[發明專利]一種電離層閃爍下航空導航性能預測的方法

有效

• 申請號: 201510033744.8
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104596544B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 劉楊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01S19/23
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

1.一種電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于，該方法步驟如下：

步驟A、設定電離層閃爍的幅度閃爍和相位閃爍參數，設定導航信號的種類；

步驟B、建立導航接收機的跟蹤環路模型，并計算跟蹤碼偽距測量誤差和載波相位測量誤差；

步驟C、對所測量的誤差進行后置濾波，獲得導航接收機的輸出測量誤差；

步驟D、根據所設定的電離層閃爍參數和所建立的導航接收機跟蹤環路模型，計算跟蹤環路的平均失鎖時間；

步驟E、建立平均失鎖時間關于電離層閃爍下導航信號中斷頻度的關聯表達式，計算導航信號失鎖頻度；

步驟F、根據用戶飛行軌跡、飛行時間計算導航衛星位置，獲得衛星的幾何參數；

步驟G、根據具體的飛行運行需求，計算導航終端的自主完好性監測可用性預測；

步驟H、計算飛行過程中的導航保護級，將其與運行需求中所規定的導航告警限進行比較，判斷是否可用；

步驟I、根據設定時間段的導航性能參數計算結果，對該時間段的導航可用性進行預測。

2.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟A中：電離層閃爍的幅度閃爍參數為S₄，其取值范圍為[0.1,2]，相位閃爍參數為τ，其取值范圍為[0.1,1]，導航信號指GNSS中頻數字信號，種類包括GPS、GALILEO、GLONASS和北斗導航信號。

3.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟C中：碼偽距和載波跟蹤量測量的后置濾波采用卡爾曼濾波方法，其狀態方程為：

其中分別為k時刻和k-1時刻的偽距估計值，φ_k、φ_k-1分別為k時刻和k-1時刻的載波相位量測量，其量測誤差服從[0,σ_φ]的高斯分布；

其觀測方程可表示為：

其中ρ_k為偽距量測量，其量測誤差w_k服從[0,σ_τ]的高斯分布。

4.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟D中：假設每次跟蹤環路的輸出值ε的概率密度函數為p_k(ε)，跟蹤環路的誤差限為±θ_b，則跟蹤環路能夠穩定跟蹤的次數可表示為：平均失鎖時間可計算為其中T為環路的更新時間，一般情況下等同于預檢測積分時間T_s。

5.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟E中：電離層閃爍頻次在統計上服從泊松分布，其分布參數的計算方法為：

λ₀＝ρλ^NscinT_span，其中N_scin為同時因電離層閃爍導致跟蹤失鎖的衛星數目，ρ為相關系數，表征了N_scin顆衛星信號通道的相關程度，T_span為飛行時間，設導航終端的信號失鎖重新捕獲時間為T_reacq，則在飛行時間內N_scin顆衛星信號的失鎖時間為T_unlock＝λ₀T_reacq。

6.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟F中：衛星的幾何參數可用矩陣H來描述，且

[a_i1 a_i2 a_i3]分別為用戶與第i顆衛星在東北天方向的單位向量，n為可見衛星總數。

7.根據權利要求1所述的電離層閃爍下航空導航性能預測的方法，其特征在于：所述步驟I中：導航可用性判斷方法為：

在一定時間段內，以單位時間步長計算得到的導航保護級與運行需求中的導航告警限進行比較，若保護級大于告警限，則該時刻導航不可用；在該時間段內，設比較總次數為N₁，保護級大于告警限的次數為N₂，則可用性計算方法為：

$\mathrm{\η}=(1-\frac{N_2}{N_1})\×100\%.$