[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星導航地基增強系統(tǒng)仿真性能評估方法

有效

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• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111007541B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 王岸石;褚映紅;趙毓譞;陳楚天;胡耀坤;蘇從兵;陳武廣;王雪峰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所;中電科西北集團有限公司西安分公司
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

1.一種衛(wèi)星導航地基增強系統(tǒng)仿真性能評估方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟1：提取距離在5-40公里范圍內的兩個GNSS觀測站的同時間段內1年以上接收到的的所有觀測數(shù)據(jù)，觀測數(shù)據(jù)包括偽距觀測數(shù)據(jù)、載波觀測數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)和歷書數(shù)據(jù)，為了保證對于后續(xù)處理的一致性和通用性，提取的觀測數(shù)據(jù)均應為RENIX格式；

步驟2：將步驟1中提取的兩個GNSS觀測站的觀測數(shù)據(jù)作為輸入，統(tǒng)計計算和衛(wèi)星仰角相關的誤差函數(shù)，建立誤差模型；具體實施步驟為首先計算平滑后的碼偽距減載波距(SCMC)，用于接收機噪聲和多徑噪聲的估計；然后通過歸一化的方法，去除衛(wèi)星仰角變化對SCMC的影響，通過系數(shù)膨脹的方法確保歸一化的SCMC數(shù)據(jù)被0均值高斯分布包絡并確定接收機誤差模型；

步驟3：將步驟1中其中一個GNSS觀測站的數(shù)據(jù)作為GBAS地面設備接收到的數(shù)據(jù)，通過星歷和時間進行衛(wèi)星位置定位解算，得到與觀測時間相對應的衛(wèi)星位置，載波平滑偽距，根據(jù)仿真評估的需要使用Hatch單頻載波平滑偽距、IFree雙頻平滑或者DFree雙頻平滑，然后利用平滑后偽距通過加權最小二乘的方法計算作為GBAS地面設備的GNSS觀測站的位置，利用RTCA DO-245A標準中規(guī)定的差分偽距校正算法仿真計算出播發(fā)的偽距修正量；

步驟4：而沒有作為GBAS地面設備的GNSS觀測站，其數(shù)據(jù)則作為飛機用戶收到的機載接收機的觀測數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星定位解算和載波平滑，利用步驟3中作為GBAS地面設備的觀測站數(shù)據(jù)得到的偽距修正值依據(jù)RTCA DO-253D標準進行偽距修正，然后依據(jù)RTCA DO-253D標準利用修正后偽距進行定位計算，與被作為飛機用戶的GNSS觀測站已知精確位置比較，得到定位誤差，依據(jù)RTCA DO-253D標準并通過步驟2中得到的誤差模型得到保護級計算結果；

步驟5：統(tǒng)計得到的定位誤差和保護級結果，得到GBAS系統(tǒng)準確性、可用性和完好性評估結果。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種衛(wèi)星導航地基增強系統(tǒng)仿真性能評估方法，其特征在于：

步驟2中，所述計算平滑后的碼偽距減載波距(SCMC)方法如下：

a.用步驟1中提取的偽距觀測數(shù)據(jù)和載波測量數(shù)據(jù)，根據(jù)仿真評估的需要使用Hatch單頻載波平滑偽距、IFree雙頻平滑或者DFree雙頻平滑計算出平滑偽距；

b.使用步驟a中平滑后偽距減去步驟1中提取的載波測量值得到平滑后偽距和載波距差值；

c.計算出步驟b中平滑后偽距和載波距差值的均值；

d.使用步驟b中平滑后偽距和載波距差值減去步驟c中得到的均值，得到結果就是平滑后的碼偽距減載波距(SCMC)；

歸一化的方法如下：

a、用步驟1中提取的星歷數(shù)據(jù)計算每個采樣時刻的衛(wèi)星位置；

b、用已知的觀測站位置數(shù)據(jù)和步驟a中的衛(wèi)星位置計算與觀測站位置和采樣時刻相對應的衛(wèi)星仰角；

c、將衛(wèi)星仰角以5度為一個區(qū)間分開，然后將平滑后的碼偽距減載波距分配到對應的衛(wèi)星仰角區(qū)間中，并計算每個區(qū)間中的平滑后的碼偽距減載波距的標準差，然后用多項式擬合每個區(qū)間得到的標準差，得到角度和碼偽距減載波距的標準差的函數(shù)關系；

系數(shù)膨脹的方法如下：

a、計算所有平滑后的碼偽距減載波距的概率密度分布；

b、使用標準高斯分布乘以膨脹系數(shù)的方法，以1為起始值，0.01為步長增加膨脹系數(shù)，直到膨脹后的高斯分布將所有平滑后的碼偽距減載波距的概率密度包絡，此時的膨脹系數(shù)為最終需要的膨脹系數(shù)；

c、將乘以最終需要的膨脹系數(shù)的標準差作為新的標準差，修改歸一化的步驟c中得到角度和標準差的函數(shù)關系，得到最終的角度和標準差的函數(shù)關系，該函數(shù)關系為所需的誤差模型。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種衛(wèi)星導航地基增強系統(tǒng)仿真性能評估方法，其特征在于：

所述步驟5的計算步驟為：

所述準確性指標測試值計算方法為，取步驟4得到的所有提取數(shù)據(jù)的定位誤差集合，將定位誤差集合內的定位誤差值升序排序，取排序后定位誤差集合內95％置信度所對應的定位誤差值，該定位誤差值即準確性指標測試值，垂直定位誤差表示為VPE；

所述可用性指標測試值是運行區(qū)間內的可用服務數(shù)據(jù)百分比，計算方法如下：

a、步驟4中得到的所有提取數(shù)據(jù)的垂直保護級VPL；

b、將保護級與ICAO附件十標準中規(guī)定的保護級門限VAL比較，如果滿足VPL≤VAL條件，則認為服務可用，否則服務不可用；

c、取步驟4中得到的所有提取數(shù)據(jù)的，分別統(tǒng)計數(shù)據(jù)總包數(shù)、服務可用包數(shù)及服務不可用包數(shù)，通過下式計算可用性指標測試值：

P_avail＝1-Pa_unavail/Pa_total

其中P_avail為可用性指標測試值，Pa_unavail為服務不可用包數(shù)，Pa_total為數(shù)據(jù)總包數(shù)；

完好性指標測試值指通過危險誤導信息統(tǒng)計來判斷設備的服務性能是否滿足完好性指標要求，其計算方法如下：

d、步驟4中得到的所有提取數(shù)據(jù)垂直保護級VPL；

e、當滿足同一時刻的數(shù)據(jù)，有VPL＜VAL＜VPE條件時，則認此數(shù)據(jù)為落在危險誤導信息(HMI)區(qū)域內；

f、取步驟4中得到的所有提取數(shù)據(jù)，統(tǒng)計落在HMI區(qū)域的點的百分比，即誤差、保護級、保護級門限三者的關系來反應當前的完好性指標；其中VPL為垂直保護級，VPE為垂直定位誤差，VAL為垂直告警門限，HMI為危險誤導信息；通過下式計算完好性指標：

P_integ＝1-P_HMI/P_total

其中P_integ為完好性指標，P_HMI為落在HMI區(qū)域內的點數(shù)，P_total為總點數(shù)。