一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法技术

本发明专利技术提供了一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，属于卫星定位导航增强技术领域。方法通过对北斗观测数据及卫星广播星历进行数据预处理，对北斗观测数据进行公共误差模型改正得到伪距残差，再分别通过正态化中位数方法、卫星共视法、解析几何法得到每颗卫星对应的完好性参数，即双频测距误差DFRE。本发明专利技术解决了我国的北斗星基增强系统亟需一种基于北斗星基增强系统的改正数及完好性参数解算方法，用于北斗星基增强信息处理关键技术的研究的问题，具有明显提升北斗双频星基增强系统定位精度的优点。基增强系统定位精度的优点。基增强系统定位精度的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法


[0001]本专利技术涉及卫星定位导航增强
，具体是涉及一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，利用卫星进行导航和定位的研究对于世界各国提高国防实力和经济实力具有极高的战略意义。全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）能够提供全天候、全球性、连续实时的导航定位服务，在海陆空等军事领域与民用领域方面具有良好的应用。
[0003]但单纯依靠卫星导航系统，无法满足一些对定位精度和完好性需求较高的领域，比如航空飞机精密进近、港口导航等。全球导航卫星系统卫星会偶尔发生一些重大的错误导致导航性能出现致命缺陷，严重威胁航空用户的生命安全，同时造成了巨大的经济损失。
[0004]为了防止类似事件的发生，尤其是在涉及如航空进近等生命安全领域的全球导航卫星系统应用，保证全球导航卫星系统在民航领域中的安全性以及满足所规定的各项指标，提高全球导航卫星系统完好性性能具有及其重要的意义。
[0005]对完好性的监测主要是通过系统增强的方法进行，当前主要的导航增强方法有星基增强系统（Satellite
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Based Augmentation System，SBAS）、地基增强系统（Ground
‑
Based Augment System，GBAS）、接收机自主完好性监测（Receiver Autonomously Integrity Monitor，RAIM）、卫星自主完好性检测（Satellite Autonomously Integrity Monitor，SAIM）。
[0006]SBAS技术通过地球静止轨道（GEO）卫星搭载卫星导航增强信号转发器，向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，通过GEO卫星播发改正数和完好性信息，使导航系统能够可靠地服务于民用航空交通运输、军用航空及国土安全等领域，从而成为各航天大国竞相发展的手段。
[0007]目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的广域增强系统（WAAS）、俄罗斯的差分校正和监测系统（SDCM）、欧洲的地球静止导航重叠服务（EGNOS）、日本的多功能星基增强系统（MSAS）以及印度的GPS辅助静地轨道增强导航系统（GAGAN）。
[0008]在全球大力发展SBAS系统的背景下，我国的北斗星基增强系统（BDSBAS）也正在测试中，在竞争如此激烈的时代背景下，亟需一种基于北斗星基增强系统（BDSBAS）的改正数及完好性参数解算方法，这对北斗星基增强信息处理关键技术展开研究至关重要。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的技术问题是：我国的北斗星基增强系统亟需一种基于北斗星基增强系统的改正数及完好性参数解算方法，用于北斗星基增强信息处理关键技术的研究。
[0010]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，包括以下步骤：
S1、对北斗观测数据及卫星广播星历进行数据预处理；S2、对数据预处理后的北斗观测数据进行公共误差模型改正，解算得到伪距残差；S3、通过正态化中位数方法对伪距残差进行质量控制，探测并剔除伪距残差中的异常值；S4、通过卫星共视法将伪距残差中接收机时钟统一到同一时间基准；S5、基于时钟同步后的伪距残差建立观测方程，通过递归最小二乘方法解算得到星历改正数以及星历协方差矩阵；S6、通过解析几何法分别求解出每一颗卫星对应的用户最差位置，将星历协方差矩阵投影至最差用户位置的视距方向，得到每颗卫星对应的完好性参数，即双频误差DFRE。
[0011]其中，北斗观测数据为：对北斗B1C及B2a频点的观测数据，卫星星历分为预报星历和后处理星历。
[0012]现有技术中，SAIM技术仍处在发展验证阶段，且早期的在轨卫星上并没有相应的硬件设施，无法进行SAIM技术监测，应用较少；RAIM技术是指集成在接收机端的算法，但RAIM技术具有一定的性能极限，无法满足较高的完好性监测性能需求；GBAS系统因其覆盖范围有限，距离监测站越远播发的改正数的改正效果越差，需要布设大量的监测站，系统维护需要耗费大量的人力物力。而SBAS技术具有覆盖区域大、应用广泛、相对造价更低、硬件设备投入较小、故障反应迅速，能为航空用户提供满足终端区到一类精密进近各阶段的导航性能需求，有其他技术无法比拟的优势而成为当前应用最广泛的增强手段。
[0013]全球导航卫星系统（GNSS）完好性是指当导航系统定位误差超限或者不可用时，系统及时向用户告警的能力，从侧面反映了用户对GNSS提供的信息的信任程度，是一种可信性的衡量，用来衡量整个导航系统所提供导航服务信息的正确性。完好性包括告警门限、完好性风险、告警时间三个方面的要求。由于卫星导航系统卫星几何布局时刻发生变化，因此用户必须考虑这种时变特性对完好性的影响，这种影响通过保护级来表示，即系统性能随空间变化所导致的风险必须反映在保护级中。
[0014]进一步地，步骤S1中，北斗观测数据的采样的时间间隔为1s，步骤S2中，进行伪距残差计算时，卫星截止高度角为10
°
。
[0015]进一步地，数据预处理为：S11、数据完整率检测：检验北斗观测数据的完整率以保证原始观测数据的有效性，并保留同时具有所需伪距数据以及载波相位数据的卫星；S12、周跳探测：联合MW组合观测量和GF组合观测量进行周跳探测，所述周跳探测的规则为：当周跳检测量大于0.05周时，判定探测出周跳；S13、载波相位平滑伪距：基于Hatch滤波进行载波相位平滑伪距，提高伪距精度，载波相位平滑伪距的计算公式为：
，上式中，为无周跳出现或者卫星入境/中断重新出现的第一个历元，第一个历元使用双频无电离层组合伪距代替平滑值，为第1个历元的平滑伪距观测值，代表第i历元的无电离层组合距观测值，代表第i个历元的平滑伪距观测值，为第i个历元的无电离层组合相位观测值，为第i
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1个历元的无电离层组合相位观测值，i为正整数且大于1，S14、对卫星广播星历进行导航电文处理，得到各个卫星的星历位置、各个监测站与各个卫星间的星历距离、各个卫星真实位置和星历位置间的偏差值。
[0016]进一步地，步骤S2包括：通过公共误差模型消除北斗观测数据中的卫星端误差、信号传播误差、监测站端误差，得到伪距残差，伪距残差的表达公式为：，上式中，为伪距残差，i表示监测站，j表示卫星，为单位方向矢量，b为接收机时钟偏差，为星历预报误差，为星钟误差，为残余误差。
[0017]更进一步地，卫星端误差包括：相对论效应误差、差分码偏差、时间群延迟、地球自转延迟、地球引力延迟改正，所述信号传播误差包括电离层延迟、对流层延迟，所述监测站端误差包括地球固体潮误差、海洋负荷潮汐误差和极潮误差。
[0018]优选地，步骤S3包括：对将数据预处理及公共误差模型改正后的伪距残差进行正态化中位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对北斗观测数据及卫星广播星历进行数据预处理；S2、对数据预处理后的北斗观测数据进行公共误差模型改正，解算得到伪距残差；S3、通过正态化中位数方法对伪距残差进行质量控制，探测并剔除伪距残差中的异常值；S4、通过卫星共视法将伪距残差中接收机时钟统一到同一时间基准；S5、基于时钟同步后的伪距残差建立观测方程，通过递归最小二乘方法解算得到星历改正数以及星历协方差矩阵；S6、通过解析几何法分别求解出每一颗卫星对应的用户最差位置，将星历协方差矩阵投影至最差用户位置的视距方向，得到每颗卫星对应的完好性参数，即双频误差DFRE。2.如权利要求1所述的一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，其特征在于，所述步骤S1中，北斗观测数据的采样的时间间隔为1s，所述步骤S2中，进行伪距残差计算时，卫星截止高度角为10
°
。3.如权利要求1所述的一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，其特征在于，所述数据预处理为：S11、数据完整率检测：检验北斗观测数据的完整率以保证原始观测数据的有效性，并保留同时具有所需伪距数据以及载波相位数据的卫星；S12、周跳探测：联合MW组合观测量和GF组合观测量进行周跳探测，所述周跳探测的规则为：当周跳检测量大于0.05周时，判定探测出周跳；S13、载波相位平滑伪距：基于Hatch滤波进行载波相位平滑伪距，提高伪距精度，载波相位平滑伪距的计算公式为：，上式中，为无周跳出现或者卫星入境/中断重新出现的第一个历元，第一个历元使用双频无电离层组合伪距代替平滑值，为第1个历元的平滑伪距观测值，代表第i历元的无电离层组合距观测值，代表第i个历元的平滑伪距观测值，为第i个历元的无电离层组合相位观测值，为第i
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1个历元的无电离层组合相位观测值，i为正整数且大于1，S14、对卫星广播星历进行导航电文处理，得到各个卫星的星历位置、各个监测站与各个卫星间的星历距离、各个卫星真实位置和星历位置间的偏差值。4.如权利要求1所述的一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
通过公共误差模型消除北斗观测数据中的卫星端误差、信号传播误差、监测站端误差，得到伪距残差，伪距残差的表达公式为：，上式中，为伪距残差，i表示监测站，j表示卫星，为单位方向矢量，b为接收机时钟偏差，为星历预报误差，为星钟误差，为残余误差。5.如权利要求4所述的一种北斗双频星基增强改正数及完好性参数解算的方法，其特征在于，所述卫星端误差包括：相对论效应误差、差分码偏差、时间群延迟、地球自转延迟、地球引力延迟改正，所述信号传播误差包括电离层延迟、对流层延迟，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐，田耀召，王紫薇，张永兴，杨维聪，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：