[發明專利]民航衛星導航完好性增強系統誤差的實時包絡方法

在審

• 申請號: 201810865128.2
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109061684A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 方堃;蔣欣;張展;霍航宇
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: G01S19/20
• 分類號: G01S19/20
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明公開了一種民航衛星導航完好性增強系統誤差的實時包絡方法，其利用時間序列模型對偽距誤差的時間相關性進行分析，得到消除時間相關性的厚尾誤差樣本，并利用廣義自回歸條件異方差模型GARCH對厚尾誤差樣本歸一化處理后進行包絡計算，從而建立了時間相關誤差的平穩模型；確定偽距誤差標準差的置信上限，并確定最優偽距誤差序列長度，實現了對上述模型的不確定性與誤差非平穩性的處理。本方法并不會引入額外的完好性風險，由于包絡更緊的原因，實時計算的保護級要小于利用傳統方法計算出的，從而提高了衛星導航增強系統的可用性。

技術領域

本發明涉及衛星導航增強系統技術領域，尤其涉及一種民航衛星導航完好性增強系統誤差的實時包絡方法。

背景技術

衛星導航地基增強系統GBAS(Ground Based Augmentation System)包括衛星子系統、地面子系統和機載子系統，在機載子系統中機載用戶(通常指飛機)進近和起飛的過程中，機載用戶和地面子系統的監測站的距離較近，利用定位誤差在空間和時間上的相關性(即認為機載用戶和監測站在一定空間和時間范圍內的定位誤差基本相同)，機載用戶可以根據監測站播發的偽距校正值和完好性信息來提高導航的精度和提供完好性監測能力，其中完好性指的是系統出現故障及時告警的能力。具體實現原理為：衛星子系統各衛星產生衛星導航信號并發送給地面子系統和機載子系統；地面子系統中監測站中的各接收機接收衛星導航信號，測得各接收機到各衛星的距離(該距離為含有測量誤差的偽距觀測值)，同時根據衛星導航信號計算出衛星的位置，進而結合已知的監測站中各接收機的精確位置計算出各接收機到各衛星的真實距離，監測站將各接收機到各衛星的偽距觀測值和真實距離進行比較，計算出各衛星的偽距校正值，并通過完好性監測算法獲得GBAS的完好性信息，地面子系統將偽距校正值以及完好性信息作為增強信息發送給機載子系統；機載子系統中機載用戶接收機接收衛星導航信號，測得含有偽距測量誤差的偽距觀測值，再根據接收的地面子系統發送的增強信息，利用定位誤差的相關性，通過空地差分方法減小機載用戶的定位誤差，完成精確位置解算，提高定位精度并提供完好性監測能力。

保護級(Protection Level,PL)在衛星導航地基增強系統GBAS的完好性監視中起著重要作用。保護級指的是定位誤差的置信上限，其通過與給定的告警限(Alert Limit，AL)進行比較實現對完好性的監測。導航衛星的幾何結構時刻變化，定位域誤差的特性也會隨之改變。因此，通常是在偽距域對誤差進行統計建模分析，再利用當時的衛星幾何結構投影到定位域進行保護級的計算。以無故障(H0)假設下GBAS的垂直保護級(VerticalProtection Level，VPL)為例，其計算公式如下所示：

其中，H0假設表示在測距過程中不存在故障，S是從偽距域向定位域投影的投影矩陣，K_ffmd是由無故障漏檢概率確定的放大系數，σ_i是第i顆可見衛星的偽距誤差標準差。

在上述保護級計算公式中隱含著一個前提假設：偽距誤差服從高斯分布，然而衛星導航增強系統的偽距誤差具有如下3個特點：

非平穩性：作為GBAS的主要誤差源之一，多徑誤差與衛星仰角有關，因此偽距誤差的統計特性無法在衛星仰角的變化過程中保持穩定；

時間相關性：由于GBAS中Hatch濾波等原因的存在，偽距誤差樣本具有強烈的相關性；

厚尾分布特性：實際誤差可能不服從高斯分布，也沒有足夠的樣本證明誤差服從高斯分布，因此有必要考慮誤差分布厚尾的情況以保證計算出的保護級比實際的要大，從而保障系統運行安全。