專利名稱：多星座sbas系統(tǒng)時(shí)差改正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，是基于多星座星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)的系統(tǒng)時(shí)差改正方法。
背景技術(shù)：
SBAS是一種利用GEO作為通信鏈路提供GNSS差分改正數(shù)據(jù)與完好性信息的廣域差分系統(tǒng)，其目標(biāo)是滿足民航從航路飛行階段到垂向引導(dǎo)精密進(jìn)近階段的導(dǎo)航系統(tǒng)需求。現(xiàn)有的SBAS包括美國的WAAS、歐洲的EGNOS、中國的SNAS、日本的MSAS以及印度的GAGAN。
現(xiàn)有的SBAS為獨(dú)立的區(qū)域系統(tǒng)，僅能夠?yàn)樽陨淼膶?dǎo)航系統(tǒng)提供差分改正數(shù)據(jù)與完好性信息。然而，隨著GPS現(xiàn)代化的不斷發(fā)展、Galileo系統(tǒng)與我國北斗系統(tǒng)的日趨成熟，多星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將成為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的主流方向。因此，在星基增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，多星座星基增強(qiáng)技術(shù)將成為未來研究的主要課題。
多星座星基增強(qiáng)技術(shù)會(huì)帶來顯著的益處，例如，由于可修正衛(wèi)星數(shù)目的增加，可用星的幾何分布得到改善，使得GDOP值相應(yīng)地減小，進(jìn)一步提高各類用戶的定位精度并降低完好性保護(hù)門限；同時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)的增多使得衛(wèi)星數(shù)目成倍增加，因此，電離層延遲網(wǎng)格校正所需的有效樣本數(shù)目成倍增加，校正精度提高，使得完好性監(jiān)測更加準(zhǔn)確，從而提高系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)性與可用性。
然而，在多星座SBAS中，系統(tǒng)時(shí)差將作為未知項(xiàng)存在于測量偽距中，由它帶來的用戶等效距離誤差是十分巨大的。因此，解算系統(tǒng)時(shí)差成為多星座SBAS所需解決的關(guān)鍵問題。在完成系統(tǒng)時(shí)差解算后，系統(tǒng)需要建立準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)差模型以使用戶能夠修正偽距中的系統(tǒng)時(shí)差，從而使得系統(tǒng)時(shí)差模型的準(zhǔn)確建立成為多星座星基增強(qiáng)技術(shù)的又一關(guān)鍵問題。與此同時(shí)，SBAS還應(yīng)廣播系統(tǒng)時(shí)差改正數(shù)對(duì)應(yīng)的誤差信息，并使得此誤差改正信息滿足完好性需求。
目前，關(guān)于多星座星基增強(qiáng)技術(shù)的研究尚處于起步階段，國際上關(guān)于多星座SBAS的研究文獻(xiàn)較少，且多數(shù)研究著眼于該技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的提高，而尚未提及系統(tǒng)時(shí)差的改正問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法，該方法能夠解決多星座SBAS的系統(tǒng)時(shí)差解算問題，并給出系統(tǒng)時(shí)差的播發(fā)方式以及與系統(tǒng)時(shí)差對(duì)應(yīng)的完好性信息的計(jì)算方法。
本發(fā)明提供的多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法包括以下步驟 步驟一確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)確定SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目；所述系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)與某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)目減一，當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)不與任一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)目； 步驟二計(jì)算不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差； (a)計(jì)算SBAS監(jiān)測站接收機(jī)鐘差Δtref，k； 其中，c表示光速，K表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r共視的衛(wèi)星數(shù)目，且K≥1，Δtr為時(shí)鐘同步站的接收機(jī)鐘差，
為基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的所有共視衛(wèi)星的測量值； (b)利用監(jiān)測站數(shù)據(jù)計(jì)算修正衛(wèi)星的廣播星歷誤差； 其中ΔRsv為衛(wèi)星星歷誤差，
為衛(wèi)星廣播星歷誤差估計(jì)值； (c)計(jì)算導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差Δtsystem； 其中N表示時(shí)鐘同步站的數(shù)目，M表示時(shí)鐘同步站觀測到的某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的修正衛(wèi)星的數(shù)目， 步驟三建立多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差模型并確定播發(fā)參數(shù)； 步驟四計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息。
步驟a計(jì)算觀測時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差esysTr(t)， 式中Δtmeasuresystem為t時(shí)刻的系統(tǒng)時(shí)差，
為系統(tǒng)時(shí)差的擬合值； 步驟b計(jì)算更新間隔內(nèi)的誤差序列； 步驟c計(jì)算誤差序列的統(tǒng)計(jì)限值， 式中，κ(Pr)表示99.9％置信概率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)； 步驟d計(jì)算更新時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的絕對(duì)誤差
步驟e計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差校正誤差STCE， 式中，1≤r≤N。
本發(fā)明提供的多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法對(duì)多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差進(jìn)行精確計(jì)算，減少了用戶等效距離誤差，提高了多星座SBAS系統(tǒng)的定位精度；同時(shí)本發(fā)明的改正方法提供了一種系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息的計(jì)算方法，該方法消除了各時(shí)間系統(tǒng)與接收機(jī)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)差影響，為用戶提供精確的導(dǎo)航定位完好性信息。
圖1表示本發(fā)明提供的多星座SBAS時(shí)差改正方法流程圖； 圖2表示本發(fā)明中系統(tǒng)時(shí)差的計(jì)算流程圖； 圖3表示本發(fā)明中系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息計(jì)算流程圖； 圖4表示實(shí)施例得到的GPS與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)值與真實(shí)值曲線； 圖5表示實(shí)施例得到的GPS與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)誤差曲線； 圖6表示實(shí)施例得到的Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)值與真實(shí)值曲線； 圖7表示實(shí)施例得到的Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)誤差曲線； 圖8表示實(shí)施例得到的GPS與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間系統(tǒng)時(shí)差校正誤差與擬合誤差曲線； 圖9表示實(shí)施例得到的Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間系統(tǒng)時(shí)差校正誤差與擬合誤差曲線。
具體實(shí)施例方式 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種基于多星座SBAS的系統(tǒng)時(shí)差改正方法，它能夠?yàn)橛脩籼峁┎煌l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差以及與系統(tǒng)時(shí)差對(duì)應(yīng)的完好性信息。所述方法的流程如圖1所示，具體包括如下步驟 步驟一確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)確定SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目。
假設(shè)多星座SBAS中的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)目為m，基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)由SBAS根據(jù)中心站的時(shí)間系統(tǒng)確定。SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差為不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的時(shí)差，所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差數(shù)分以下兩種情況分析 情況一基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)與某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同 由于基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)只可能與某一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同，因此，所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差個(gè)數(shù)為排除與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)相同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)后，其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總數(shù)，即m-1。
情況二基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)不與任何衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同 當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)不與任何衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)，SBAS需要計(jì)算當(dāng)前所有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的時(shí)差。因此，所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差個(gè)數(shù)為m。
步驟二計(jì)算不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差 該步驟的流程如圖2所示， (1)計(jì)算SBAS基準(zhǔn)站接收機(jī)鐘差Δtref，k 星基增強(qiáng)系統(tǒng)基準(zhǔn)站接收機(jī)測量的衛(wèi)星觀測偽距值ρrefsv可由下式表示 式(1)中，c表示光速，Rrefsv表示衛(wèi)星至基準(zhǔn)站的幾何距離，Δtref表示基準(zhǔn)站接收機(jī)時(shí)鐘相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)間偏差，dnoise表示接收機(jī)熱噪聲引起的誤差，dmultipath表示多徑偏差，diono表示電離層延遲，dtropo表示對(duì)流層延遲，Δtsv表示衛(wèi)星廣播時(shí)鐘誤差，Δtsystem表示衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差，當(dāng)滿足步驟一中的情況一時(shí)，Δtsystem＝0。
基準(zhǔn)站觀測偽距數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理能夠減弱接收機(jī)熱噪聲及多徑的影響，同時(shí)能夠消除電離層與對(duì)流層延遲，可得式(2) (2) 式(2)中，(xs，ys，zs)表示衛(wèi)星廣播星歷位置，(xref，yref，zref)表示基準(zhǔn)站位置，ΔRsv＝(Δxs，Δys，Δzs)表示衛(wèi)星廣播星歷誤差，lrefsv表示基準(zhǔn)站至衛(wèi)星的方向矢量，其中，δdnoise表示熱噪聲殘差，δdmultipath表示多徑殘差，δdiono表示電離層殘差，δdtropo表示對(duì)流層殘差。
在SBAS的時(shí)鐘同步站中，接收機(jī)時(shí)鐘與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)鐘保持同步，因此，其接收機(jī)鐘差為已知項(xiàng)。選取與時(shí)鐘同步站r共視相同衛(wèi)星的基準(zhǔn)站k，對(duì)于某共視衛(wèi)星，利用式(2)可得 由式(3)與(4)做差可得 (5) 式(5)稱為“單差”方程。式(3)至(5)中，Δρref，ksv與Δrsv分別表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的測量值；lref，ksv與lrsv分別表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r至衛(wèi)星的方向矢量，Δtref，k與Δtr分別表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的接收機(jī)鐘差， 在基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r距離不遠(yuǎn)或衛(wèi)星廣播星歷誤差較小的情況下，對(duì)基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的所有共視衛(wèi)星的測量值
做統(tǒng)計(jì)平均，可得 式(6)中，K表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r共視的衛(wèi)星數(shù)目，且K≥1，由于時(shí)鐘同步站的接收機(jī)鐘差Δtr為已知項(xiàng)，因此，基準(zhǔn)站k的接收機(jī)鐘差Δtref，k可由下式計(jì)算得到 (2)計(jì)算衛(wèi)星廣播星歷誤差 首先消除基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的接收機(jī)鐘差，即在
中消除(Δtref，k-Δtr)，然后“單差”方程(5)可化為 (8) 對(duì)同一衛(wèi)星選取多個(gè)“單差”方程，解算衛(wèi)星廣播星歷誤差ΔRsv，其中，“單差”方程個(gè)數(shù)應(yīng)不小于3，即共視同一衛(wèi)星的基準(zhǔn)站的數(shù)目不小于4，且稱此類衛(wèi)星為可修正衛(wèi)星。假設(shè)解算出來的衛(wèi)星廣播星歷誤差估計(jì)值為則衛(wèi)星廣播星歷的校正誤差δRsv可以表示為 (3)計(jì)算導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差 對(duì)衛(wèi)星廣播星歷誤差ΔRsv進(jìn)行修正后，由式(2)可得 (10) 式(10)中，
表示經(jīng)星歷修正后的衛(wèi)星位置。
為得到準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)差，采用時(shí)鐘同步站的觀測數(shù)據(jù)，由于時(shí)鐘同步站的接收機(jī)鐘差Δtr已知，式(10)可轉(zhuǎn)化為 (11) 式(11)中，由于δRsv很小且δRsv的各個(gè)分量遵循高斯分布，不同衛(wèi)星的Δtsv符號(hào)不同。因此，針對(duì)同一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由時(shí)鐘同步站的Δρk值可得該導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差Δtsystem 式(12)中，N表示時(shí)鐘同步站的數(shù)目，M表示時(shí)鐘同步站觀測到的某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可修正衛(wèi)星的數(shù)目。
同理，可計(jì)算其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差。
步驟三建立多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差模型并確定播發(fā)參數(shù)的數(shù)目 在多星座SBAS中，系統(tǒng)時(shí)差可由系統(tǒng)時(shí)鐘初始偏差、頻率偏差與頻率漂移來描述，對(duì)系統(tǒng)時(shí)差采用以下二階多項(xiàng)式模型進(jìn)行擬合 Δtsystem＝a0+a1·(t-toc)+a2·(t-toc)2(13) 式(13)中，a0表示衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的初始時(shí)間偏差；a1表示時(shí)鐘的頻率偏差系數(shù)；a2表示時(shí)鐘的頻率漂移系數(shù)，t表示衛(wèi)星信號(hào)播發(fā)時(shí)刻，toc表示系統(tǒng)時(shí)差修正參數(shù)的參考時(shí)刻。
由此可知，每個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差需要播發(fā)1個(gè)時(shí)間參數(shù)toc以及3個(gè)系統(tǒng)時(shí)差模型參數(shù)a0、a1、a2。因此，對(duì)于步驟一中的情況一，SBAS所需播發(fā)參數(shù)的數(shù)目為3·(m-1)+1＝3m-2；對(duì)于步驟一中的情況二，播發(fā)參數(shù)的數(shù)目為3m+1。
步驟四計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息 由于tk時(shí)刻的系統(tǒng)時(shí)差改正數(shù)將要應(yīng)用在后一個(gè)更新間隔τ的任意時(shí)間t(tk＜t≤tk+τ)內(nèi)，而其計(jì)算是在前一個(gè)更新間隔內(nèi)完成。因此，將系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息-系統(tǒng)時(shí)差校正誤差分為兩部分考慮更新間隔內(nèi)的誤差變化和tk時(shí)刻的校正誤差。計(jì)算流程如圖3，具體如下 (1)計(jì)算觀測時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差esysTr(t) 時(shí)鐘同步站r可根據(jù)t時(shí)刻觀測到的同一星座的衛(wèi)星計(jì)算該時(shí)刻的系統(tǒng)時(shí)差Δtmeasuresystem；同時(shí)，利用系統(tǒng)播發(fā)的系統(tǒng)時(shí)差改正參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的擬合值
因此，二者之間的差值稱為擬合誤差esysTr(t)，即 (2)計(jì)算更新間隔內(nèi)的誤差序列 假設(shè)SBAS基準(zhǔn)站向中心站傳輸數(shù)據(jù)的更新率為trefresh(單位秒)，系統(tǒng)時(shí)差改正數(shù)的更新間隔為τ(單位秒)，則在更新間隔τ內(nèi)，根據(jù)時(shí)鐘同步站r的數(shù)據(jù)能夠計(jì)算出S＝τ/trefresh個(gè)esysTr(t)作為一組誤差序列。
(3)計(jì)算誤差序列的統(tǒng)計(jì)限值 在一個(gè)更新間隔τ內(nèi)，計(jì)算時(shí)鐘同步站r的誤差序列統(tǒng)計(jì)限值，即 式(15)中，κ(Pr)表示99.9％置信概率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)。
(4)計(jì)算更新時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的絕對(duì)誤差
在tk時(shí)刻，系統(tǒng)時(shí)差的絕對(duì)誤差
為 式(16)中，Δρk所表示含義同步驟二，a0、a1與a2分別表示系統(tǒng)廣播的系統(tǒng)時(shí)差改正參數(shù)，toc表示系統(tǒng)時(shí)差修正參數(shù)的參考時(shí)刻。
(5)計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差校正誤差STCE 在下一個(gè)更新間隔內(nèi)，令所有時(shí)鐘同步站的誤差序列統(tǒng)計(jì)限值的最大值為max{EsysTr}，系統(tǒng)時(shí)差校正誤差STCE可通過式(17)計(jì)算得到 式(17)中，1≤r≤N。STCE能夠以99.9％的概率包絡(luò)下一個(gè)更新間隔內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差。
利用本發(fā)明提供的方法，有以下具體實(shí)施例 實(shí)施例利用中國的星基增強(qiáng)系統(tǒng)-SNAS監(jiān)測GPS衛(wèi)星與Galileo衛(wèi)星，選取30個(gè)基準(zhǔn)站構(gòu)成SNAS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，其中有5個(gè)時(shí)鐘同步站，仿真時(shí)間為2400秒。基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)為SNAS遵循的北斗時(shí)間系統(tǒng)，SNAS將為服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶提供GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差改正數(shù)以及系統(tǒng)時(shí)差改正的完好性信息。
步驟一確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)確定SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目。
確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)為北斗的時(shí)間系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)m為2，分別為GPS與Galileo系統(tǒng)。由于GPS、Galileo時(shí)間系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)均不一致，因此，根據(jù)情況二可知，所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差數(shù)為2，分別為GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差。
步驟二計(jì)算不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差。
(1)計(jì)算SBAS基準(zhǔn)站接收機(jī)鐘差A(yù)tref，k 在仿真中，t＝1500s時(shí)，計(jì)算SNAS基準(zhǔn)站k(1≤k≤25)與距離其最近的時(shí)鐘同步站r(1≤r≤5)共視衛(wèi)星數(shù)目K。根據(jù)式(7)，可得基準(zhǔn)站k的接收機(jī)鐘差Δtref，k (2)計(jì)算衛(wèi)星廣播星歷誤差 SBAS僅能夠?yàn)榭尚拚l(wèi)星提供星歷的差分改正數(shù)據(jù)。t＝1500s時(shí)，可修正衛(wèi)星數(shù)為20，可修正衛(wèi)星及共視每顆可修正星的基準(zhǔn)站數(shù)如表1所示。
表1 可修正衛(wèi)星及共視每顆可修正衛(wèi)星的基準(zhǔn)站數(shù)目 表1中A2、B1、B2、C 1、C2、D3、E1、E2、E4表示GPS的可修正衛(wèi)星，G2、G3、G4、G5、G10、G11、G17、G18、G21、G22、G23表示Galileo系統(tǒng)的可修正衛(wèi)星。利用共視同一衛(wèi)星的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，根據(jù)公式(8)解算衛(wèi)星廣播星歷誤差估計(jì)值為從而對(duì)可修正衛(wèi)星的廣播星歷進(jìn)行修正。
(3)計(jì)算導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差 時(shí)鐘同步站r(1≤r≤5)觀測到的可修正衛(wèi)星數(shù)如表2所示。
表2 時(shí)鐘同步站觀測到的可修正衛(wèi)星數(shù)目
根據(jù)N表示時(shí)鐘同步站的數(shù)目，M表示可修正衛(wèi)星數(shù)目，由此可得GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差，如表3所示。
表3 GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差(單位米) 步驟三建立多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差模型并確定播發(fā)參數(shù) 選取參考時(shí)刻toc＝1500s，根據(jù)二階多項(xiàng)式模型Δtsystem＝a0+a1·(t-toc)+a2·(t-toc)2擬合前一時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)時(shí)差的計(jì)算值，得到GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差播發(fā)參數(shù)，如表4所示。
表4 GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差播發(fā)參數(shù)
如表4所示，由于基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)與GPS時(shí)間系統(tǒng)、Galileo時(shí)間系統(tǒng)均不相同，因此，所需播發(fā)的參數(shù)個(gè)數(shù)為3m+1＝3×2+1＝7。
步驟四計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息 (1)計(jì)算觀測時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差 時(shí)鐘同步站r(1≤r≤5)在t＝1500s時(shí)觀測到的可修正衛(wèi)星數(shù)目如表2所示。根據(jù)時(shí)鐘同步站r的數(shù)據(jù)可計(jì)算出t時(shí)刻的GPS系統(tǒng)時(shí)差 其中，K表示可修正GPS衛(wèi)星數(shù)目。同時(shí)，利用系統(tǒng)廣播的系統(tǒng)時(shí)差改正參數(shù)可得GPS系統(tǒng)時(shí)差的擬合值 二者相減可得擬合誤差 同理，可計(jì)算Galileo系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差。
(2)計(jì)算更新間隔內(nèi)的誤差序列 設(shè)定SNAS基準(zhǔn)站向中心站傳輸數(shù)據(jù)的更新率為6s，系統(tǒng)時(shí)差改正數(shù)的更新間隔τ為60s，則在上一更新間隔內(nèi)，時(shí)鐘同步站r能夠計(jì)算出10個(gè)esysTr(tx)(1≤x≤10)作為一組誤差序列，誤差序列值如表5、6所示。
表5 時(shí)鐘同步站的GPS誤差序列值(單位米)
表6 時(shí)鐘同步站的Galileo誤差序列值(單位米)
(3)計(jì)算誤差序列的統(tǒng)計(jì)限值 在此更新間隔內(nèi)，根據(jù)公式計(jì)算每個(gè)時(shí)鐘同步站誤差序列的統(tǒng)計(jì)限值；根據(jù)STCE能夠以99.9％的概率包絡(luò)下一個(gè)更新間隔內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差，查表確定分位數(shù)κ(Pr)取值為3.29，誤差序列統(tǒng)計(jì)限值計(jì)算結(jié)果如表7。
表7 時(shí)鐘同步站的誤差序列統(tǒng)計(jì)限值(單位米)
(4)計(jì)算更新時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的絕對(duì)誤差 根據(jù)公式(16)計(jì)算更新時(shí)刻t＝1500s時(shí)的系統(tǒng)時(shí)差絕對(duì)誤差如表8所示。
表8 系統(tǒng)時(shí)差絕對(duì)誤差(單位米)
(5)計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差校正誤差 由表7可知，時(shí)鐘同步站得到的GPS與Galileo系統(tǒng)的誤差序列統(tǒng)計(jì)限值的最大值分別為2.4196和2.0872，根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差校正誤差，結(jié)果將應(yīng)用在下一個(gè)更新間隔(1500，1560)內(nèi)，結(jié)果如表9所示。
表9 系統(tǒng)時(shí)差校正誤差(STCE)(單位米)
仿真時(shí)間段內(nèi)的GPS與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)值與真實(shí)值如圖4所示，估計(jì)誤差如圖5所示。Galileo與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)值與真實(shí)值如圖6所示，估計(jì)誤差如圖7所示。由圖4至圖7可知，GPS與北斗系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差估計(jì)誤值在(-1m～0.8m)范圍內(nèi)，Galileo與北斗系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差估計(jì)誤差在(-0.6m～0.6m)范圍內(nèi)，可見，利用本發(fā)明提供的改正方法能夠準(zhǔn)確解算出導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差。
GPS、Galileo系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間系統(tǒng)時(shí)差校正誤差與擬合誤差如圖8、9所示。由圖8、9可知，每個(gè)更新時(shí)刻計(jì)算出的GPS、Galileo與北斗系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差校正誤差能夠包絡(luò)下一個(gè)更新間隔內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差。由此可知，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法可以獲得準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)差完好性信息。
權(quán)利要求
1、一種多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟一確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)確定SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目；所述系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)與某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)目減一，當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)不與任一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)目；
步驟二計(jì)算不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差；
(a)計(jì)算SBAS監(jiān)測站接收機(jī)鐘差Δtref，k；
其中，c表示光速，K表示基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r共視的衛(wèi)星數(shù)目，且K≥1，Δtr為時(shí)鐘同步站的接收機(jī)鐘差，
為基準(zhǔn)站k與時(shí)鐘同步站r的所有共視衛(wèi)星的測量值；
(b)計(jì)算衛(wèi)星廣播星歷誤差；假設(shè)由單差方程解算出來的衛(wèi)星廣播星歷誤差估計(jì)值為則衛(wèi)星廣播星歷的校正誤差δRsv為
其中ΔRsv為衛(wèi)星星歷誤差；
(c)計(jì)算導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差Δtsystem；
其中N表示時(shí)鐘同步站的數(shù)目，M表示時(shí)鐘同步站觀測到的某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的修正衛(wèi)星的數(shù)目，
步驟三建立多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差模型并確定播發(fā)參數(shù)的數(shù)目；
步驟四計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息；
步驟a計(jì)算觀測時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的擬合誤差esysTr(t)，
式中Δtmeasuresystem為各時(shí)鐘同步站t時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的估計(jì)值，
為系統(tǒng)時(shí)差的擬合值；
步驟b計(jì)算更新間隔內(nèi)的誤差序列；所述的誤差序列是指在更新間隔τ內(nèi)，根據(jù)時(shí)鐘同步站r的數(shù)據(jù)計(jì)算出的S＝τ/trefresh個(gè)esysTr(t)；
步驟c計(jì)算誤差序列的統(tǒng)計(jì)限值，
式中，κ(Pr)表示99.9％置信概率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)；
步驟d計(jì)算更新時(shí)刻系統(tǒng)時(shí)差的絕對(duì)誤差
式中，a0、a1與a2分別表示系統(tǒng)廣播的系統(tǒng)時(shí)差改正參數(shù)，toc表示系統(tǒng)時(shí)差修正參數(shù)的參考時(shí)刻；
步驟e計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差校正誤差STCE，
式中，1≤r≤N，max{EsysTr}為所有時(shí)鐘同步站的誤差序列統(tǒng)計(jì)限值的最大值。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法，其特征在于，步驟三所述的系統(tǒng)時(shí)差模型為
Δtsystem＝a0+a1·(t-toc)+a2·(t-toc)2
式中，a0表示衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)間的初始時(shí)間偏差；a1表示時(shí)鐘的頻率偏差系數(shù)；a2表示時(shí)鐘的頻率漂移系數(shù)，t表示衛(wèi)星信號(hào)播發(fā)時(shí)刻，toc表示系統(tǒng)時(shí)差修正參數(shù)的參考時(shí)刻。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法，其特征在于，步驟三所述的播發(fā)參數(shù)的數(shù)目當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)與某衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為3·(m-1)+1＝3m-2；當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)不與任一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間系統(tǒng)相同時(shí)為3m+1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差改正方法，該方法包括步驟一確定基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)確定SBAS所需計(jì)算的系統(tǒng)時(shí)差的數(shù)目；步驟二計(jì)算不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與基準(zhǔn)系統(tǒng)間的系統(tǒng)時(shí)差；步驟三建立多星座SBAS系統(tǒng)時(shí)差模型并確定播發(fā)參數(shù)；步驟四計(jì)算系統(tǒng)時(shí)差的完好性信息。本發(fā)明能夠解決多星座SBAS的系統(tǒng)時(shí)差解算問題，并給出系統(tǒng)時(shí)差的播發(fā)參數(shù)以及系統(tǒng)時(shí)差完好性信息的計(jì)算方法。
文檔編號(hào)G01S19/02GK101299063SQ20081011595
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者銳 李, 馬小輝, 婷 楊, 黃智剛, 軍 張, 朱衍波 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)