专利名称：：用于局域增强系统的测量值质量监测方法
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，具体地说，是指一种应用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法。
背景技术：
：美国的全球定位系统GPS可以连续/全天候的工作，并能在全球范围内向用户提供精确、连续的三维位置、速度与时间信息。但由于GPS本身固有的特性，使得单纯使用GPS不能够满足许多民用领域所需的精度要求，这就需要建立增强系统对GPS进行增强，局域增强系统LAAS即是这样的增强系统。局域增强系统LAAS是美国联邦航空局FAA提出的地基增强系统。LAAS的地面站根据卫星测距信号和已知的基准接收机精确位置计算卫星的伪距校正量、载波相位校正量等差分数据，并将这些信息发送给机载子系统。机载子系统将地面站发送的差分数据等用于解算，以获得高精度的导航参数。在局域增强系统的地面站中，根据星历计算的卫星位置和基准接收机的精确位置计算星地间的距离，将之与参考接收机的伪距、载波相位等测量值数据进行比较，再修掉卫星钟差，即得到伪距校正量、载波相位校正量等差分数据提供给机载子系统进行精密定位。如果在上述过程中使用了异常的伪距、载波相位等数据，对机载子系统精密定位会产生非常巨大的影响，因此，必须在计算差分校正量之前对每颗卫星的测量值进行可用性检测。测量值质量监测是局域增强系统完好性监测的一个关键环节。所谓完好性指的是在系统不能使用时及时向用户发出告警的能力。完好性异常是稀少的，每年仅发生几次，但它对航空导航来说是关键性的，因而需要对完好性进行监测。测量值质量监测关注的是伪距、载波相位等测量值数据是否存在异常，若存在异常，则会直接影响计算的差分校正量的准确性，进而会对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，会对整个局域增强系统的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。目前国际上常用的卫星导航局域增强系统的测量值质量监测的方法，主要是对每台基准接收机的每个卫星进行锁定时间监测、载波相位周跳检测和码伪距革新测试，例如斯坦福大学的完好性监测中公开的方法就是这种。这种测量值质量监测方法仅对单台接收机的测量值数据进行了载波相位检测和码伪距检测，在码伪距检测中使用的阈值未进行加权处理，且未对码伪距_载波相位的偏离度进行检测，并且只对单台接收机的数据进行了处理，未对多台接收机的检测结果进行综合处理，这样就不能准确地判定卫星是否可用，且在发生异常告警时就不能判断是由于卫星的原因还是由于接收机本身的原因引起的，从而不能将确实可用的卫星正确的选择出来进行差分校正量计算，会对机载子系统精密定位产生大的影响。
发明内容本发明为解决应用卫星导航的局域增强系统中卫星的可用性监测问题，克服上述
背景技术：
的不足，提供了一种多接收机相结合的方法，并将码-载偏离度检测引入到现有的测量值质量监测方法中，且在码伪距检测中对阈值进行了加权处理，以准确的判定卫星是否可用，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，进行差分校正量计算，提高测量值质量监测的准确性。实现本发明目的技术方案是对每台接收机每颗卫星的数据进行载波相位周跳检测、码伪距革新测试、码-载偏离度检测，将多台接收机的检测结果进行综合处理，以获取各颗卫星的可用状态，具体步骤如下(1)对M台基准接收机接收到的每一颗卫星的数据，分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，确定各个正常锁定的卫星，此处M=3；(2)对确定的正常锁定的卫星通过最小二乘法进行载波相位周跳检测2a)计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，并设定相应的加速度阈值Ta。。，0<Tacc<1，斜坡阈值TKamp，0<TEamp<1，和阶跃阈值Tstep,0<Tstep<1；2b)将加速度值、斜坡值、阶跃值分别与设定的阈值TA。。、TEamp和Tstep进行比较，得到相应的判定结果值ResAcx、ResEamp和Resstep若加速度的绝对值大于Ta。。，则认为加速度异常，将ResA。。置为1，若加速度的绝对值小于Ta。。，则认为加速度正常，将ResA。。置为0；若斜坡的绝对值大于Tliamp，则认为斜坡值异常，将Resliamp置为1，若斜坡的绝对值小于TKamp，则认为斜坡值正常，将Restap置为0；若阶跃的绝对值大于Tstep，则认为阶跃值异常，将Resstep置为1，若阶跃的绝对值小于Tstep，则认为阶跃值正常，将Resstep置为0；2c)对ReSA。。、ReSKamp和Resstep三个判定结果进行逻辑判决，若逻辑判决通过，则认为载波相位正常，若逻辑判决未通过，则认为载波相位异常；(3)对通过载波相位周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，计算革新测试统计量值，并将统计量的绝对值与计算的统计量阈值TIm。进行比较，若统计量的绝对值大于Tlnn。，则认为码伪距异常，若统计量的绝对值小于Tlnn。，则认为码伪距正常；ΤΙηη。的计算公式为Tlnno=wX6.82X(0.1+2.0Xe_3_°x0)，其中w为权值，是根据不同的接收机进行设定的，通常w的设定范围为1.0<w<2.0，θ为卫星仰角值；(4)对通过步骤(1)-(3)检测的卫星进行码-载偏离度的检测首先，计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量△_，计算相邻两个历元的载波相位的增量Δ。_;然后，计算与八。_的差值，即为码-载偏离度值λρε，将码-载偏离度值与设定的码-载偏离度阈值TD。。，0<Tdcc<0.8，进行比较，若λW大于TD。。，则认为码-载偏离度异常，若小于TD。。，则认为码-载偏离度正常；(5)对每台接收机每颗卫星的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果、码_载偏离度检测结果进行如下综合处理，以获取各颗卫星的可用状态5a)用每台接收机的检测结果分别构成一个检测矩阵Checkm权利要求一种适用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法，其特征在于包括如下步骤(1)对M台基准接收机接收到的每一颗卫星的数据，分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，确定各个正常锁定的卫星，此处M＝3；(2)对确定的正常锁定的卫星通过最小二乘法进行载波相位周跳检测2a)计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，并设定相应的加速度阈值TAcc，0＜TAcc＜1，斜坡阈值TRamp，0＜TRamp＜1，和阶跃阈值TStep，0＜TStep＜1；2b)将加速度值、斜坡值、阶跃值分别与设定的阈值TAcc、TRamp和TStep进行比较，得到相应的判定结果值ResAcc、ResRamp和ResStep若加速度的绝对值大于TAcc，则认为加速度异常，将ResAcc置为1，若加速度的绝对值小于TAcc，则认为加速度正常，将ResAcc置为0；若斜坡的绝对值大于TRamp，则认为斜坡值异常，将ResRamp置为1，若斜坡的绝对值小于TRamp，则认为斜坡值正常，将ResRamp置为0；若阶跃的绝对值大于TStep，则认为阶跃值异常，将ResStep置为1，若阶跃的绝对值小于TStep，则认为阶跃值正常，将ResStep置为0；2c)对ResAcc、ResRamp和ResStep三个判定结果进行逻辑判决，若逻辑判决通过，则认为载波相位正常，若逻辑判决未通过，则认为载波相位异常；(3)对通过载波相位周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，计算革新测试统计量值，并将统计量的绝对值与计算的统计量阈值TInno进行比较，若统计量的绝对值大于TInno，则认为码伪距异常，若统计量的绝对值小于TInno，则认为码伪距正常；TInno的计算公式为TInno＝w×6.82×(0.1+2.0×e3.0×θ)，其中w为权值，是根据不同的接收机进行设定的，通常w的设定范围为1.0＜w＜2.0，θ为卫星仰角值；(4)对通过步骤(1)(3)检测的卫星进行码载偏离度的检测首先，计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量Δpsr，计算相邻两个历元的载波相位的增量Δcarr；然后，计算Δpsr与Δcarr的差值，即为码载偏离度值将码载偏离度值与设定的码载偏离度阈值TDcc，0＜TDcc＜0.8，进行比较，若大于TDcc，则认为码载偏离度异常，若小于TDcc，则认为码载偏离度正常；(5)对每台接收机每颗卫星的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果、码载偏离度检测结果进行如下综合处理，以获取各颗卫星的可用状态5a)用每台接收机的检测结果分别构成一个检测矩阵Checkm<mrow><msub><mi>Check</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>carr</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>psr</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>dcc</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mrow><mn>2</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>carr</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>psr</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>dcc</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>m</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd><mtd><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mi>nm</mi></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>carr</mi></mrow><mi>nm</mi></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>psr</mi></mrow><mi>nm</mi></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>Flag</mi><mo>_</mo><mi>dcc</mi></mrow><mi>nm</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中，m为接收机号，并且m＝1，2，3，nm为接收机m接收到的卫星数量，PRNkm表示接收机m接收到的卫星号，1≤km≤nm；Flag_carrkm表示接收机m的载波相位周跳检测结果，1≤km≤nm；Flag_psrkm表示接收机m的码伪距检测结果，1≤km≤nm；Flag_dccnm表示接收机m的码载偏离度检测结果，1≤km≤nm；该矩阵中每一行包括接收机m锁定的卫星PRNkm的载波相位周跳检测结果、码伪距检测结果和码载偏离度检测结果，整个矩阵描述了卫星导航系统所有卫星的测量值质量监测结果的可用性，用于局域增强系统完好性监测；5b)根据5a)中的卫星可用性矩阵，首先将异常的接收机排除掉，然后从可用的各台基准接收机中排除掉异常的卫星，选择出确实可用的卫星构成可用卫星数组，用于计算伪距校正量和载波相位校正量。FSA00000227343400021.tif,FSA00000227343400022.tif,FSA00000227343400023.tif,FSA00000227343400024.tif2.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(1)所述的分别计算前后时刻的锁定时间的数值差，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的锁定时间记为TC(k)，k-Ι时刻的锁定时间记为TC(k-l)；再将TC(k)与TC(k-l)相减。3.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤2a)所述的计算载波相位的加速度值、斜坡值以及阶跃值，按如下步骤进行3a)计算每台接收机每颗卫星的载波相位校正量值Φ。,ω,η:Φ。,ω,η00=Φω,ηΟΟΧλ-Κω,η(10+τω,η(10-φ。,ω,η(0)其中k是时间点，Φω,η是载波相位值，λ是波长，Rm,η是从基准接收机天线m到卫星η的几何距离，τω,η是卫星钟校正量，φ_,η(0)=Φω,η(0)Χλ-Κω,η(0)+τω,η(0)，是初始时间点的载波相位校正量值，其中，Φω,η(0)是初始时间点的载波相位值，Rm,η(0)是初始时间点的从基准接收机天线m到卫星η的几何距离，τω,η(0)是初始时间点的卫星钟校正量；3b)计算从k-9、k_8、……、一直到k的十个连续的已知点的Φ*值Φ'ο,η,,η^=Φ^,Λ^-ΓΣ也，(幻j^mJ任Sm(Jc)其中sm(k)是接收机m跟踪的卫星集合，1是接收机m跟踪的卫星个数，j指集合Sm(k)中的卫星，Φ。,ω,」是卫星j的载波相位校正量；3c)利用计算的十个已知点拟合如下二次模型f{k,t)=fd^，)Vc'mAJdtdt22其中力是利用3b)中的公式计算得到的值，<m>(0)是利用3b)中的公式计算得到的初始时间点的Φ*值，^和是待求解的模型系数，t是时间，atatO^t^IOXTs,Ts是原始观测量的采样间隔，取值为0.5秒；3d)使用最小二乘法解算该模型的系数，得到载波相位加速度值Acc、斜坡值Ramp和阶跃值St印，atstePmJk)=fmeas,m,Ak)~^pred,m,Ak)，其中，幻是按照3b)中的公式根据实际接收的数据计算得到的实际值，<—，_(幻是根据3c)中的二次模型公式计算得到的预测值。4.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(3)所述的计算革新测试统计量值，按如下步骤进行4a)对每台接收机的每颗卫星进行HATCH滤波，得到平滑码伪距值Ps,m,n5.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(4)所述的计算相邻两个历元的码伪距观测量的增量△_，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的码伪距观测量记为psr(k)，将k-Ι时刻的码伪距观测量记为psr(k-Ι)，再将psr(k)与psr(k-Ι)相减，即得Apsr°6.根据权利要求1所述的测量值质量监测方法，其特征在于步骤(4)所述的计算相邻两个历元的载波相位的增量△。_，是将每台接收机每颗卫星的k时刻的载波相位记为carr(k)，将k_l时刻的载波相位记为carr(k_l)，再将carr(k)与carr(k_l)相减，即得全文摘要本发明公开了一种应用于卫星导航系统的局域增强系统的测量值质量监测方法，主要解决目前测量值质量监测中不能准确地判定卫星是否可用的问题。其检测步骤是首先对每台接收机每颗卫星的锁定时间进行监测，确定锁定时间正常的卫星；然后对正常锁定的卫星进行载波相位加速-斜坡-阶跃周跳检测，对通过周跳检测的卫星进行码伪距革新测试，对通过码伪距革新测试的卫星进行码-载偏离度检测；最后对多台接收机的检测结果进行综合处理，以获取各颗卫星的可用状态。本发明解决了现有方法中在发生卫星异常告警时判断不准确的问题，能够准确的判定卫星是否可用，选择出确实可用的卫星，提高了测量值质量监测的精度。文档编号G01S19/08GK101950026SQ20101025223公开日2011年1月19日申请日期2010年8月11日优先权日2010年8月11日发明者李斌,樊小晶,王彩霞,王晓旺,耿永超,胡耀坤,郑金华申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所