[發明專利]一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法

在審

• 申請號: 202211548576.2
• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN115856952A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 朱衍波;王志鵬;方堃;杜鏡天;王虹霞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23;G06F17/16;G01S19/37
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 王杰

本發明公開了一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法，步驟包括：1)根據航線選擇定位點；2)計算地形遮蔽角；3)預測可見衛星；4)確定需要監測的故障模式；5)計算定位誤差方差、標稱偏差的影響系數和解分離檢驗統計量的方差；6)計算解分離檢驗的閾值，計算保護級，判斷可用性。本發明提供的一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法，可以根據地形模型數據，計算地形遮蔽角，根據星歷或歷書數據預測可見衛星，進而計算保護級，判斷可用性；通過考慮地形遮擋對可見衛星預測的影響，可以提升可用性預測的準確度，保證飛機運行的安全性。

技術領域

本發明涉及衛星導航技術領域，尤其是涉及一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法。

背景技術

民用航空作為全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)的高端集團客戶，不但需要極高的精度，而且對完好性提出了近乎苛刻的要求。完好性指航空用戶在利用導航系統進行相應操作的過程中，當導航系統所提供的定位信息無法滿足相應操作所需的性能要求時，系統及時給出告警的能力。

高級接收機自主完好性監測(Advanced Receiver Autonomous IntegrityMonitor，ARAIM)是一項面向雙頻多星座(Dual Frequency Multi-Constellation，DFMC)衛星導航系統的空基增強技術，用于確保航路、終端區及進近等全運行階段的導航完好性。完整的ARAIM系統由三部分組成：導航星座、機載接收機和生成完好性支持信息(IntegritySupport Message，ISM)的地面監測站。ARAIM機載接收機利用冗余衛星觀測量及完好性支持電文快速檢測和排除衛星和星座故障，并及時向用戶告警。

系統可用性是指系統為運載體提供可用的導航服務時間與該航行階段時間的百分比。在飛機起飛前，需要對系統可用性進行預測，以避免發生安全事故。為更好地滿足生命安全應用對衛星導航系統的需求，提高系統可用性預測的準確度至關重要。民用航空器的一次完整的飛行過程大致包含五個主要階段，由于各個階段具有不同的物理特性以及所處空域屬性不同，為確保飛行安全，對支撐技術如導航技術、通信技術等的性能要求也不相同。針對飛行器的某個運行階段，ARAIM的可用性可通過定位誤差基于某一置信度的上限值，即保護級(Protection Level，PL)來判斷。若ARAIM機載接收機在某一歷元的保護級低于運行要求的告警限(Alert Limit，AL)，則該歷元ARAIM可用；反之，則為不可用。因此，ARAIM可用性預測的關鍵在于保護級預測。

ARAIM的保護級由參與定位的衛星的位置和性能決定。導航衛星的實際位置可以根據衛星播發的星歷或歷書計算得到；衛星性能隨時間變化緩慢，表征衛星性能的參數來自于各星座服務提供者(Constellation Service Provider，CSP)的性能承諾或歷史播發的完好性支持參數。在預測ARAIM的可用性時，首先需要預測接收機的可見衛星，隨后通過可見衛星的性能計算保護級。因此，可見衛星預測的準確度直接決定了ARAIM可用性預測的正確性。然而，僅根據接收機位置和衛星的星歷或歷書來判斷接收機是否能接收到該衛星的信號是不嚴謹的，因為衛星信號可能受到龐大障礙物的遮擋，例如山脈等。現有的ARAIM可用性預測方法均未考慮地形遮擋帶來的影響。事實上，若飛行航路距離山脈較近，或進近位于峽谷間的機場(如中國林芝機場和拉薩機場)，導航衛星在飛機運行過程中極易受到遮擋。經統計，在考慮地形遮擋影響后，部分地區可見衛星持續時間將縮短5％，可用性空洞時間甚至可提升至4倍。

發明內容

本發明的目的是提供一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法，根據地形模型數據，如數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，計算地形遮蔽角，根據星歷或歷書數據預測可見衛星，進而計算保護級，判斷可用性；通過考慮地形遮擋對可見衛星預測的影響，可以提升可用性預測的準確度，保證飛機運行的安全性。

為實現上述目的，本發明提供一種復雜地形環境下ARAIM可用性預測方法，步驟包括：