卫星导航系统可用性的评估方法及装置与流程

本发明涉及卫星导航技术，尤其涉及一种卫星导航系统可用性的评估方法及装置。

背景技术：

高级接收机自主完好性监测(advancedreceiverautonomousintegritymonitoring,简称araim)是在接收机自主完好性监测(receiverautonomousintegritymonitoring,简称raim)的基础上发展而来的。araim可根据接收机接收到的卫星测量数据以及地面完好性支持信息(integritysupportmessage,简称ism)对飞行器在飞行阶段所使用的卫星导航系统的可用性进行评估。当评估结果表明araim不满足飞行器在飞行阶段所需导航性能的完好性要求时，则需要飞行器在该飞行阶段放弃使用卫星导航系统而采用路基导航设备。

现有的基于araim的卫星导航系统可用性的评估方法包括以下步骤：根据接收机接收的卫星测量数据以及预设的ism，分别计算水平保护级(horizontalprotectionlevel,简称hpl)、垂直保护级(verticalprotectionlevel,简称vpl)以及有效监测门限(effectivemonitorthreshold,简称emt)，将获取的hpl、vpl和emt分别与预设的hpl阈值、vpl阈值和emt阈值进行比对，并根据比对结果确定评估结果。

但是，由于现有的araim仅能根据在当前时刻接收到的卫星测量数据对当前时刻的卫星导航系统可用性进行评估，无法对当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性进行评估，不利于飞行器在进行长距离飞行时的卫星导航系统可用性的评估。

技术实现要素：

针对现有的araim无法对当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性进行评估的技术问题，本发明提供了一种卫星导航系统可用性的评估方法及装置。

一方面，本发明提供的卫星导航系统可用性的评估方法包括：

接收各卫星在各时刻的测量数据，所述测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，所述各时刻包括当前时刻及所述当前时刻之前的若干时刻；

对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量；

根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量；

根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限；

将所述水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

进一步地，所述对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，包括：

选取任一位置坐标或任一钟差作为待分解参数，并计算所述待分解参数的上下包络线均值；

计算所述待分解参数和所述待分解参数的上下包络线均值的差值，获得第一差值分量；

计算所述第一差值分量的上下包络线均值；

计算所述第一差值分量与所述第一差值分量的上下包络线均值的差值，获得第二差值分量；

根据所述第一差值分量和所述第二差值分量的标准差，判断所述第二差值分量是否为本征模函数；

若否，则将所述第二差值分量作为待分解参数，返回执行所述计算所述待分解参数的上下包络线均值的步骤；

若是，则将所述第二差值分量作为本征模分量记录在与所述待分解参数对应的模态分量列表上；计算所述待分解参数和所述第二差值分量的差值，获取冗余分量；若所述冗余分量为单调函数或所述冗余分量的幅度小于预设的幅度阈值，则将所述模态分量列表的各本征模分量以及所述冗余分量之和作为与所述任一位置坐标或所述任一钟差对应的模态分量，选取下一位置坐标或下一钟差作为待分解参数，直至获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量；否则，将所述冗余分量作为所述待分解参数，并返回执行所述计算所述待分解参数的上下包络线均值的步骤。

进一步地，根据所述第一差值分量和所述第二差值分量的标准差，判断所述第二差值分量是否为本征模函数，包括：

计算所述第二差值分量与所述第一差值分量之差，获得差值；

计算所述差值的绝对值的平方与所述第二差值分量的平方之比；

若所述平方之比不超出预设的比值区间，则所述第二差值分量为本征模函数；否则，所述第二差值分量不为本征模函数。

进一步地，所述根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，包括：

选取任一卫星作为目标卫星；

分别计算所述目标卫星在各时刻的各位置坐标模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第一乘积之和；将所述第一乘积之和与随机噪声序列参数之和作为所述目标卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量；

分别计算所述目标卫星在各时刻的各钟差模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第二乘积之和；将所述第二乘积之和与随机噪声序列参数之和为所述目标卫星在当前时刻的下一时刻的钟差模态分量；

选取下一卫星作为目标卫星，直至获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

进一步地，在所述根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限之前，还包括：

根据各卫星在各时刻的测量数据计算各卫星在各时刻的用户误差，并利用概率约束模型确定所述用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系；

相应的，所述根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，计算垂直保护级，包括：

根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量、预设的地面完好性支持信息和所述用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系，计算获得垂直保护级。

另一方面，本发明提供的卫星导航系统可用性的评估装置，包括：

接收模块，用于接收各卫星在各时刻的测量数据，所述测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，所述各时刻包括当前时刻及所述当前时刻之前的若干时刻；

分解模块，用于对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量；

预测模块，用于根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量；

保护级获取模块，用于根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限；

比对模块，用于将所述水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

进一步地，所述分解模块具体用于：

选取任一位置坐标或任一钟差作为待分解参数，并计算所述待分解参数的上下包络线均值；

计算所述待分解参数和所述待分解参数的上下包络线均值的差值，获得第一差值分量；

计算所述第一差值分量的上下包络线均值；

计算所述第一差值分量与所述第一差值分量的上下包络线均值的差值，获得第二差值分量；

根据所述第一差值分量和所述第二差值分量的标准差，判断所述第二差值分量是否为本征模函数；

若否，则将所述第二差值分量作为待分解参数，返回执行所述计算所述待分解参数的上下包络线均值的步骤；

若是，则将所述第二差值分量作为本征模分量记录在与所述待分解参数对应的模态分量列表上；计算所述待分解参数和所述第二差值分量的差值，获取冗余分量；若所述冗余分量为单调函数或所述冗余分量的幅度小于预设的幅度阈值，则将所述模态分量列表的各本征模分量以及所述冗余分量之和作为与所述任一位置坐标或所述任一钟差对应的模态分量，选取下一位置坐标或下一钟差作为待分解参数，直至获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量；否则，将所述冗余分量作为所述待分解参数，并返回执行所述计算所述待分解参数的上下包络线均值的步骤。

进一步地，所述分解模块具体用于：

计算所述第二差值分量与所述第一差值分量之差，获得差值；

计算所述差值的绝对值的平方与所述第二差值分量的平方之比；

若所述平方之比不超出预设的比值区间，则所述第二差值分量为本征模函数；否则，所述第二差值分量不为本征模函数。

进一步地，所述预测模块具体用于：

选取任一卫星作为目标卫星；

分别计算所述目标卫星在各时刻的各位置坐标模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第一乘积之和；将所述第一乘积之和与随机噪声序列参数之和作为所述目标卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量；

分别计算所述目标卫星在各时刻的各钟差模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第二乘积之和；将所述第二乘积之和与随机噪声序列参数之和为所述目标卫星在当前时刻的下一时刻的钟差模态分量；

选取下一卫星作为目标卫星，直至获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

进一步地，所述评估装置还包括：用户误差获取模块；

所述用户误差获取模块，用于在所述保护级获取模块根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限之前，根据各卫星在各时刻的测量数据计算各卫星在各时刻的用户误差，并利用概率约束模型确定所述用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系；

相应的，所述保护级获取模块，具体用于根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量、预设的地面完好性支持信息和所述用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系，计算获得垂直保护级。

本发明提供的卫星导航系统可用性的评估方法及装置，接收各卫星在当前时刻及所述当前时刻之前的若干时刻的卫星的位置坐标和钟差，对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限，将所述水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果，从而根据预测获取的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，进而可获取在当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性的评估结果。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的另一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种卫星导航系统可用性的评估装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了解决现有技术中存在的araim无法对当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性进行评估的技术问题，图1为本发明实施例一提供的一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图。

如图1所示，本实施例一提供的卫星导航系统可用性的评估方法包括如下步骤：

步骤101、接收各卫星在各时刻的测量数据，测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，各时刻包括当前时刻及当前时刻之前的若干时刻。

需要说明的是，本发明实施例一的执行主体可为卫星导航系统可用性的评估装置，该评估装置具体可为由处理器、存储器、逻辑电路组、芯片组等物理器件组成的实体结构。

具体来说，在本发明实施例一中，首先获取各卫星的历史星历数据，具体来说即接收各卫星在当前时刻以及当前时刻之前的若干时刻的测量数据，其中测量数据具体可包括卫星的位置坐标和钟差，其中，这些数据的来源具体可为中国民用航空局空中交通管理局网站的星历数据库等数据库，时刻间隔则可与测量数据的测量周期保持一致，本发明对此不进行限制。

步骤102、对位置坐标和钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

具体来说，由于获取的各卫星在各时刻的各位置坐标以及各钟差的数据为非线性且非平稳的数据信号，因此可采用经验模态分解对各位置坐标以及各钟差进行处理，从而获得各位置坐标和各钟差的局部特征信号，即各位置坐标模态分量和各钟差模态分量。

步骤103、根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

具体来说，为了获取各卫星在当前时刻的下一时刻的包括位置坐标信息和钟差信息，可利用预设的自回归滑动平均模型对每个卫星在各时刻的各位置坐标模态分量和各钟差模态分量分别进行处理，并利用预设的随机噪声序列参数对处理结果进行修正，从而得到各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

步骤104、根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限。

步骤105、将水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

具体来说，在步骤104和步骤105中，根据预设的地面完好性支持信息，以及根据各卫星在当前时刻以及当前时刻之前的若干时刻的测量数据所预测获得的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差分量，从而可以对水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限进行计算，并根据计算结果和各阈值，获取相应的评估结果。其中,水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限的计算方式可采用现有技术中的任意一种计算方法，而评估结果的获取与阈值的设定可由本领域技术人员根据实际情况自行获取，本发明对此不进行限制。

此外，需要说明的是，本发明提供的卫星导航系统可用性的评估方法可应用于航班在通航之前对卫星导航系统可用性的评估，举例来说，若评估时间为2017年6月15日上午9点，此时能接收获取的各卫星的测量数据具体可为2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午9点这一段时间内的全部测量数据，其中的时刻间隔假设为1小时。航班起飞时间为2017年6月15日上午10点，落地时间为2017年6月15日下午1点，为了对航班飞行阶段的卫星导航可用性进行评估，可利用获取的2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午9点这一段时间内的测量数据，首先对下一时刻的测量数据进行预测，即对各卫星在2017年6月15日上午10点的位置坐标模态分量和钟差模态分量进行计算，并获得在2017年6月15日上午10点的评估结果，随后，可将各卫星在2017年6月15日上午10点作为已知数据，并利用016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午10点这一段时间的数据，计算各卫星在2017年6月15日上午11点的位置坐标模态分量和钟差模态分量，并获得在2017年6月15日上午11点的评估结果，以此类推，直至获取所需的全部时刻的评估结果。因此，本发明提供的评估方法可广泛运用于飞行器在各飞行阶段的卫星导航系统可用性的评估和预测。

本发明实施例一提供的卫星导航系统可用性的评估方法，通过接收各卫星在当前时刻及所述当前时刻之前的若干时刻的卫星的位置坐标和钟差，对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限，将所述水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果，从而根据预测获取的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，进而可获取在当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性的评估结果。

在图1所示的卫星导航系统可用性的评估方法的基础上，为了进一步提高该评估方法所获得的评估结果的准确度，图2为本发明实施例二提供的一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图，图3为本发明实施例二提供的另一种卫星导航系统可用性的评估方法的流程示意图。

如图2所示，本实施例二提供的卫星导航系统可用性的评估方法包括如下步骤：

步骤201、接收各卫星在各时刻的测量数据，测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，各时刻包括当前时刻及当前时刻之前的若干时刻。

在本实施例二中，卫星的位置坐标具体可用直角坐标系表示，例如可表示为(x，y，z)，而钟差则可表示为t。

步骤202、选取任一位置坐标或任一钟差作为待分解参数。

步骤203、计算待分解参数的上下包络线均值。

步骤204、计算待分解参数和待分解参数的上下包络线均值的差值，获得第一差值分量。

步骤205、计算第一差值分量的上下包络线均值。

步骤206、计算第一差值分量与第一差值分量的上下包络线均值的差值，获得第二差值分量。

步骤207、根据第一差值分量和第二差值分量的标准差，判断第二差值分量是否为本征模函数。

若第二差值分量是本征模函数，则执行步骤209；若第二差值分量不是本征模函数，则执行步骤208。

步骤208、将第二差值分量作为待分解参数，返回执行步骤203。

步骤209、将第二差值分量作为本征模分量记录在与待分解参数对应的模态分量列表上。

步骤210、计算待分解参数和第二差值分量的差值，获取冗余分量。

步骤211、判断冗余分量是否为单调函数。

若冗余分量不为单调函数，则执行步骤212；若冗余分量为单调函数，则执行步骤214。

步骤212、判断冗余分量的幅度是否小于预设的幅度阈值。

若冗余分量的幅度不小于预设的幅度阈值，则执行步骤213；若冗余分量的幅度小于预设的幅度阈值，则执行步骤214。

步骤213、将冗余分量作为待分解参数，并返回执行步骤203。

步骤214、将模态分量列表的各本征模分量以及冗余分量之和作为与任一位置坐标或任一钟差对应的模态分量。

步骤215、判断是否获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量。

若没有获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量，则执行步骤216；若获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量，则执行步骤217。

步骤216、选取下一位置坐标或下一钟差作为待分解参数，并返回执行步骤203。

为了进一步对本发明提供的技术方案进行描述，对位置坐标和钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量的具体实现方式可采用步骤202至步骤216的技术方案实现：

具体来说，选取任一位置坐标或任一钟差作为待分解参数，例如，选取的待分解参数为t(m,n)，其中，m用于表示第m个卫星，而n用于表示第n时刻，m和n均为正整数。也就是说，选取出的待分解参数为第m个卫星在第n时刻的钟差。随后，计算并获得t(m,n)的上下包络线均值t((m,n),ave)，并获得第一差值分量t((m,n),dif1),该第一差值分量通过t((m,n),dif1)＝t(m,n)-t((m,n),ave)获取。计算第二插值分量的上下包络线均值t(((m,n),dif)，ave),以及第二差值分量t((m,n),dif2)，该第二差值分量通过t((m,n),dif2)＝t((m,n),dif1)-t(((m,n),dif)，ave)获取。

判断第二差值分量是否为本征模函数，例如，可通过如下方式进行判断：计算第二差值分量与第一差值分量之差，获得差值；计算差值的绝对值的平方与第二差值分量的平方之比；若平方之比不超出预设的比值区间，则第二差值分量为本征模函数；否则，第二差值分量不为本征模函数。

具体来说，可通过公式(1)判断第二差值分量是否为本征模函数：

其中，t((m,n),dif1)为第一差值分量，t((m,n),dif2)为第二差值分量。

此时，当第二差值分量t((m,n),dif2)不满足公式(1)，则说明该第二差值分量不是本征模函数，则需要将此时获得的t((m,n),dif2)作为待分解参数，并重复计算待分解参数的上下包络线均值等的迭代步骤，直至获取的第二差值分量为本征模函数。

当第二差值分量t((m,n),dif2)满足公式(1)，则说明该第二差值分量是本征模函数，可将该第二差值分量此时的表达式作为第m个卫星在第n时刻的第1本征模分量t((m,n),imf，1)，记录在对应的模态分量列表上。随后，计算获得冗余分量t((m,n),ref)，该冗余分量通过t((m,n),ref)＝t(m,n)-t((m,n),dif2)获取。当该冗余分量不为单调函数或幅度不小于预设的幅度阈值时，则将该冗余分量作为待分解参数并重复计算待分解参数的上下包络线均值等的迭代步骤，直至获取的冗余分量t((m,n),ref)的为单调函数或幅度小于预设的幅度阈值。此时，可得到第m个卫星在第n时刻的钟差模态分量t’(m,n)＝t((m,n),imf，1)+t((m,n),imf，2)+…t((m,n),imf，l)+t((m,n),ref)，其中，l为正整数，其用于表示模态分量列表中第m个卫星在第n时刻的模态分量列表的钟差t(m,n)的本征模分量的总个数。

重复上述步骤直至获取全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量。

步骤217、根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

步骤218、根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限。

步骤219、将水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

在图2所示实施方式中，通过对各卫星在各时刻的位置坐标和钟差进行经验模态分解，从而获得各卫星在各时刻的全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量，进而为后续的对各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量的计算奠定基础。

在图2所示实施方式的基础上，为了进一步阐述本实施例二提供的卫星导航系统可用性的评估方法，如图3所示，该方法可为：

步骤301、接收各卫星在各时刻的测量数据，测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，各时刻包括当前时刻及当前时刻之前的若干时刻。

步骤302、对位置坐标和钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

步骤303、选取任一卫星作为目标卫星。

步骤304、分别计算目标卫星在各时刻的各位置坐标模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第一乘积之和，并将第一乘积之和与随机噪声序列参数之和作为目标卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量。

步骤305、分别计算目标卫星在各时刻的各钟差模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第二乘积之和，将第二乘积之和与随机噪声序列参数之和为目标卫星在当前时刻的下一时刻的钟差模态分量。

步骤306、判断是否获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

若没有获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，则执行步骤307；若获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，则执行步骤308。

步骤307、选取下一卫星作为目标卫星，并返回执行步骤304。

其中，对根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量的具体实现方式可采用步骤303至步骤307的技术方案实现：

具体来说，在获取到每一个卫星在每一时刻的每一个位置坐标对应的模态分量和每一个钟差对应的模态分量之后，将利用这些模态分量预测各卫星在当前时刻的下一时刻的模态分量。

首先，可选取第m个卫星作为目标卫星，此时第m个卫星在第n时刻(当前时刻)的位置坐标模态分量x′(m,n)可表示为：

x′(m,n)＝x((m,n),imf,1)+x((m,n),imf,2)+…+x((m,n),imf,i)+x((m,n),ref)

其中，i为正整数，其用于表示模态分量列表中第m个卫星在第n时刻的模态分量列表的位置坐标x的模态分量x(m,n)的本征模分量的总个数。

随后，计算目标卫星在各时刻的各位置坐标模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第一乘积之和，并将第一乘积之和与随机噪声序列参数之和作为目标卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量。

即，第m个卫星在第n+1时刻的位置坐标模态分量x′(m,n+1)的表达式为：

x′(m,n+1)＝α(m,1)x′(m,1)+α(m,2)x′(m,2)+…+α(m,n)x′(m,n)+θ

其中，α(m,n)为第m个卫星在第n时刻的时间序列，θ为随机噪声序列参数。

类似的，计算获得第m个卫星在第n+1时刻的位置坐标模态分量y′(m,n+1)的表达式：

y′(m,n+1)＝α(m,1)y′(m,1)+α(m,2)y′(m,2)+…+α(m,n)y′(m,n)+θ；

第m个卫星在第n+1时刻的位置坐标模态分量z′(m,n+1)的表达式:

z′(m,n+1)＝α(m，1)z′(m，1)+α(m，2)z′(m，2)+…+α(m，n)z′(m，n)+θ；

第m个卫星在第n+1时刻的钟差模态分量t′(m，n+1)的表达式:

t′(m,n+1)＝α(m,1)t′(m,1)+α(m,2)t′(m,2)+…+α(m,n)t′(m,n)+θ。

此时，已经获取到第m个卫星在第n+1时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，选取下一卫星作为目标卫星，并重复上述过程直至获取全部卫星在第n+1时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

步骤308、根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限。

步骤309、将水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

具体来说，在步骤308和步骤309中，根据预设的地面完好性支持信息，以及根据各卫星在当前时刻以及当前时刻之前的若干时刻的测量数据所预测获得的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差分量，从而可以对水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限进行计算，并根据计算结果和各阈值，获取相应的评估结果。其中,水平保护级hpl、垂直保护级vpl以及有效监测门限emt的计算方式可采用现有技术中的任意一种计算方法。在本发明实施例二中，当hpl小于40米，且vpl小于35米且emt小于等于15米时，评估结果为卫星导航系统可用，否则，卫星导航系统则为不可用。

此外，需要进一步说明的是，本发明提供的卫星导航系统可用性的评估方法可应用于航班在通航之前对卫星导航系统可用性的评估，举例来说，若评估时间为2017年6月15日上午9点，此时能接收获取的各卫星的测量数据具体可为2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午9点这一段时间内的全部测量数据，其中的时刻间隔假设为1小时。航班起飞时间为2017年6月15日上午10点，落地时间为2017年6月15日下午1点，为了对航班飞行阶段的卫星导航可用性进行评估，可利用获取的2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午9点这一段时间内的测量数据，首先对下一时刻的测量数据进行预测，即对各卫星在2017年6月15日上午10点的位置坐标模态分量和钟差模态分量进行计算，并获得在2017年6月15日上午10点的评估结果，随后，可将各卫星在2017年6月15日上午10点作为已知数据，并利用2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午10点这一段时间的数据，计算各卫星在2017年6月15日上午11点的位置坐标模态分量和钟差模态分量，并获得在2017年6月15日上午11点的评估结果，以此类推，直至获取所需的全部时刻的评估结果。

此外，随着时刻的推移，还可不断的更新获取的评估结果，以使航班可获得最新以及最精准的评估结果：若评估时间为2017年6月15日上午11点，

为了进一步提高评估结果的精准度，还可在航班起飞之后，即2017年6月15日上午10点的这一时刻，此时能接收获取的各卫星的测量数据具体可为2016年6月15日上午9点至2017年6月15日上午10点这一段时间内的全部测量数据，其中的时刻间隔假设为1小时。航班起飞时间为2017年6月15日上午10点，落地时间为2017年6月15日下午1点，此时，可根据本发明提供的评估方法获得在2017年6月15日上午11点的评估结果，并直接对在2017年6月15日上午9点时所获得的2017年6月15日上午11点的评估结果进行替换，从而保证航班可接收到最准确的评估结果。因此，本发明提供的评估方法可广泛运用于飞行器在各飞行阶段的卫星导航系统可用性的评估和预测。

优选地，上述实施方式的基础上，为了进一步提高计算获得的垂直保护级的准确度，并预测得到更贴合真实情况的评估结果，本发明在执行步骤308之前，还可包括：根据各卫星在各时刻的测量数据计算各卫星在各时刻的用户误差，并利用概率约束模型确定所述用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系。相应的，步骤308中的根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，计算垂直保护级，则具体包括：根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量、预设的地面完好性支持信息和用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系，计算获得垂直保护级。

进一步来说，在现有对垂直保护级的计算过程中，其一般会采用人工统计的方式，利用经验值获取一用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系，在利用各卫星在当前时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息计算垂直保护级。而在本实施方式中，为了进一步提高获取的垂直保护级的精准度，可按照现有的方式根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量计算获得总误差，该总误差可理解为预测获取的位置和钟差数据的可信度，即误差越小，预测所获取的数据可信度越高，其数据约接近真实数据。具体来说，获得的该总误差具体可包括电离层误差、对流层误差和用户误差，其中，该用户误差具体指由多径、接收机噪声引起的误差。由于电离层误差和对流层误差可通过卫星星历计算得到，因此，可根据总误差和电离层误差、对流层误差计算获得用户误差。

随后，将各用户误差代入以各卫星的仰角作为变量的概率约束模型，利用预设的概率约束条件对该概率约束模型进行处理，获得概率约束模型的最优解，以得到完整的概率约束模型。利用完整的概率约束模型和各卫星的仰角，计算获得在每个卫星的仰角时的用户误差及对应关系，该获取的对应关系可用于对下一次的垂直保护级的计算。

本发明实施例二提供的卫星导航系统可用性的评估方法在实施例一的基础上，还通过迭代运算的方式，使得计算获得的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量更加精准，进而提高了在当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性的评估结果的准确度。

图4为本发明实施例三提供的一种卫星导航系统可用性的评估装置的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例三提供的卫星导航系统可用性的评估装置，包括：

接收模块10，用于接收各卫星在各时刻的测量数据，测量数据包括卫星的位置坐标和钟差，各时刻包括当前时刻及当前时刻之前的若干时刻。

分解模块20，用于对位置坐标和钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

预测模块30，用于根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

保护级获取模块40，用于根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限。

比对模块50，用于将水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果。

优选地，分解模块20具体用于：选取任一位置坐标或任一钟差作为待分解参数，并计算待分解参数的上下包络线均值；计算待分解参数和待分解参数的上下包络线均值的差值，获得第一差值分量；计算第一差值分量的上下包络线均值；计算第一差值分量与第一差值分量的上下包络线均值的差值，获得第二差值分量；根据第一差值分量和第二差值分量的标准差，判断第二差值分量是否为本征模函数；若否，则将第二差值分量作为待分解参数，返回执行计算待分解参数的上下包络线均值的步骤；若是，则将第二差值分量作为本征模分量记录在与待分解参数对应的模态分量列表上；计算待分解参数和第二差值分量的差值，获取冗余分量；若冗余分量为单调函数或冗余分量的幅度小于预设的幅度阈值，则将模态分量列表的各本征模分量以及冗余分量之和作为与任一位置坐标或任一钟差对应的模态分量，选取下一位置坐标或下一钟差作为待分解参数，直至获得全部位置坐标对应的模态分量和全部钟差对应的模态分量；否则，将冗余分量作为待分解参数，并返回执行计算待分解参数的上下包络线均值的步骤。

优选地，分解模块20具体用于：计算第二差值分量与第一差值分量之差，获得差值；计算差值的绝对值的平方与第二差值分量的平方之比；若平方之比不超出预设的比值区间，则第二差值分量为本征模函数；否则，第二差值分量不为本征模函数。

优选地，预测模块30具体用于：选取任一卫星作为目标卫星；分别计算目标卫星在各时刻的各位置坐标模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第一乘积之和；将第一乘积之和与随机噪声序列参数之和作为目标卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量；分别计算目标卫星在各时刻的各钟差模态分量与预设的时间序列的乘积，对各乘积求和并获得第二乘积之和；将第二乘积之和与随机噪声序列参数之和为目标卫星在当前时刻的下一时刻的钟差模态分量；选取下一卫星作为目标卫星，直至获取全部卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量。

优选地，评估装置还包括：用户误差获取模块；用户误差获取模块，用于在保护级获取模块根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限之前，根据各卫星在各时刻的测量数据计算各卫星在各时刻的用户误差，并利用概率约束模型确定用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系。相应的，保护级获取模块40，具体用于根据各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量、预设的地面完好性支持信息和用户误差与各卫星的仰角之间的对应关系，计算获得垂直保护级。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例三提供的卫星导航系统可用性的评估装置，通过接收各卫星在当前时刻及所述当前时刻之前的若干时刻的卫星的位置坐标和钟差，对所述位置坐标和所述钟差分别进行经验模态分解，获得各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据预设的自回归滑动平均模型和预设的随机噪声序列参数、以及所述各卫星在各时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，分别获得各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，根据所述各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量以及预设的地面完好性支持信息，分别计算水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限，将所述水平保护级、垂直保护级以及有效监测门限分别与预设的水平保护级阈值、垂直保护级阈值以及有效监测门限阈值进行比对，获取评估结果，从而根据预测获取的各卫星在当前时刻的下一时刻的位置坐标模态分量和钟差模态分量，进而可获取在当前时刻之后的下一时刻的卫星导航系统可用性的评估结果。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。