專利名稱：基于局域增強系統的完好性監測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及衛星導航技術領域，尤其涉及一種基于局域增強系統的完好性監測方 法及裝置。
背景技術：
民用航空精密進近階段對衛星導航系統的完好性性能有極高的要求，其中，I類 精密進近的完好性風險值為2X10_7，II類和III類精密進近的完好性風險值為2X10_9。 為了使衛星導航系統滿足民用航空的需求，美國聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration ；簡稱為FAA)和斯坦福(Stanford)大學等研究機構提出了局域增強系統 (Local Area AugmentationSystem ；簡禾爾為LAAS)。
局域增強系統(LAAS)主要由地面監測站、差分全球定位系統 (GlobalPositioning System;簡稱為GPS)接收設備和數據鏈組成，設置于機場區域，用 于為機載用戶(通常指飛機)的精密進近和著陸進行導航。機載用戶主要包括信號接收設 備、用戶處理器和導航控制器。信號接收設備不僅接收來自GPS的信號，還要接收來自偽衛 星的信號和地面基準站廣播的差分改正及完好性信息。用戶處理器對GPS觀測數據進行差 分定位計算，同時確定垂直及水平定位誤差保護級，以決定當前的導航誤差是否超限，以監 測衛星導航系統的完好性。導航控制器主要用來控制、顯示導航參數，進一步與自動駕駛儀 連接后實現飛機的自動進近和著陸。其中，LAAS系統利用保護級對定位誤差進行估計，在計算保護級時假設測量偏差 服從高斯分布。但在實際測量中，各種異常或者故障的發生使得測量偏差并不服從高斯 分布。為此，LAAS系統通過信號質量監測(Signal Quality Monitoring ；簡稱為SQM)， 主要包括相關峰對稱監測，載噪比監測，碼載一致性監測等；數據質量監測(Data Quality Monitoring ；簡稱為DQM)，主要對大的星歷故障監測；測量質量監測(MeasuringQuality Monitoring ；簡稱為MQM)，主要指接收機鎖定時間監測，載波和碼偽距測量量監測，以及 載波和碼偽距測量校正值的監測等方法進行故障監測。上述定位誤差的估計和故障監測構 成LAAS系統的完好性監測系統。但是，在上述故障監測方法中，對故障的監測都是通過模型來進行監測，然而，由 于故障獨立樣本值的匱乏(全年最多僅有25000個獨立樣本)，故障模型和其檢測門限值很 難準確地確定，導致一些出現幾率極小的故障可能被漏檢，從而引起完好性風險。
發明內容
本發明提供一種基于局域增強系統的完好性監測方法及裝置，用以提高對全球導 航衛星系統的完好性監測的準確性，降低完好性風險。本發明提供一種基于局域增強系統的完好性監測方法，包括獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，根據所述碼偽距觀測值 生成碼偽距觀測值殘差；
根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生成所述定位衛星的非中心化 分布的故障監測統計量；根據所述故障監測統計量，判斷所述碼偽距觀測值是否發生錯誤；若判斷結果為所述碼偽距觀測值發生錯誤，則根據所述故障監測統計量的非中心 化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差，根據所述碼偽距粗差對定位 參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供所述機載用戶根據所述校正后 的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。本發明提供一種基于局域增強系統的完好性監測裝置，包括獲取生成模塊，用于獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，根 據所述碼偽距觀測值生成碼偽距觀測值殘差；統計量生成模塊，用于根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生成所 述定位衛星的非中心化分布的故障監測統計量；判斷模塊，用于根據所述故障監測統計量，判斷所述碼偽距觀測值是否發生錯 誤；處理發送模塊，用于在判斷結果為所述碼偽距觀測值發生錯誤時，根據所述故障 監測統計量的非中心化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差，根據所 述碼偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供所述機載 用戶根據所述校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。本發明提供的基于局域增強系統的完好性監測方法及裝置，首先采用根據碼偽距 觀測值生成故障監測統計量，根據故障監測統計量判斷碼偽距觀測值是否發生了錯誤的技 術方案，可以監測到現有技術無法監測到的特殊異常或故障等因素導致的誤差，提高了判 斷碼偽距觀測值的可用性的標準；然后，通過用發生錯誤的碼偽距觀測值的誤差(即碼偽 距粗差)，對其對應的定位參數進行校正的技術方案，將各種異常或故障產生的影響消除， 以提高定位參數的準確性；將校正后的定位參數提供給機載用戶，使機載用戶使用經過校 正的定位參數(即對各種異常或故障的影響進行消除后的定位參數)以現有方法計算保護 級，并根據保護級完成對全球導航衛星系統的完好性的監測。本發明技術方案通過利用監 測到的各種異常或故障導致的誤差對發送給機載用戶的定位參數進行校正，進而消除誤差 的影響，保證了提供給機載用戶的定位參數的準確性，提高了對全球導航衛星系統的完好 性監測的準確性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根 據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例一提供的基于局域增強系統的完好性監測方法的流程圖；圖2為本發明實施例一中步驟102的實施方式的流程圖；圖3為本發明實施例一中步驟105的實施方式的流程圖；圖4為本發明實施例二提供的基于局域增強系統的完好性監測裝置的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例一圖1為本發明實施例一提供的基于局域增強系統的完好性監測方法的流程圖，本 實施例的執行主體為局域增強系統中的地面監測站，如圖1所示，本實施例的完好性監測 方法包括步驟101，獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，根據碼偽距觀 測值生成碼偽距觀測值殘差；其中，地面監測站可以從全球導航衛星系統中選擇可觀測到的衛星作為定位衛 星，本實施例并不限制定位衛星的個數，定位衛星可以為一個也可以為多個，本發明各實施 例中均以η個定位衛星為例，η通常為5-8。碼偽距觀測值是指定位衛星到地面監測站之間 的距離，通常地面監測站接收來自定位衛星的信號，計算該信號中定位衛星的時鐘信號和 本地時鐘信號的差值，將該差值與光速做乘積獲取到該信號對應的定位衛星的距離，根據 上述方法獲取的距離值通常會存在誤差，因此稱之為碼偽距觀測值(或該定位衛星對應的 碼偽距觀測值)，本步驟101中的碼偽距觀測值殘差可用于表示誤差大小。步驟102，根據碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差，生成定位衛星的非中心化分布 的故障監測統計量；具體的，通過對各個定位衛星對應的碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差進行分 析，獲取其中的關系，并結合內部可靠性理論，生成故障監測統計量，用于后續分析碼偽距 觀測值是否出現誤差以及出現誤差的大小。由于存在異常或故障使得生成的統計量的參數 發生偏移，因此該統計量一般是非中心化的(例如均值會偏離零點)。步驟103，根據故障監測統計量，判斷碼偽距觀測值是否發生錯誤；若判定碼偽距 觀測值未發生錯誤，則執行步驟104 ；反之，執行步驟105 ；其中，在整個導航監測過程中，各種各樣的異常或故障均會導致獲取的碼偽距觀 測值發生錯誤，其中各種異常或故障可以來自設備也可以來自傳播路徑或是外界干擾等， 例如導航衛星的星歷故障、星鐘故障；空間電離層風暴引起的故障；較大的多徑和射頻干 擾引起的故障等。因此，本步驟通過判斷碼偽距觀測值是否發生錯誤以判斷測量過程中是 否有異常或故障發生，進而在后續處理過程中對異常或故障產生的影響進行處理。具體可 以通過將每顆定位衛星對應的故障監測統計量與故障門限值進行比較，以判斷該定位衛星 對應的碼偽距觀測值是否發生錯誤。例如，若某顆定位衛星對應的故障監測統計量值大于 故障門限值，則判定該顆定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤；反之，判定該顆定位衛星 對應的碼偽距觀測值未發生錯誤。其中，判斷方式和故障門限值的定義形式相關。步驟104，將碼偽距觀測值對應的定位參數提供給機載用戶，以供機載用戶根據接收到的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性，并結束；
步驟105，根據故障監測統計量的非中心化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測 值對應的碼偽距粗差，根據碼偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給 機載用戶，以供機載用戶根據校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性，并結束。其中，機載用戶通常是指各種型號的飛機，通常具有信號接收設備、用戶處理器和 導航控制器。通常，機載用戶上的信號接收設備接收地面監測站發送的所有定位衛星對應 的定位參數，根據定位參數計算定位誤差，由于真正的定位誤差無法測得，只能計算定位誤 差的估計值即本實施例中的保護級，通過將保護級與告警門限值(是指系統容許的最大定 位誤差)進行比較，以判斷當前的定位結果是否準確，以保證全球導航衛星系統的完好性。由上述機載用戶的處理過程可知，碼偽距觀測值準確與否會通過對應的定位參數 影響對全球導航衛星系統的完好性的監測。而正如步驟103中所描述的碼偽距觀測值的準 確性經常受各種異常或故障的影響。因此，在本實施例步驟105中，通過用發生錯誤的碼偽 距觀測值的碼偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，使機 載用戶在使用校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性時，將各種異常或故障因 素考慮進去，提高了計算保護級(即對定位誤差的估計)的準確度，進而保證對完好性監測 的準確性。本實施例提供的完好性監測方法，根據各顆定位衛星對應的碼偽 距觀測值生成故 障監測統計量，再根據故障監測統計量判斷碼偽距觀測值是否發生了錯誤，與現有利用故 障獨立樣本判斷碼偽距觀測值是否錯誤的技術方案相比，不受故障樣本數量有限的限制， 可以監測到現有技術無法監測到的特殊異常或故障等因素導致的誤差，進而提高判斷碼 偽距觀測值的可用性的標準；然后，通過用發生錯誤的碼偽距觀測值的誤差(即碼偽距粗 差)，對其對應的定位參數進行校正，將各種異常或故障產生的影響消除，以提高定位參數 的準確性；使機載用戶使用經過校正的定位參數(即對各種異常或故障的影響進行消除后 的定位參數)以現有方法計算保護級，并根據保護級完成對全球導航衛星系統的完好性的 監測，既提高了對全球導航衛星系統的完好性監測的準確性，又無需對機載用戶進行改變。在此需要說明的是，機載用戶是根據所有定位衛星對應的定位參數來計算保護級 的，因此，本實施例中的地面監測站需要向機載用戶提供所有定位衛星對應的定位參數，具 體指η顆定位衛星。但是，并不是每顆定位衛星對應的碼偽距觀測值都會發生錯誤，因此在 本發明各實施例的技術方案中當定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤時，地面監測站 根據步驟105對對應的定位參數進行校正后，向機載用戶提供經過校正的定位參數；當定 位衛星對應的碼偽距觀測值未發生錯誤，則按照步驟104向機載用戶提供原始定位參數。 機載用戶在獲取到所有定位衛星的定位參數(包括校正后的和未經校正的)后，根據現有 方式計算保護級。下面將詳細介紹本發明實施例一中的各個步驟。本實施例提供一種步驟101的具體實施方式
，具體如下首先，本實施例提供一種碼偽距觀測值的理論表達式，即公式(1)E = A' V +V'(1)其中，E = Le1. . . e,. . . en]T，是nXl維的碼偽距觀測值向量，ei為第i顆定位衛星 對應的碼偽距觀測值；廣..乂]，是nXl維的碼偽距觀測值的誤差真值向量，ν;為第 i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值的誤差真值，該誤差真值具體包括系統誤差，例如電離層延遲、對流層延遲、以及星歷和星鐘誤差等；偶然誤差，例如熱噪聲和多路徑引起的誤 差；和粗差，該粗差主要是指由故障(例如異常大的星歷、星鐘故障，或者電離層風暴以及 大的多徑等使用現有的SQM、DQM、MQM監測方法無法監測的故障)引起的偏差，1彡i彡η。A'是ηΧ4階的線性化系數矩陣；X' = [χ'，y' ,ζ'，t' ]τ,χ'為機載用戶的 X軸坐標值的真值，y'為機載用戶的Y軸坐標值的真值，Z'為機載用戶的ζ軸坐標值的真 值，t'為地面接收站的時鐘和定位衛星的時鐘的差值的真值。由于上述各個真值無法得到，因此，根據上述公式(1)無法獲取碼偽距觀測值的 誤差真值V'，因此，根據公式(1)所示的碼偽距觀測值的組成模型，本實施例利用各個真 值的估計值代替真值，并根據公式(2)計算碼偽距觀測值殘差V = E-AX(2)其中，V = [V1. . . Vi. . . νη]τ，是nXl維的碼偽距觀測值殘差向量，是誤差真值向量 V'的估計值。Vi為第i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值殘差，Vi是^的估計值，在實際計 算過程中用該殘差值代替誤差真值。X= [x，y，^{？是4X1維的列向量，其中，χ為機載用戶的X軸坐標值，是對X軸 坐標值的真值X'的估計；y為機載用戶的Y軸坐標值，是對Y軸坐標值的真值y'的估計； Z為機載用戶的Z軸坐標值，是對Z軸坐標值的真值ζ'的估計；t為地面接收站的時鐘和 定位衛星的時鐘的差值，是對時鐘差值真值t'的估計；即公式(2)中的各坐標值均為公式 (1)中對應坐標值的估計值，可以通過公式(3)來估算各個坐標值X = (AtWA) -1AtWE(3)其中，妒= 2…*^))—1，ο ^為單位權方差因子，D(E)為碼偽距觀測值的協方差陣。 其中，單位權方差因子的狀態可由求解過程中是否存在一組精度相同且權值為1的獨立的 真誤差決定，若存在該組真誤差，則可以求解出單位權方差因子，單位權方差因子為已知； 反之，則單位權方差因子為未知。由于求解單位權方差因子的過程屬于現有技術，本實施例 不做詳細介紹。根據上述公式(2)和公式(3)可以計算出各顆定位衛星對應的碼偽距觀測值的殘 差，即碼偽距觀測值殘差。本實施例采用以估計值代替真值的方式的技術方案使得理論模 型變得可行，且提供的計算估計值的方法，即公式(3)估算精度較高，保證了本實施例計算 出的碼偽距觀測值殘差精度較高，與碼偽距觀測值的誤差真值偏差較小。在上述技術方案的基礎上，結合單位權方差因子的狀態，本實施例給出步驟102 的具體實施方式
，具體如下在單位權方差因子已知時，本實施例提供的生成定位衛星的非中心化分布的故障 監測統計量具體為首先，假設第i顆定位衛星的碼偽距觀測值發生錯誤，則第i顆定位衛 星的碼偽距觀測值可用公式(4)表示E (ei I Hi) = AX+Dj Vpi(4)其中，EhlHi)表示發生錯誤時第i顆定位衛星的碼偽距觀測值的均值，在本實施例用該碼偽距觀測值均值表示碼偽距觀測值；Di =
τ，為nX 1維的向量，其 中第i個元素為1，其它元素為0，▽ P i表示故障引起的第i顆定位衛星對應的碼偽距粗 差，本步驟中的故障主要指現有LAAS系統的故障監測方法沒有監測到的故障。其次，根據巴爾達(Baarda)提出的在單位權方差因子已知情況下的統計量分布公式，利用碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差等數值構造服從自由度為1 (即有1顆定位衛 星對應的碼偽距觀測值出現錯誤)的非中心化X 2分布的統計量，如公式(5)所示
<formula>formula see original document page 11</formula>其中J = VAVArWQvvWDl /σ0，S 為非中心化參數；而 Qvv = F1-A(AtWA)-1Atq接下來，由于各顆定位衛星相距較遠、且相互獨立的進行觀測，使得地面監測站根 據各顆定位衛星的信號獲取的到各顆定位衛星的碼偽距觀測值相關性較小，因此，在本實 施例中假設各個碼偽距觀測值相互獨立，則碼偽距觀測值的權矩陣W為對角陣，進而獲得 公式(6)所示的服從均值為δ，方差為1的正態分布的統計量
<formula>formula see original document page 11</formula>且此時非中心化分布參數δ即為正態分布的均值，可表示為如下公式(7)，<formula>formula see original document page 11</formula>(7)其中Vi為向量V的第i個元素，Qvvi為矩陣Qvv的第i個對角線元素，ο i為第i顆 定位衛星對應的碼偽距觀測值的標準偏差。r,為第i顆定位衛星的碼偽距觀測值的多余觀測分量，為矩陣QvvW的第i個對角 線元素，可表示為A= (QvvW)i0另外，本實施例還給出了在單位權方差因子未知時，生成故障監測統計量的具體 實施方式，具體為與上述單位權方差因子已知時相同，首先，假設第i顆定位衛星的碼偽 距觀測值發生錯誤，具體過程不再贅述。其次，根據Frstner提出的在單位權方差因子未知的情況下的統計量分布公式， 利用碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差等數值構造服從第一自由度為1 (即有1顆定位衛 星對應的碼偽距觀測值出現錯誤)，第二自由度為η-5 (η個碼偽距觀測值，即η顆定位衛星； 1個故障模型誤差；4個未知數，指向量X中的參數)的非中心化F分布的統計量，如公式 (8)所示<formula>formula see original document page 11</formula>其中，本方法中的 ,2可由公式(9)求出<formula>formula see original document page 11</formula>此時w, =^，該情況下ζ i的意義是指在所有碼偽距觀測值殘差平方和中去掉第 i個碼偽距觀測值殘差的影響后得到的單位權標準差估計值。同樣地，本發明假設各個碼偽距觀測量互不相關，則碼偽距觀測值權矩陣W為對 角陣，可獲得服從自由度為η-5的t分布的統計量，如公式(10)所示<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula>至此，本實施例提供了兩個統計量，并將用該兩個統計量在不同情況下對碼偽距 觀測值進行錯誤判斷。本實施例提供的生成故障監測統計量的方法，將可靠性理論中構造 統計量的思想引入衛星導航局域增強系統中，能夠監測到現有故障監測方法不能監測到的 大的異常或故障，且該方法實施簡單，只需改動地面監測站的軟件部分，無需對整個系統進 行改進，也無需改變現有系統中的空間信號接口文件，在保證系統開銷和可用性損失最小 的情況下，可以保證對系統完好性監測的準確性。進一步，在上述步驟102的基礎上，本實施例中步驟103的具體 實現方法，如圖2 所示該實現方法包括以下步驟步驟1021，根據預先設定的漏檢概率和故障監測統計量服從的分布的概率密度函 數，計算故障門限值；具體的，根據公式TH =)，計算故障門限值；其中，β為預先設定的漏檢概率；TH為故障門限值；Q(X)為故障監測統計量服從 的分布的概率密度函數，X為變量。在本實施例中該概率密度函數具體指正態分布的概率密度函數或是t分布的概 率密度函數。其中，正態分布的概率密度函數可表示為公式(11)，t分布的概率密度函數可 表示為公式(12)，具體如下
<formula>formula see original document page 12</formula>步驟1022，將各定位衛星對應的故障監測統計量值與故障門限值進行比較；例如，將第i顆定位衛星對應的故障監測統計量值Wi與故障門限值TH進行比較， 以判斷第i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值是否發生錯誤，其中1 < i < η。步驟1023，若故障監測統計量值大于故障門限值，則判定定位衛星對應的碼偽距 觀測值發生錯誤；步驟1024，若故障監測統計量值小于故障門限值，則判定定位衛星對應的碼偽距 觀測值未發生錯誤。基于上述步驟1022，當Wi大于ΤΗ，執行步驟1023判定第i顆定位衛星對應的碼 偽距觀測值發生錯誤，即在獲取碼偽距觀測值的過程中出現了異常或故障，可能的異常或 故障詳見前述步驟103中的舉例。當Wi小于TH，執行步驟1024判定第i顆定位衛星對應 的碼偽距觀測值未發生錯誤，即在獲取碼偽距觀測值的過程中未出現異常或故障，或者出 現的異常或故障較小，說明第i顆定位衛星的碼偽距觀測值準確度較高。當判斷出定位衛星對應的碼偽距觀測值未發生故障時，執行步驟104，即地面監測 站向機載用戶提供計算保護級所需的定位參數，該定位參數為地面監測站直接獲取的、與 該定位衛星對應的定位參數。在本發明各實施例中計算保護級所需的定位參數包括地面監測站發送給機載用戶的參數中的電離層空間梯度、對流層折射不確定性參數和監測站偽距 校正值的標準偏差，但不限于此。機載用戶根據現有計算保護級的算法計算保護級，如公式(13)所示
<formula>formula see original document page 13</formula>其中，VPLm為保護級；Km1hci為無接收機故障時的漏檢概率系數，即標準漏檢概率； 角標i表示第i顆定位衛星，n，本實施例地面監測站共需要向機載用戶提供η組 定位參數。其中，SApr_vert,, = Su+UanOJ，Sza為偽距域到定位域轉換矩陣S的第三 行第i列，Sx,,為偽距域到定位域轉換矩陣S的第一行第i列，θ GS為飛機進近階段的下滑角。
<formula>formula see original document page 13</formula>其中，σ,^，,為第i顆定位衛星對應的電離層殘差的標準偏差，為第i顆定位 衛星對應的對流層殘差的標準偏差，為第i顆定位衛星對應的多路徑和熱噪聲給機載 接收機帶來的誤差的標準差，σi為地面接收機差分校正值的標準偏差，是一個與接 收機性能指標相關的值，且是可見衛星仰角的函數。其具體計算公式參考LAAS的最低民 航系統的性能標準(MinimumAviation System Performance Standards ；簡稱為MASPS) D0-245A，在此不再贅述。當判斷出定位衛星對應的碼偽距觀測值發生故障時，執行步驟105，即地面監測站 不能直接將定位衛星的碼偽距觀測值對應的定位參數提供給機載用戶，需要先對該定位衛 星對應的定位參數進行校正，如圖3所示具體包括步驟1051，根據公式δ =(Τ(1-β)+(Τ(α)，計算非中心化分布參數;其中，δ為非中心化分布參數；α為預先設定的誤警概率；β為預先設定的漏檢 概率；對于正態分布，其概率密度函數如公式(11)所示，對于t分布，其概率密度函數如公 式(12)所示。步驟1052，根據公式(15)計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差；
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，在LAAS中，第i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值的標準偏差可以表示為公 式(16)
<formula>formula see original document page 13</formula>結合公式(16)和公式(7)可以推導出公式(15)，其區別在于，公式(15)中的各個 參數未攜帶表示定位衛星的角標。其中，ο i為校正前的發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏 差，也可以表示地面接收機差分校正值的標準偏差；r為發生錯誤的碼偽距觀測值的多余 觀測分量，且為矩陣QvvW中與發生錯誤的碼偽距觀測值對應的對角線元素。具體的，本實施例假設第i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤，則可以得 出第i顆定位衛星對應的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差▽ P i具體為
<formula>formula see original document page 13</formula>
步驟1053，根據公式(18)，生成碼偽距粗差對應的定位參數因子；<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，C為定位參數因子；ε工為電離層空間梯度對應的電離層殘差的標準偏差 與發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏差的比例關系；ε 2為對流層折射不確定性參數對應 的對流程殘差的標準偏差與發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏差的比例關系；ε 3為多路 徑和熱噪聲給機載用戶的接收機帶來的標準偏差與發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏差 的比例關系。例如，對于第i顆定位衛星而言，存在如下比例關系Oira^i= el0pr-gnd,i; <formula>formula see original document page 14</formula>下面詳細介紹上述定位參數因子C的推導過程第一步，為了在監測安全性的過程中，將各種異常或故障因素考慮進去，本實施例 通過對現有計算保護級的算法進行改進，即增加反應各種異常或故障因素導致的殘差的部 分。其中公式(19)為修改后的計算保護級的公式，其中等號右側第一部分為增加的部分， 第二部分與現有技術相同。<formula>formula see original document page 14</formula>第二步，對公式(19)的右側進行放大處理。具體的，設 =Sap^u則可
將公式 ι ‘一 ——一表示為公式幻小義/^，進而可 /=1V '=11=1V /=1
知當SApr__ 卜州/ f = SAp卜胃,’ “…/ f , (1彡i彡η且1彡j彡η)時，即當兩顆
定位衛星對應的上述表達式的值相等時，公式(19)的右側取得最大值，則可以得到不等式 (20)VPLho S δ4η | 拉SH d,,/n | +K禪。拉U (20)第三步，對公式(20)的右側進行放大處理和化簡。取巧的最小值rmin，且根據公 式(14)和公式(18)中的比例關系，對不等式(20)進行化簡，得到<formula>formula see original document page 14</formula>第四步，為了不改變機載用戶原有的計算模式，將公式(21)與現有計算保護級的 公式進行比較，得出<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，公式(22)中的C即為公式(18)所示的定位參數因子C。由公式(22)可知，當定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤時，機載用戶需要參 數Cni,而不是參數π it)第五步，對公式(21)的右側進行放大處理。同時取ε ρ ε 2和ε 3的最小值ε ε min-2和^ min_3，使VPLhci取能夠取得的最大值。
具體的，ο ^gnd取可能的最大值(對應于地面監測站可能使用的性能最差的接收 機)，而σ_、。和取可能的最小值，且分別通過以下方式取得最小值取機載用 戶和地面監測站的距離最小、取對流層的等效高度值最小和取D0-245A中規定的機載用戶 可能使用的性能最差的接收機所對應的標準偏差，以實現VPLm取能夠取得的最大值。本實施例通過上述多次放大處理，在保證系統連續性的情況下使保護級VPLiro盡 可能取得最大值，能以最大限度監測各種異常或故障，進而保證對系統完好性監測的準確 性，保證導航過程中的安全性。下面結合實際應用，對第五步如何取得最小值Smin+ emin_2和emin_3以及地面監 測站向機載用戶發送的定位參數進行說明。具體的，對于電離層殘差的標準偏差.σ,^。可表示為<formula>formula see original document page 15</formula>
其中Fpp是傾斜因子，eR +h )2]其中，Re為近似為球形的地球半徑，Ii1為電離層平均高度，取350km(參考航空無 線電技術委員會RTCA的D0-229C中的標準)，Es為用戶和衛星之間的仰角；xai,為機載用 戶和地面監測站之間的初始距離；τ為經過的時間；為機載用戶的運動速度，這四個參 數都是根據實際的情況而定的。本實施例中地面監測站實際發送的參數為電離層空間梯度
O vert_iono_gradient °本實施例中取Es為90度(此時Fpp為最小值1)，xai,為5. 4公里(系統容許的最 小值)，ovCTti_gradimt為0.004m/km(根據實際數據統計出的該參數的最小值)，τ為0，從 而獲得σ _。的最小值。對于對流層殘差的標準偏差q2rap。可表示為<formula>formula see original document page 15</formula>其中Iitl為對流層的等效高度；Vh為機載用戶和地面監測站之間的高度差，θ為 衛星仰角。其中對流層折射不確定性參數σΝ為地面監測站發送的參數。本實施例中取Ah為5. 4公里(系統容許的最小值)，&取9Km(現有技術中使用 的最小值)，θ取90度，σ Ν取0. 00005m/km.，從而獲得σ tropo的最小值。進一步，與oim。、巧、0pr gnd(e )相比，Otrap。的值很小，一般將其省略，所 以在本實施例中也可以取日_-2為0。對于多路徑和熱噪聲給機載用戶的接收機帶來的標準偏差σ^可表示為<formula>formula see original document page 15</formula>( 25 )其中，θ J為衛星仰角；其他參數如下表1所示。RTCA按機載用戶接收機性能，將接收機分成A、B兩類，機載用戶接收機性能參數 對應的系數值如表1所示。表1類型~~θ 0(deg) I a0(m)B1(Hi)^ ~ 9Γ6 Οθ 0^23
~WTl 0.0741 OsB類的接收機性能好，算出的σ ai,( θ J)值小。可以看出，θ」越大，的值越小，本實施例中取其值為90度。同時取B類 型的接收機，從而獲得。&(θ^的最小值。對于地面接收機差分校正值的標準偏差σ 二一可以表示為
\( ~ -ej/θ0 X 2(\2吣 ^ = ^1^ + ^^(如)
其中，θ」為衛星仰角；M為接收機個數；其他參數如表2所示。RTCA按地面監測站接收機性能，將接收機分成A、B、C三類，地面監測站接收機性 能參數對應的系數值如表2所示。表2
分類θ J (deg) a0 (m) B1 (m)θ 0 (deg)a2 (m)a3 (m)
~~A>5 θ7δ L65 143θΓθ8 θ3
B>50/16 Γθ715^50^080^03
> 35 0.150.8415.50.040.01
C______
< 350.2400.040.01C類的接收機性能最好，算出的值小。A類的接收機性能最差，算出的值大。注意，雖然還有另一個參數Θ」在變化，但是其對0jffgnd(ej)的值影響很小，本實 施例中取其值為45度。在本實施例選A類型的接收機，從而獲得的最大值。在本實施例中，定位參數因子的獲取是在假設所有定位衛星的碼偽觀測值均發生 錯誤的條件下推導出的，但卻不失一般性。步驟1054，當地面監測站獲取到最大定位參數因子C后，根據如下公式對發生錯 誤的碼偽距觀測值對應的定位參數進行校正；vert-iono-gradient ^vert-iono-gradient( 27 ) σΝ = Con(28) σ一 =C crX(29)
其中，0『gnd和分別為校正前和校正后的發生錯誤的碼偽距觀測值的標準 偏差；σ VCTt-i。n。-gMdi t和Crert^g-分別為校正前和校正后的電離層空間梯度；ο N和σ^ 分別為校正前和校正后的對流層折射不確定性參數。步驟1055，地面監測站將校正后的定位參數σ，_、σ^,,^^σ^發送給 機載用戶，以供機載用戶計算保護級，并根據保護級實現對完好性的監測。具體的，機載用戶在接收到定位參數、和 后，對應替換公 式(14)中的參數，計算出σ”然后代入公式(13)計算出保護級VPLm。與現有技術相比，由于本實施例采用構建故障監測統計量并用故障監測統計量對 監測過程中的異常或故障進行發現，能夠發現現有技術無法發現的異常或故障，并用發現 的異常或故障對定位參數進行校正，在考慮異常或故障的基礎上計算保護級，使得計算出 的保護級能夠更加準確的反應實際情況，進而提高了基于保護級實現的完好性監測的準確 性。實施例二圖4為本發明實施例二提供的基于局域增強系統的完好性監測裝置的結構示意 圖，如圖4所示，本實施例的完好性監測裝置包括獲取生成模塊21、統計量生成模塊22、判 斷模塊23和處理發送模塊24。其中，完好性監測裝置還包括有接收模塊20，用于接收全球導航衛星系統中的定 位衛星的信號，其中定位衛星可由完好性監測裝置根據其所屬系統所在的地形條件以及系 統對精度、完好性等要求選擇一個合適的衛星遮蔽角，然后從可見衛星中選擇出的。接收模 塊20用于將接收到的信號提供給獲取生成模塊21。獲取生成模塊21，用于獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值， 根據碼偽距觀測值生成碼偽距觀測值殘差。具體的，獲取生成模塊21可以獲取接收到的信 號中的定位衛星的時鐘信號，并計算該定位衛星的時鐘信號和本地時鐘信號的差值，將該 時鐘差值與光速的乘積作為到該定位衛星的碼偽距觀測值，由于上述方法獲取的距離值通 常會存在誤差，因此，稱之為碼偽距觀測值。同時，獲取生成模塊21根據獲取的碼偽距觀測 值計算各碼偽距觀測值的誤差即碼偽距觀測值殘差。統計量生成模塊22，與獲取生成模塊21連接，用于獲取碼偽距觀測值和碼偽距觀 測值殘差，生成定位衛星的非中心化分布的故障監測統計量。在本實施例中，統計量生成模 塊22根據內部可靠性理論生成故障監測統計量，以用于后續分析碼偽距觀測值是否出現 誤差以及出現誤差的大小。判斷模塊23，用于根據統計量生成模塊22生成的故障監測統計量，判斷碼偽距觀 測值是否發生錯誤。具體通過將每顆定位衛星對應的故障監測統計量和故障門限值進行比 較，例如若判斷出該顆定位衛星對應的故障監測統計量大于故障門限值，則判定到該顆定 位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤；反之，則判定到該顆定位衛星對應的碼偽距觀測值 未發生錯誤。其中，判斷方式和故障門限值的定義形式相關。處理發送模塊24，與判斷模塊23連接，用于當判斷模塊23判斷出碼偽距觀測值發生錯誤時，根據故障監測統計量的非中心分布化參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的 碼偽距粗差，根據該碼偽距粗差對該顆定位衛星對應的定位參數進行校正，并將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供機載用戶根據校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的 完好性。進一步，本實施例的完好性監測裝置還包括直接發送模塊25，與判斷模塊23連 接，用于當判斷模塊23判斷出碼偽距觀測值未發生錯誤時，直接將該碼偽距觀測值對應的 定位參數發送給機載用戶，以供機載用戶根據該定位參數監測全球導航衛星系統的完好 性。本實施例的基于局域增強系統的完好性監測裝置，可用于執行本發明實施例提供的完好性監測方法的流程，通過統獲取生成模塊和計量生成模塊生成故障監測統計量，并 通過判斷模塊實現用故障監測統計量判斷碼偽距觀測值是否發生錯誤，與現有技術相比， 不受故障樣本數量的限制，且可以監測到現有故障監測方法無法監測到的異常或故障，提 高了判斷碼偽距觀測值的可用性的準確度；通過處理發送模塊用碼偽距粗差對對應的定位 參數進行校正，使機載用戶根據校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性，由于 考慮了各種異常或故障因素，因此提高了對完好性監測的準確性。下面結合本發明實施例提供的完好性監測方法的具體實現，詳細說明本發明各個 功能模塊的具體結構和工作原理。其中，獲取生成模塊21可以根據公式(2)計算碼偽距觀測值殘差，其具體工作原 理詳見方法實施例部分中對步驟101的詳細描述。統計量生成模塊22包括第一生成單元221和第二生成單元222。具體的，第一生 成單元221用于在單位權方差因子已知時，根據碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差，生成 服從非中心化正態分布的故障監測統計量，其中非中心化參數為正態分布的均值，且該故
障監測統計量具體為▼ = -J=。第二生成單元222用于在單位權方差因子未知時，根據
vvi
碼偽距觀測值和碼偽距觀測值的殘差，生成服從自由度為η-5的t分布的故障監測統計量， 其中，非中心化參數為t分布的均值偏移量，且故障監測統計量為=。其中，各個
crOViZvv/
符號和角標的意義詳見方法實施例中的解釋，在此不再贅述。上述第一生成單元221和第二生成單元222的工作原理詳見方法實施例中對步 驟102的詳細描述，且在第一生成單元221和第二生成單元222中可以分別存儲巴爾達 (Baarda)或Frstner提出的統計量分布公式，以便于在接收到碼偽距觀測值和碼偽距觀測 值殘差時，利用存儲的公式構建故障監測統計量。進一步，判斷模塊23包括第一計算單元231、比較單元232和判定單元233。具 體的，第一計算單元231用于根據統計量生成模塊22所生成的故障監測統計量所服從分 布類型，選取相應的概率密度函數，具體指根據第一生成單元221輸出的統計量值選取正 態概率密度函數，或根據第二生成單元222輸出的統計量值選取t分布的概率密度函數，并 根據預先設定的漏檢概率和選取的故障監測統計量對應的概率密度函數，根據公式TH = (Γα-β)計算故障門限值。對于正態分布，其概率密度函數如公式(11)所示，對于t分布， 其概率密度函數如公式(12)所示。 比較單元232，分別與第一計算單元231和統計量生成模塊22連接，用于獲取第一 計算單元231計算出的故障門限值和各顆定位衛星對應的故障監測統計量值，將各顆定位衛星對應的故障監測統計量值和故障門限值進行比較，并輸出比較結果。判定單元233與比較單元232連接，用于根據比較單元232輸出的故障監測統計量值大于故障門限值，判定 定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤，或根據比較單元232輸出的故障監測統計量值小 于故障門限值，判定定位衛星對應的碼偽距觀測值未發生錯誤，同時將判定結果輸出給處 理發送模塊24或直接發送模塊25。進一步，處理發送模塊24包括第二計算單元241、第三計算單元242、生成單 元243、校正單元244和發送單元245。其中，第二計算單元241用于在接收到判定 單元233輸出的判定定位衛星對應的碼偽距觀測值發生錯誤的判定結果時，根據公 式<formula>formula see original document page 19</formula>計算非中心化分布參數。第三計算單元242用于根據公式<formula>formula see original document page 19</formula>計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差。生成單元243用于根據公 式<formula>formula see original document page 19</formula>生成碼偽距粗差對應的定位參數因子。校正單元244，
用于根據公式 <formula>formula see original document page 19</formula>
分別對預先獲取的電離層空間梯度、對流層折射不確定性參數和監測站偽距校正值的標準 偏差進行校正。其中，所述電離層空間梯度、對流層折射不確定性參數和監測站偽距校正值 的標準偏差即為定位參數。發送單元245，用于將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供 機載用戶根據校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。在此需要說明的是，本 實施例中處理發送模塊24用于實現本發明方法實施例中對發生錯誤的碼偽距觀測值對應 的定位參數進行處理的功能，因此，其或其各個功能單元的工作原理詳見方法實施例相應 部分的描述，在此不再贅述。本實施例提供的基于局域增強系統的完好性監測裝置，用于執行本發明方法實施 例的工作流程，其可以是設于局域增強系統中地面監測站內的一個功能模塊，也可以作為 獨立的監測裝置而與地面監測站連接，本實施例對此并不進行限制。本實施例的基于局域 增強系統的完好性監測裝置，將可靠性理論中構造故障監測統計量的思想引入衛星導航局 域增強系統中，能夠監測到現有故障監測方法無法監測到的異常或故障，采用現有構造方 法實現簡單，用碼偽距粗差對定位參數進行校正，將定位參數中各種異常或故障的影響消 除，提高了定位參數的可用性，進而使得機載用戶能夠更加準確的監測全球導航衛星系統 的完好性。本領域普通技術人員可以理解實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序 在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然 可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精 神和范圍。
權利要求
一種基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，包括獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，根據所述碼偽距觀測值生成碼偽距觀測值殘差；根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生成所述定位衛星的非中心化分布的故障監測統計量；根據所述故障監測統計量，判斷所述碼偽距觀測值是否發生錯誤；若判斷結果為所述碼偽距觀測值發生錯誤，則根據所述故障監測統計量的非中心化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差，根據所述碼偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供所述機載用戶根據所述校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。
2.根據權利要求1所述的基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，根據所 述碼偽距觀測值生成碼偽距觀測值殘差具體為根據公式V = E-AX，計算所述碼偽距觀測值殘差；其中，V = [Vl. . . Vi. . . vn]T, Vi為第i顆定位衛星對應的所述碼偽距觀測值殘差； E = [ei. . . e,. . . en]T, e,為第i顆定位衛星的所述碼偽距觀測值，l^i^n； A是nX4階的線性化系數矩陣；X= [x, y, z, t]T，x為所述機載用戶的X軸坐標值，y為所述機載用戶的Y軸坐標值， z為所述機載用戶的Z軸坐標值，t為地面接收站的時鐘和所述定位衛星的時鐘的差值；且 X=仏^^^，其中，妒二 乂風幻廣，^為單位權方差因子』 )為所述碼偽距觀測值 的協方差陣。
3.根據權利要求2所述的基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，根據所 述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生成所述定位衛星的非中心化分布的故障監測 統計量具體為當所述單位權方差因子已知時，根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生 成服從非中心化正態分布的故障監測統計量，所述非中心化參數為所述正態分布的均值， 所述故障監測統計量為<formula>formula see original document page 2</formula>當所述單位權方差因子未知時，根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值的殘差， 生成服從自由度為n-5的t分布的故障監測統計量，所述非中心化參數為所述t分布的均值偏移量，所述故障監測統計量為化<formula>formula see original document page 2</formula> 其中，為第i顆定位衛星對應的故障監測統計量值；<formula>formula see original document page 2</formula>為在所有所述碼偽距觀測值殘差平方和中去掉第i個碼偽距觀測值殘差的影響后 得到的單位權標準差估計值，且<formula>formula see original document page 2</formula>qvvi為矩陣Qvv的第i個對角線元素，且<formula>formula see original document page 2</formula>
4.根據權利要求3所述的基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，根據所 述故障監測統計量，判斷所述碼偽距觀測值是否發生錯誤具體為根據預先設定的漏檢概率和所述故障監測統計量服從的分布的概率密度函數，計算故 障門限值；將各所述定位衛星對應的故障監測統計量值與所述故障門限值進行比較； 若所述故障監測統計量值大于所述故障門限值，判定所述定位衛星的碼偽距觀測值發 生錯誤；若所述故障監測統計量值小于所述故障門限值，判定所述定位衛星的碼偽距觀測值未 發生錯誤。
5.根據權利要求4所述的基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，根據預 先設定的漏檢概率和所述故障監測統計量服從的分布的概率密度函數，計算故障門限值具 體為根據公式TH = Q—1 (1- 0 )，計算所述故障門限值； 其中，TH為所述故障門限值；Q(x)為所述故障監測統計量服從的分布的概率密度函數； 3為預先設定的漏檢概率。
6.根據權利要求4所述的基于局域增強系統的完好性監測方法，其特征在于，根據所 述故障監測統計量的非中心化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差， 根據所述碼偽距粗差對定位參數進行校正具體為根據公式<formula>formula see original document page 3</formula>計算所述非中心化分布參數；根據公式<formula>formula see original document page 3</formula>計算所述發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差； 根據公式<formula>formula see original document page 3</formula>。生成所述碼偽距粗差對應的定位參數因子；豐艮 據公式<formula>formula see original document page 3</formula>分別對預先獲取的電離層空間梯度、對流層折射不確定性 參數和監測站偽距校正值的標準偏差進行校正，所述電離層空間梯度、對流層折射不確定 性參數和監測站偽距校正值的標準偏差即為所述定位參數； 其中，S為所述非中心化分布參數； a為預先設定的誤警概率； 3為預先設定的漏檢概率；Q(x)為所述故障監測統計量服從的分布的概率密度函數； o p d和CT^w分別為校正前和校正后的發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏差； r為發生錯誤的碼偽距觀測值的多余觀測分量，且為矩陣QVVW中與發生錯誤的碼偽距 觀測值對應的對角線元素； C為所述定位參數因子； Km|H0為標準漏檢概率；￡ ！為所述電離層空間梯度對應的電離層殘差的標準偏差與所述發生錯誤的碼偽距觀 測值的標準偏差的比例關系；e 2為所述對流層折射不確定性參數對應的對流程殘差的標準偏差與所述發生錯誤的 碼偽距觀測值的標準偏差的比例關系；e 3為多路徑和熱噪聲給機載用戶的接收機帶來的標準差與所述發生錯誤的碼偽距觀 測值的標準偏差的比例關系；vert-i ono-gradient 和㈣分別為校正前和校正后的電離層空間梯度； O N和^iv分別為校正前和校正后的對流層折射不確定性參數； O air為機載用戶的接收機性能的最大標準殘差。
7.一種基于局域增強系統的完好性監測裝置，其特征在于，包括獲取生成模塊，用于獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，根據所 述碼偽距觀測值生成碼偽距觀測值殘差；統計量生成模塊，用于根據所述碼偽距觀測值和所述碼偽距觀測值殘差，生成所述定 位衛星的非中心化分布的故障監測統計量；判斷模塊，用于根據所述故障監測統計量，判斷所述碼偽距觀測值是否發生錯誤； 處理發送模塊，用于在判斷結果為所述碼偽距觀測值發生錯誤時，根據所述故障監測 統計量的非中心化分布參數計算發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差，根據所述碼 偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供所述機載用戶 根據所述校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。
8.根據權利要求7所述的基于局域增強系統的完好性監測裝置，其特征在于，所述統 計量生成模塊包括第一生成單元，用于在所述單位權方差因子已知時，根據所述碼偽距觀測值和所述碼 偽距觀測值殘差，生成服從非中心化正態分布的故障監測統計量，所述非中心化參數為所述正態分布的均值，所述故障監測統計量為，第二生成單元，用于在所述單位權方差因子未知時，根據所述碼偽距觀測值和所述碼 偽距觀測值的殘差，生成服從自由度為n-5的t分布的故障監測統計量，所述非中心化參數為所述t分布的均值偏移量，所述故障監測統計量為其中，K為第i顆定位衛星對應的故障監測統計量值；^ i為在所有所述碼偽距觀測值殘差平方和中去掉第i個碼偽距觀測值殘差的影響后 得到的單位權標準差估計值，且d = (VTWV -為:,)/ - 5)；qvvi為矩陣Qvv的第i個對角線元素，且Qvv = r'-A (AtWA) _V。
9.根據權利要求8所述的基于局域增強系統的完好性監測裝置，其特征在于，所述判 斷模塊包括第一計算單元，用于根據預先設定的漏檢概率和所述故障監測統計量服從的分布的概 率密度函數，計算故障門限值；比較單元，用于將各所述定位衛星對應的故障監測統計量值與所述故障門限值進行比較；判定單元，用于在所述故障監測統計量值大于所述故障門限值時，判定所述定位衛星的碼偽距觀測值發生錯誤；或在所述故障監測統計量值小于所述故障門限值時，判定所述 定位衛星的碼偽距觀測值未發生錯誤。
10.根據權利要求9所述的基于局域增強系統的完好性監測裝置，其特征在于，處理發 送模塊包括第二計算單元，用于根據公式<formula>formula see original document page 5</formula>)，計算所述非中心化分布參數； 第三計算單元，用于根據公式=，計算所述發生錯誤的碼偽距觀測值對應的碼偽距粗差； 生成單元，用于根據公式<formula>formula see original document page 5</formula>；，生成所述碼偽距粗差對應的定位參數因子；校正單兀，用于*艮據公式‘<formula>formula see original document page 5</formula>分別對預先獲取的電離層空間梯度、對流層折射不確定性 參數和監測站偽距校正值的標準偏差進行校正，所述電離層空間梯度、對流層折射不確定 性參數和監測站偽距校正值的標準偏差即為所述定位參數；發送單元，用于將校正后的定位參數發送給所述機載用戶，以供所述機載用戶根據所 述校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性； 其中，s為所述非中心化分布參數； a為預先設定的誤警概率； 3為預先設定的漏檢概率；Q(x)為所述故障監測統計量服從的分布的概率密度函數； O p d和C，—分別為校正前和校正后的發生錯誤的碼偽距觀測值的標準偏差； r為發生錯誤的碼偽距觀測值的多余觀測分量，且為矩陣QVVW中與發生錯誤的碼偽距 觀測值對應的對角線元素； C為所述定位參數因子； Km|H0為標準漏檢概率；￡ ！為所述電離層空間梯度對應的電離層殘差的標準偏差與所述發生錯誤的碼偽距觀 測值的標準偏差的比例關系；e 2為所述對流層折射不確定性參數對應的對流程殘差的標準偏差與所述發生錯誤的 碼偽距觀測值的標準偏差的比例關系；e 3為多路徑和熱噪聲給機載用戶的接收機帶來的標準差與所述發生錯誤的碼偽距觀 測值的標準偏差的比例關系；O vert-iono-gradient和0^分別為校正前和校正后的電離層空間梯度； O N和別為校正前和校正后的對流層折射不確定性參數； O air為機載用戶的接收機性能的最大標準殘差。
全文摘要
本發明提供一種基于局域增強系統的完好性監測方法及裝置，方法包括獲取到全球導航衛星系統中的定位衛星的碼偽距觀測值，生成碼偽距觀測值殘差；根據碼偽距觀測值和碼偽距觀測值殘差，生成非中心化分布的故障監測統計量；根據故障監測統計量，判斷碼偽距觀測值是否發生錯誤；若判斷出發生錯誤，則根據非中心化分布參數計算對應的碼偽距粗差，根據碼偽距粗差對定位參數進行校正，將校正后的定位參數發送給機載用戶，以供機載用戶根據校正后的定位參數監測全球導航衛星系統的完好性。本發明提供的完好性監測方法及裝置，對故障的監測更多更細，并對定位參數進行校正以消除故障影響，提高了機載用戶對完好性監測的準確性。
文檔編號G01S19/20GK101833101SQ201010166620
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者孫倩, 張軍, 朱衍波, 王志鵬, 薛瑞, 鄭磊 申請人:北京航空航天大學