[發明專利]衛星導航系統高保真仿真模型的可信度驗證方法

有效

• 申請號: 201710609081.9
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107368659B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 黃文德;楊俊;張利云;王芳;康娟;沈洋;瞿志
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

本發明的一種衛星導航系統高保真仿真模型的可信度驗證方法，其步驟為：S1：建立基于模型可信度評估的體系化、層次化模型有效性驗證方法，形成覆蓋衛星導航系統單元級、模塊級、子系統級和系統級模型的模型驗證的標準工具庫；S2：建立基于國際時空參考框架的模型驗證方法，確保衛星導航仿真系統時空基準與實際系統時空參考框架的一致性；S3：建立自底向上、逐層遞進的加權檢驗綜合模型驗證方法，完成衛星導航仿真系統基礎模型的可信度驗證；S4：建立基于實測數據誤差分離與反推解算相結合的兩步法模型驗證方法，對衛星導航觀測數據仿真模型進行可信度驗證。本發明具有操作簡便、易實現、可信度高等優點。

技術領域

本發明主要涉及到衛星導航系統領域，特指一種適用于衛星導航系統高保真仿真模型的可信度驗證方法。

背景技術

衛星導航高保真仿真系統是利用系統建模與仿真技術建立能夠真實反應衛星導航系統工作原理及運行機制的仿真平臺，為實際系統技術方案論證、技術指標驗證、研制方法及應用效果等各個方面提供試驗驗證與測試評估支持，是導航領域科研工作者、衛星導航系統建設者、衛星導航用戶的基礎工具。衛星導航高保真仿真系統的分析結果直接影響實際工作的決策或應用。因此，仿真模型的可信度評估技術已成為系統仿真研究中的重要組成部分。只有在仿真模型可信度得到保證的情況下，利用仿真系統產生的分析結果才具有指導意義。

在系統建模與仿真過程中，受認知水平、開發時間代價、經濟實用性、可實現性等種種條件限制，仿真模型一般只能是實際對象的一種逼近。逼近程度越高，保真度越高。根據仿真模型與實際對象的逼近程度，可以分為低保真度、中保真度和高保真度仿真模型。隨著保真度的提高，需要考慮的因素越來越多，模型越來越復雜，驗證難度也就越來越大。

目前，現有的主要衛星導航系統生產商都非常注重衛星導航高保真仿真系統的研究與應用。例如，美國的全球定位系統GPS、歐洲的衛星導航系統Galileo等衛星導航系統都投入巨資建立了各自的系統仿真平臺，例如GPS的高保真仿真系統HFSS(High FidelitySimulation System)，Galileo的GSSF(Galileo System Simulation Facility)。這些仿真系統在各自衛星導航系統建設、運行與維護等階段作為試驗驗證與分析評估工具，都發揮了重要作用。但是，由于涉及系統敏感信息(如軍碼或授權服務)或者出于技術保密等原因，這些高保真仿真系統大多數是對外禁運的。即使如非軍方控制的Galileo系統，其對外開放的GSSF軟件也僅僅是非常簡單的部分(目的是為了展示Galileo系統性能的優越性，高級版本對外保密)。這些高保真仿真系統如何建模，以致于如何確保“高保真”都沒有對外公開。除此之外，每個衛星導航系統都有其自身特殊之處，如工作機制、信號體制、系統組成等均具有較大差異。因此，如何確保高保真模型的“真”就成為其他衛星導航系統(如北斗系統)建模與仿真必須要解決的關鍵問題。

衛星導航系統高保真仿真系統能夠模擬實際衛星導航的運行狀態，并綜合考慮衛星導航信號在實際傳播過程中所受的各種因素影響，仿真生成衛星軌道數據、衛星鐘差數據及觀測數據等資料，用于衛星導航系統方案論證、評估衛星導航系統性能、驗證導航定位授時數據處理算法等。但實際建模仿真過程中，衛星導航系統高保真仿真模型涉及衛星軌道動力學、高精度頻率基準、無線電測量與通信、空間環境、天體物理、導航與定位等多學科交叉的理論與技術。

傳統的模型一致性驗證方法主要是對模型行為的評估。通過在相同輸入條件下，比較模型與原型系統輸出，從而分析仿真模型與原型系統的一致性，并以一致性分析結果作為模型有效性的判斷依據。這種方法是一種“黑盒”方法。該方法對系統級模型是有效的，但對于粒度更小的單元模型則無能為力。

因此，為了保證仿真質量，減少由于仿真結果錯誤或不準確性所帶來的分析決策風險，必須對衛星導航系統高保真仿真模型進行可信度評估。

現有技術是一種系統級驗證方法，存在以下幾個缺點：

1、難以對衛星導航高保真仿真系統中單元級模型進行驗證，無法精確定位驗證中發現的問題；