[发明专利]一种天地协同PNT网络完好性监测方法

说明书

本发明公开了一种天地协同PNT网络完好性监测方法。该方法基于地基导航系统组成的天地协同的定位、导航与授时网络，通过分析多种导航系统误差源及完好性风险模型，建立综合PNT完好性监测体系；其中，系统段监测天基导航源和地基导航源信号和信息完好性，解决北斗导航系统全球域完好性快速监测难题；服务段设计了一种服务段高精度产品完好性统一数理表示方法；用户段融合多源异构传感器，实现室内外无缝高精度定位自主完好性算法。本发明突破了天地协同PNT网络应用于无人驾驶、人工智能等领域的完好性制约瓶颈，填补当前国内外在综合PNT网络的完好性监测算法方面的技术空白。

技术领域

本发明涉及一种适用于天地协同PNT网络的高精度完好性监测方法，属于卫星导航、室内外一体化定位与完好性监测领域。

背景技术

高精度的位置信息为国民经济发展起到了重要的推动作用，在无人驾驶和人工智能领域具有广阔的市场应用需求。当前室外定位主要依靠以BDS、GPS为主的卫星导航系统，而室内定位则是通过伪卫星、超宽带等导航系统实现。针对多种定位源体制不统一，定位手段不融合的问题，亟需建立一种更加泛在、融合、智能的综合导航系统。天地协同PNT网络基于GNSS/LEO等天基导航系统、伪卫星/超宽带/5G等地基导航系统，解决时空基准统一、信号体制协调、定位方法融合的关键问题，从而构建天地协同的定位、导航与授时网络。

完好性是指导航系统发生故障或者误差超限时，向用户及时发出报警的能力，是导航系统的重要评价指标之一，在民用航空、精密进近、智能交通、应急响应等涉及用户生命财产安全的应用领域具有重要价值。现有的SBAS和GBAS完好性模型针对单一的GNSS星基增强定位系统和地基增强系统进行完好性监测，无法满足融合低轨、伪卫星、多源传感器等新要素在内的天地协同PNT网络完好性需要。当前国内外研究机构致力于综合PNT网络构成、定位体制研究，尚未形成较为成熟的完好性监测方案和模型。

发明内容

本发明针对当前室外定位和室内定位手段不协调，并且综合PNT网络完好监测方法不成熟，而导致的室内外联合定位不统一、定位服务风险不可控的问题，提出一种天地协同PNT网络高精度完好性监测方法。该方法主要将天地协同PNT网络划分为系统段、服务段和用户段，分别进行完好性监测关键技术研究，从而建立一种室内外统一的高精度、高可靠完好性定位服务。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种天地协同PNT网络高精度完好性监测方法，包括以下步骤：

(1)以GNSS和伪卫星为基础构建天地协同的PNT网络，通过分析多种导航系统定位原理及误差源，建立三级完好性监测模型，依次划分为系统段完好性监测、服务段完好性监测和用户段完好性监测；

(2)系统段在地面布设永久观测站，监测导航源信息和信号完好性。并通过在低轨卫星上安装星载监测接收机，实现北斗导航系统全球域完好性快速监测，同时，低轨星基完好性监测具有不受地面干扰源影响的优势；

(3)服务段高精度产品包括GNSS精密卫星轨道、精密卫星钟差和伪卫星精密钟差，通过误差建模和参数估计的方法求解基准站残差，建立服务段高精度产品完好性统一表示模型；

(4)用户段完好性监测通过融合多源传感器，以抗差卡尔曼滤波的方法实时估计传感器位置，解决导航信号降效/失效情况下的故障识别与处理难题，并计算用户定位保护水平，实现室内外一体化的高精度定位完好性监测；

(5)在天地协同PNT网络的基础上，综合系统段、服务段以及用户段完好性监测方法，建立一种在确定风险水平内，当用户定位保护水平超限时，在规定时间内向用户告警的完好性服务。

进一步地，步骤(1)的具体方式为：