[發明專利]一種應用于星基增強系統的星歷星鐘改正參數及空間信號完好性參數方法

有效

• 申請號: 201610812687.8
• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號: CN106468774B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 李銳;陳杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

本發明提出了一種應用于星基增強系統的星歷星鐘改正參數及空間信號完好性參數方法，包括步驟一：獲取實時觀測量，并計算偽距殘差；步驟二：計算星歷星鐘先驗誤差；步驟三：融合先驗誤差和實時偽距殘差；步驟四：對步驟三的融合結果進行卡爾曼濾波，得到星歷星鐘誤差估計值；步驟五：對星歷星鐘誤差估計值進行擬合量化，從而得到星歷星鐘改正數廣播值；步驟六：計算使用星歷星鐘改正數廣播值后的偽距殘差；步驟七：利用步驟六得到的偽距殘差計算星歷星鐘協方差；步驟八：分解步驟七得到的星歷星鐘協方差，并量化得到完好性參數廣播值。本發明提供的方法能夠僅依賴于GPS系統就基本滿足一類精密進近服務的需求。

技術領域

本發明屬于衛星導航領域，具體地說，是一種應用于星基增強系統的星歷星鐘改正參數及空間信號完好性參數方法。

背景技術

現有的單頻星基增強系統(SBAS)主要面向民航用戶，基于廣泛布設的地面觀測網監測全球導航衛星系統(GNSS)并生成星歷星鐘改正數和偽距改正數，以及對應的空間信號完好性參數等增強信息，通過SBAS衛星向大范圍區域內用戶廣播這些增強信息，提升衛星導航服務的定位精度和完好性，進而提升服務連續性和可用性，使得衛星導航能夠作為主用導航手段為民航提供服務。

SBAS的核心目標是增強衛星導航服務的完好性，在衛星導航服務不可用時，SBAS必須及時向服務區域內用戶發出告警，因此SBAS系統段算法有完好性和實時性的約束：1)完好性：在計算改正參數的同時，必須給出相應的完好性參數，實現對改正誤差的準確包絡，確保用戶保護級能夠準確描述定位誤差，從而實現對服務可用與否的準確判斷；2)實時性：APV-II及CAT-I精密進近階段對告警時間(從衛星發生故障到用戶接收機發出告警所消耗的時間)的要求為6秒。為了滿足告警時間的約束，主控站至少每秒執行一次系統段完好性監測算法，從而實現及時告警。

在完好性和實時性的約束下，GNSS所采用的基于精密動力學模型的定軌算法不再適用于SBAS，這是因為動力學模型過于復雜，難以實時計算，且這種算法難以給出完好性信息，不能用于完好性監測。為了滿足完好性和實時性的要求，SBAS系統段算法主要利用基于碼偽距的幾何定軌法計算星歷星鐘改正參數和空間信號完好性參數，在觀測條件較差時將出現星歷星鐘改正參數的改正精度較低的問題。

為了充分利用未來的北斗系統、伽利略系統等GNSS，以及位于L1和L5的雙頻民用信號，SBAS供應商正在制定雙頻多星座(DFMC)SBAS的接口控制文件。與單頻SBAS相比，DFMCSBAS支持同時增強多達91顆衛星，在相同的下行帶寬條件下，不播發與單頻SBAS的快速改正數(最大更新周期為6秒)類似的偽距改正數，因此以往的星歷星鐘改正參數及對應的空間信號完好性參數算法不再適用，星歷星鐘改正參數及對應的空間信號完好性參數需要更為精確地估計和預測。

GNSS系統段根據長時段的歷史觀測數據，結合高精度的星歷星鐘模型，對未來的星歷星鐘值進行預測，并根據星歷星鐘預測值擬合得到廣播電文的星歷星鐘模型參數。因此星歷星鐘誤差包括了兩部分，即星歷星鐘預測誤差和廣播電文擬合誤差：星歷星鐘預測誤差是指星歷星鐘預測值與真值之間的差值，由歷史觀測數據的觀測誤差和星歷星鐘模型的不精確性導致；廣播電文擬合誤差是指由廣播電文參數計算得到的星歷星鐘值與星歷星鐘預測值之間的差值，由廣播電文模型的不精確性導致。當前GPS衛星的URE均方根值約為2米，而星歷星鐘預測誤差屬于厘米級，因此廣播電文擬合誤差是星歷星鐘誤差的主要來源。

發明內容

本發明提出了一種應用于星基增強系統的星歷星鐘改正參數及空間信號完好性參數方法，該方法的核心思想是利用星歷星鐘預測值消除廣播電文擬合誤差，并利用實時觀測量校正星歷星鐘預測誤差，從而實現星歷星鐘改正參數及對應的空間信號完好性參數的準確估計。

本發明的一種應用于星基增強系統的星歷星鐘改正參數及空間信號完好性參數方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：獲取實時觀測量，并計算偽距殘差；