[发明专利]用于局域增强系统的数据质量监测方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，涉及卫星导航领域的局域增强系统LAAS，特别是一种应用于卫星导航局域增强系统的数据质量监测方法。

背景技术

卫星导航局域增强系统是一个地基差分系统，通过地面差分站发播卫星差分数据，用户将差分数据用于解算来获得高精度的导航参数，如速度、位置和时间。该系统采用的差分技术是利用多个参考接收机测量的位置信息或距离信息及其他导航信息的相关性能消除大部分卫星钟误差、星历误差及大气延迟误差，大大提高了导航定位精度。普遍认为，它可以满足非精密进近以及I、II直至III类精密进近着陆要求。

在局域增强系统地面差分算法中，通过参考接收机收到卫星广播星历，根据广播星历计算卫星和基准站参考接收机之间的距离，将之与参考接收机获取的观测伪距进行比较，从而获得伪距修正量等差分数据提供给航空接收机进行精密定位。如果在上述计算过程中使用了不准确或者存在误差的广播星历，对航空接收机精密定位会产生非常巨大的影响，因此，必须在使用卫星的广播星历计算差分修正量之前对每颗卫星的广播星历进行可用性检测。

数据质量监测是局域增强系统完好性监测的一个关键环节，关注的是卫星广播星历是否能正确反映卫星的轨道位置，卫星广播星历中包含了卫星轨道参数、星钟修正参数、摄动改进参数等数据。通常情况下认为星历参数可以反映卫星的轨道位置，但是在卫星出现了非人为的轨道机动的情况下，会造成星历参数不能反映卫星轨道位置的现象，如果此时卫星的真实轨道位置和星历参数计算产生的轨道位置之间的偏差过大，会对局域增强系统差分修正性能产生不可忽视的影响，这种影响达到一定程度，会对局域增强系统完好性产生非常巨大的影响，导致系统完好性风险加大、可用性降低，这种情况下应该对该卫星的星历生成服务告警以供系统在完成差分修正的时候排除该卫星观测量数据。

卫星星历给出的卫星位置与卫星实际轨道位置之差称为卫星星历误差。在影响卫星导航定位测量精度的众多误差源中，轨道误差是主要误差源。轨道误差对基线测量的影响可用下式表示：

db≈Dρdr≈D(km)25,000(km)dr]]>

式中，dr为轨道误差；D为基线长；ρ为卫星至地球表面距离，大约25000km；db为基线误差。由上可得轨道误差对不同长度基线产生的影响如表1所示。

表1轨道误差对不同长度的基线影响

目前国际上常用的卫星导航局域增强系统的数据质量监测的方法，主要是采用星历-历书检测方法和新旧星历检测方法对收到的星历进行可用性验证，即使用卫星广播星历中包含的卫星轨道参数计算卫星轨道位置，并将之与使用卫星广播的历书中包含的卫星轨道参数计算的卫星轨道或者前面一份广播星历中包含的卫星轨道参数计算的卫星轨道位置进行对比，例如斯坦福大学的完好性监测(Integrity Monitoring Testing，IMT)中公开的方法就是这种。这种方法的一个假设前提是卫星导航系统的历书中包含的参数是准确的，而由于历书本身的精度较低，采用历书中的卫星轨道参数推算卫星轨道位置的时候，所得的位置精度随时间推移会迅速增大，在星历参考时间之后4小时的时候6倍方差就达到7000米，即便是使用广播星历参数推算卫星轨道位置，在星历参考时间之后4小时的时候6倍方差也会达到250米，如表1中所示，这个量级的轨道误差导致的定位基线误差可达到甚至超过米级，对局域增强系统完好性产生过大的风险。此外，由于这种检测方法中广播星历和历书均依赖于导航卫星播发的导航电文，如果卫星导航系统本身广播的星历和历书出现人为干扰，即使通过这种检测的星历也无法确保其可用性，而这种情况下如果依然采用通过检测的星历进行差分修正计算，会导致局域增强系统产生错误的差分修正量，这对其完好性将是致命的破坏。

发明内容