【技术实现步骤摘要】
一种PNT可信性系统用时空核验系统及方法
[0001]本专利技术涉及定位
,具体来说,涉及一种PNT可信性系统用时空核验系统及方法。
技术介绍
[0002]基于位置服务的应用使得定位技术受到越来越多的关注,同时对定位结果的精度提出了更高的要求。目前,以GNSS(Global Navigation Satellite System,GNSS)为核心,以低轨卫星、伪卫星、无线通信通信网络以及多种室内外定位导航源为手段,基于网络化时空资源统一管理与云端协同监测处理,具有泛在、精准、统一、融合、智能的天地融合更多系统或导航源的定位、导航和授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)体系为全球用户提供全天候,全天时的PVT(position,Velocity and Time)信息。由于无线电信号容易在信号传输的过程中遭受无线电发射机、移动通信网络等非故意干扰以及同频段无线电信号的故意干扰与欺骗,近年来已经发生了多起时空信息服务事故,如伊朗俘获美国隐形无人侦察机,黑海发生多起船只位置偏离事件 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,包括:数据采集系统、数据预处理系统、时空同步系统、时间核验系统、空间核验系统和定位解算系统;所述数据采集系统获得各异构导航源提供的数据;所述数据预处理系统分植于各异构导航源,用于基础的降噪处理;所述时空同步系统,用于校正经过所述数据预处理系统处理的各异构导航源的时空信息,使各异构导航源数据具有相同的时空基准;所述时间核验系统,包含时间核验算法,提供时间核验可信度矩阵;所述空间核验系统,包含空间核验算法,提供空间核验可信度矩阵;最后,所述定位解算系统在考虑基于所述时空核验可信度的系统可信性后给出包含可信性信息的定位结果。2.根据权利要求1所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,无论是时间核验系统还是空间核验系统,都将整个过程分为初始化阶段和稳定运行阶段;在初始化过程中,进行时空初步的统一与校准;稳定运行过程中,则需要先核验,后校准。3.根据权利要求1所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,时间同步分为时间硬同步和时间软同步,时间硬同步是将各异构传感器的数据采集时间,通过硬件触发,统一到本地时间戳或GNSS时间戳上,以保证各异构传感器之间的时间精确的同步;时间软件同步利用计算载体的本地时钟,为各个异构导航源的数据帧加入时间戳,对各个异构导航源产生的数据帧进行时间的校准与分析,获取同步的数据帧。4.根据权利要求3所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,异构导航源的时间同步分两部分:内部统一与外部校准;在用户终端使用时间软同步或者时间硬同步的方法生成本地时间戳的同时,使用外部信号对本地时钟进行时钟误差校准,实现用户终端中各异构导航源间的时间精确同步,其中,应同时对获取的外部时钟数据帧进行时空信息的交互核验;只有在确定了外部时钟数据帧是可信的之后,才能够将外部时钟作为高精度的时间基准,使用外部时钟数据帧中的时间电文,对用户终端的本地时钟源进行校准。5.根据权利要求1所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,所述对异构导航源进行时间核验的过程中,需要获取各个异构导航源产生数据的帧率,并选择一个导航源作为基准导航源,将其他导航源与该基准导航源进行时间同步的核验;设是系统中m个异构导航源数据帧的时间戳,其中,N
i
∈N是第i个异构导航源产生的数据帧的时间戳,设F∈N是基准导航源F产生的数据帧的时间戳,则第i个异构导航源N
i
的第w帧,与基准导航源F的第v帧的时间偏差为:6.根据权利要求5所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,除了与基准导航源进行时间核验外,各导航源还需要进行时间自校验,即导航源当前帧的时间戳与前一帧的时间戳之间的偏差是否满足导航源的数据更新间隔在异构导
航源时间核验的模型中,设δ
T
是时间核验阈值;若且则判定,第i个异构导航源的第w帧,与基准导航源F的第v帧的时间偏差时间偏差在时间核验阈值范围内,判断时域核验正常,两帧是同步帧,时域核验标志位若或则判定第i个异构导航源的第w帧,与基准导航源F的第v帧的时间偏差时间偏差超出阈值范围,判断时域核验异常,两帧不是同步帧,时域核验标志位进一步的,δ
T
的选取应需要根据各个导航源的实际帧率进行分析与调整。7.根据权利要求2所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,所述时间核验算法主要分两个阶段:初始化阶段与稳定运行阶段;具体来说:1)初始化阶段:在初始化阶段,用户终端处于时空信息获取的过程,对用户端的时钟进行标定与校准,并同时获取初始位姿,若在用户终端初始化的过程中,没有遭受攻击等不可信因素的影响,GNSS产生的数据帧是可信的;具体来说,对时间信息进行初始化的过程,就是获取GNSS的时钟信息,校准本地时钟源,对本地时钟源进行授时的过程;2)稳定运行阶段:在用户终端系统稳定运行阶段,为每个导航源建立时间核验缓存队列N
i
∈N,所述时间核验缓存队列遵循先入先出原则,将通过时间自校验的导航源产生的数据帧存入队列;以基准数据源产生的数据帧缓存队列f
F
为基准,对其他数据源缓存队列中的数据进行时间核验;时间核验的数据帧分为三种类型:同步帧、超前帧与过期帧。8.根据权利要求6所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,将基准源产生的数据帧与每个导航源的缓存队列的队头进行比较,假设此时基准导航源F缓存队列的队头帧是第v帧,第i个异构导航源的队头是其产生的第w帧数据,此时,将两个数据帧进行时间核验;如果则该异构导航源的数据帧是过期帧,需要丢弃,直接将该数据帧从缓存列表中删除;如果则该异构导航源的数据帧是同步帧,需要将该数据帧转入空间校验,并从缓存列表中删除;如果则该异构导航源的数据帧是超前帧,该数据帧在缓存队列中保持不变并等待下一次的时间核验;基准源F产生的第v帧数据帧与导航源集合N中的每个导航源的缓存队列的队头进行比较,直到所有导航源的数据帧都是超前的数据帧后,当前第v帧的基准源的时间核验完毕。9.根据权利要求8所述的一种PNT可信性系统用时空核验系统,其特征在于,获取第i个异构导航源的数据帧时间核验阈值矩阵:由于异构导航源的数据更新频率不高于基准导航源F的频率,异构导航源的产生的每一个数据帧,最多只能与基准导航源F的某一个数据帧同步,即:
则第i个异构导航源的任意一帧w的时间核验结果中,有且最多仅有一个为1;因此,式(1)的时间核验矩阵可以简化为数组:m个导航源产生的数据帧与基准导航源F产生的数据帧之间的时间核验结果为根据时间核验结果,丢弃C
T
=
‑
1的数据帧,而保留C
T
=1的数据帧;只有在进行时间核验后与基准导航源F同步的数据帧,才能够进入空间核验过程。10.一种PNT可信性系统用时空核验方法,其特征在于,异构导航源时间核验算法的具体的步骤如下:步骤1:初始化阶段:获取GNSS数据帧的时钟信息,校准本地时钟源,完成对本地时钟源的时间统一与同步,转至步骤2;步骤2:稳定运行阶段:获取各导航源到达的数据帧,并进行时间自校验,通过时间自校验的数据帧存入时间核验缓存队列,转至步骤3;步骤3:判断基准数据源缓存队列是否为空,若为空,则转至步骤6;若不空,获取基准数据源缓存队列的队头帧,转至步骤4;步骤4:判断是否遍历了所有的导航源,若没有遍历完成,则选择没有遍历的导航源的作为待核验导航源,转至步骤5;若所有导航源都遍历完成,将基准数据源队头帧转入所述空间核验系统,并在基准数据源的缓存队列中删除队头帧,转至步骤3;步骤5:判断当前导航源缓存队列是否为空,若为空,则转至步骤3;若不空,则取当前导航源缓存队列的队头帧与数据源缓存队列的队头帧进行时间核验:若判定是过期帧,则删除当前队头,转至步骤5;若判定是同步帧,则当前数据帧可以进入所述空间核验系统,同时在缓存队列删除该帧,转至步骤5;若判定是超前帧,则不进行删除操作,转至步骤4;步骤6:判断系统是否继续运行,若继续运行,则转至步骤2;若系统不能继续运行,转至步骤7;步骤7:结束时间核验算法,进入所述空间核验系统。11.根据权利要求10所述的一种PNT可信性系统用时空核验方法,其特征在于,在空间核验的过程中,需要选择一个基准导航源,将其他导航源的数据帧解算的结果与所述基准导航源解算结果进行空间核验;设异构导航源i获取的第w帧数据帧解算出的用户终端在东北天坐标系下的坐标为基准导航源B获取的第v帧数据帧解算出的用户终端在东北天坐标系下的坐标为则异构导...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭笑尘,宋佳慧,吴海涛,李亚平,
申请(专利权)人:中国科学院空天信息创新研究院,
类型:发明
国别省市:
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