专利名称：：用于局域增强系统的数据质量监测方法
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，特别是一种应用于卫星导航局域增强系统的数据质量监测方法。
背景技术：
：卫星导航局域增强系统是一个地基差分系统，通过地面差分站发播卫星差分数据，用户将差分数据用于解算来获得高精度的导航参数，如速度、位置和时间。该系统采用的差分技术是利用多个参考接收机测量的位置信息或距离信息及其他导航信息的相关性能消除大部分卫星钟误差、星历误差及大气延迟误差，大大提高了导航定位精度。普遍认为，它可以满足非精密进近以及I、II直至III类精密进近着陆要求。在局域增强系统地面差分算法中，通过参考接收机收到卫星广播星历，根据广播星历计算卫星和基准站参考接收机之间的距离，将之与参考接收机获取的观测伪距进行比较，从而获得伪距修正量等差分数据提供给航空接收机进行精密定位。如果在上述计算过程中使用了不准确或者存在误差的广播星历，对航空接收机精密定位会产生非常巨大的影响，因此，必须在使用卫星的广播星历计算差分修正量之前对每颗卫星的广播星历进行可用性检测。数据质量监测是局域增强系统完好性监测的一个关键环节，关注的是卫星广播星历是否能正确反映卫星的轨道位置，卫星广播星历中包含了卫星轨道参数、星钟修正参数、摄动改进参数等数据。通常情况下认为星历参数可以反映卫星的轨道位置，但是在卫星出现了非人为的轨道机动的情况下，会造成星历参数不能反映卫星轨道位置的现象，如果此时卫星的真实轨道位置和星历参数计算产生的轨道位置之间的偏差过大，会对局域增强系统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，会对局域增强系统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，这种情况下应该对该卫星的星历生成服务告警以供系统在完成差分修正的时候排除该卫星观测量数据。卫星星历给出的卫星位置与卫星实际轨道位置之差称为卫星星历误差。在影响卫星导航定位测量精度的众多误差源中，轨道误差是主要误差源。轨道误差对基线测量的影响可用下式表示,,D,D{km),「00061dbw—ar-----arL」ρ25,000(M式中，dr为轨道误差；D为基线长；P为卫星至地球表面距离，大约25000km;db为基线误差。由上可得轨道误差对不同长度基线产生的影响如表1所示。表1轨道误差对不同长度的基线影响权利要求一种用于卫星导航系统的局域增强系统的数据质量监测方法，包括如下步骤(1)对m个基准接收机接收到的同一颗导航卫星的同一份广播星历数据分别进行完整性和有效性检验，获取一组完整、有效的广播星历数据，m≥3；(2)将检验得到的一组完整、有效的广播星历数据进行循环比对，如果出现过半数星历数据完全相同，则认为这些星历数据一致，进行下一步广播星历数据可用性检验，反之不进行可用性检验；(3)对通过一致性检验得到的广播星历数据，进行如下实时精密星历检测首先，对实时精密星历进行高阶拉格朗日插值，采用在插值中心点附近区间基于滑动数据窗口的拉格朗日插值方法，获取实时精密星历中的卫星精密位置预测；其次，根据广播星历数据中星历参考时间、卫星轨道参数、钟差改正数以及轨道摄动参数，推算出卫星的在轨位置；然后，计算卫星的精密在轨位置和推算出的卫星在轨位置的差值，用该差值与设定的门限值进行比较，小于门限值则判定为广播星历数据在实时精密星历检测方法下可用，反之判定为广播星历数据在实时精密星历检测方法下不可用，该门限取值为10米；最后，分别进行新旧星历检测和星历历书检测，获取多种检测方法检验所得的广播星历数据可用性结果，生成告警信息和广播星历数据可用性信息；(4)对导航系统中所有卫星的广播星历，将步骤(3)生成的每一份广播星历数据可用性信息，填入如下的广播星历数据可用性矩阵<mrow><msub><mi>EVR</mi><mi>matrix</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>PER</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>EER</mi><mn>1</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>EAR</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>PRN</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>PER</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>EER</mi><mn>2</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>EAR</mi><mn>2</mn></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>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>PER</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>EER</mi><mi>SN</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>EAR</mi><mi>SN</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中，SN为导航系统中卫星数量，PRNk(1≤k≤SN)表示卫星号，PERk(1≤k≤SN)表示实时精密星历检测方法检测结果，EERk(1≤k≤SN)表示新旧星历检测方法检测结果，EARk(1≤k≤SN)表示星历历书检测方法检测结果，该矩阵中每一行代表应用三种检测方法检测所得的一颗卫星的广播星历可用性，整个矩阵描述了卫星导航系统所有卫星的广播星历的可用性状态，用于局域增强系统完好性监视；(5)根据步骤(4)的广播星历数据可用性矩阵，从基准接收机接收的导航系统所有卫星的广播星历中，选择出可用的卫星广播星历构成可用广播星历数组，用于计算伪距差分修正量。2.根据权利要求1所述的数据质量监测方法，其中步骤(1)所述的对m个基准接收机接收到的同一颗导航卫星的同一份广播星历数据分别进行完整性和有效性检验，是根据卫星导航系统电文数据格式和广播星历数据内容要求，对每个基准接收机接收到的包含星历数据的导航电文各个子帧的数据完整性进行检验，包括遥测码检验、转换码检验以及子帧的数据内容检查；在电文解析后对星历循环冗余校验CRC和星历数据龄期IODE进行检验，排除检验不正确的星历，获取一组正确、有效的星历数据。3.根据权利要求1所述的数据质量监测方法，其中步骤(3)所述对实时精密星历进行拉格朗日插值，按如下步骤进行3a)设定已知数据节点集合PN=(Pc^PnP2，…，pN-J，对应时间点Tn={t。，、，、，…，tN_J，数据量为N，所选插值数组长度为η(3<η<N)，插值中心点坐标为ηρ，插值数组长度[为偶数4.根据权利要求1所述的数据质量监测方法，其中步骤(3)所述的根据广播星历中提供的卫星轨道参数，推算卫星的轨道位置，按如下步骤进行4a)根据广播星历中提供的轨道长半轴和平均角速度修正量，计算平均角速度n，推算偏近点角Mk；4b)根据步骤4a)中推算的偏近点角Mk，利用迭代方法求解中间参数Ek，计算真近点角Vk，推算出升交点角距Ok;4c)根据步骤4b)推算的升交点角距Φ,*广播星历中的轨道摄动参数计算经过校正的纬度参数uk、向径rk和轨道倾角ik，根据广播星历中的升交点赤经及其变化率推算经过校正的升交点经度Qk;4d)根据步骤4c)中得到的uk、rk，计算卫星在轨道面中的位置(xp，yp)；4e)根据步骤4c)中得到的ik和QkW及步骤4d)中得到的(xp，yp)，计算卫星在地固坐标系中的位置坐标(xs，ls,zs)。5.根据权利要求1所述的数据质量监测方法，其中步骤(3)所述的新旧星历检测，是根据当前接收到的广播星历和连续的上一份已通过检测的星历中的卫星轨道参数，分别推算自当前接收到的星历参考时间起一定时间段的卫星轨道位置，计算二者的差值并与设定门限进行比较，小于设定门限值的，则判定广播星历在新旧星历检测方法下可用，反之判定广播星历在新旧星历检测方法下不可用，该门限取值为250米。6.根据权利要求1所述的数据质量监测方法，其中步骤(3)所述的星历-历书检测，是根据当前接收到的广播星历中的卫星轨道参数和历书中的卫星轨道参数，分别推算自当前接收到的星历参考时间起一段时间的卫星轨道位置，计算二者的差值并与设定门限进行比较，小于设定门限的，则判定广播星历在星历-历书检测方法下可用，反之判定广播星历在星历_历书检测方法下不可用，该门限取值为7000米。全文摘要本发明公开了一种应用于局域增强系统的数据质量监测方法，主要解决目前数据质量监测中卫星轨道位置计算精度较低的问题。其检测步骤是首先对接收到的广播星历进行数据完整性和有效性检验，获取一组正确、有效的星历数据；接着，对这组星历数据进行一致性检验；然后对具备一致性的广播星历数据进行数据分别进行实时精密星历检测、新旧星历检测和星历-历书检测；最后，根据数据可用性检测结果，生成广播星历数据可用性矩阵和可用广播星历数组。本发明具有计算卫星轨道位置精度高，星历故障误检概率低的优点，可有效屏蔽卫星导航系统广播星历和历书出现人为干扰的问题。文档编号G01S19/21GK101950025SQ201010252218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