门和民航空管部门提供航班计划和航班放行的辅助参考。2005年中国民用航空总局飞行标准司下发了咨询通告AC-91FS-01，规定必须使用RAIM预测程序进行飞行前RAIM可用性预测。现有的RAIM可用性预测方法均假设所有卫星测距误差相同，没有考虑测距误差不同的情况。对于GPS，目前常用的方法有如下三种1)δHmax方法。当可见卫星个数为n时，首先构建n个子集，每个子集包含n-1颗卫星，然后计算每个子集的水平精度因子(以下称HDOP)值，称之为HDOPi，i＝1，2，...，n。其次；计算关于全部n颗卫星的最小二乘解的HDOP值，称之为HDOP；那么可得δHmax=maxi(HDOPi2-HDOP2)1/2.]]>对于故障检测，参数δHmax就成了卫星几何结构质量的一个逆向量度。按照民用航空应用GPS导航的完善性标准计算δHmax的极限值，如果某个几何结构计算出的这种值超出了计算的极限值，则当卫星和接收机处于此几何结构时，RAIM是不可用的。极限值只跟可见卫星数有关，可以在预测前计算。此方法计算量小，简单易行。2)近似径向误差保护(以下称ARP)方法。此方法选择 为检测统计量，其中SSE为一统计量，n为接收机可视范围内的卫星个数，使其与径向位置误差具有相同的量纲。任何特定卫星的偏差/误差均可线性地投射到位置误差和检测统计量域内，其斜率可根据卫星几何结构计算，而且相对于每颗卫星都是不同的。对于故障检测，最难检测的卫星对应的斜率最大，该斜率记为SLOPEmax。在理想条件下，不产生漏警的最小径向误差约为SLOPEmax×故障检测门限，将此称之为近似径向误差保护。ARP方法的门限值可以根据民用航空应用GPS导航的完好性标准来计算，也可以通过各种模拟法测量。如果按照完好性标准来计算ARP的门限值，则δHmax方法和ARP方法是完全等效的。3)水平定位误差保护限值(以下称HPL)方法。基于ARP方法，选择 为检测统计量，将完好性告警门限作为故障检测门限，直接计算HPL值HPL=SLOPEmax′·σλ.]]>其中，λ为非中心χ2分布的密度函数的非中心参数，σ为卫星伪距误差的标准差，SLOPEmax′不同于ARP方法中的SLOPEmax，因为选取的检测统计量不同。将计算的HPL值与水平告警门限(以下称HAL)值比较，若HPL大于HAL，则RAIM不可用。这些方法适应于选择可用性(Selective Availability，简称SA)政策取消前的GPS导航的实际状况，因为SA是所有卫星伪距测量的最大误差源，而且所有卫星基本相同。专利技术人在进行专利技术创造的过程中发现2000年美国政府决定取消SA后，电离层延迟成为GPS卫星伪距测量的最大误差源，与接收机到卫星的仰角和接收机位置紧密相关，所以，如果继续使用现有技术，则卫星的伪距测量误差只能按照可见卫星中最大的伪距测量误差来选择，这样会降低实际的RAIM可用性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种，提高RAIM可用性预测的准确性，减弱RAIM的可用性预测对接收机工作范围内卫星个数和布局的依赖。为实现上述目的，提供了一种，包括如下步骤采集卫星位置数据、卫星不可用信息数据、卫星失效信息数据和航空公司航班计划数据，作为预测准备数据；根据上述预测准备数据计算该航空公司航班计划中一个时空点上卫星伪距测量误差的参数；根据卫星的伪距测量误差的参数构建加权系数；根据加权系数、该时空点卫星的观测矩阵、误检率和漏检率计算该时空点上接收机的HPL；将HPL与HAL进行比较，获取所述接收机自主完好性监测的可用状态。在上述技术方案中，还可以进一步包括记录该时空点上接收机RAIM的状态预测结果，并继续预测下一个时空点上接收机RAIM的可用状态，完成对整个航班计划中，需测量的多个时空点上接收机RAIM可用性的预测。在获取预测结果后，进一步根据接收机RAIM可用状态的预测结果，调整航班计划，即判断该航班计划上各个时空点上接收机RAIM不可用状态的累计时间是否达到一定门限值，若是则根据预测结果调整航班计划使其满足航班计划上接收机RAIM可用性的要求。由以上技术方案可知，针对SA取消后各卫星伪距测量误差与接收机到卫星的仰角和接收机位置相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接收机自主完好性监测的可用性预测方法，包括如下步骤：采集卫星位置数据、卫星不可用信息数据、卫星失效信息数据和航空公司航班计划数据，作为预测准备数据；根据所述预测准备数据计算所述航空公司航班计划中一个时空点上卫星伪距测量误 差的参数；根据所述卫星的伪距测量误差的参数构建加权系数；根据所述加权系数、所述时空点卫星的观测矩阵、误检率和漏检率计算所述时空点上接收机的水平定位误差保护限值；将所述水平定位误差保护限值与水平告警门限进行比较，获取所 述接收机自主完好性监测的可用状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，朱衍波，张淼艳，薛瑞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]