本发明属于卫星导航接收机性能监测领域，特别涉及一种北斗卫星导航系统完好性监测评估方法。
背景技术：
我国北斗卫星导航系统(beidounavigationsatellitesystem,bds)以“三步走”战略为牵引，目前已公布了空间信号接口控制文件(icd)，并从2012年底开始正式提供亚太区域服务。根据gps、glonass、galileo的建设经验，一个卫星导航系统性能的优劣，除了与其定位精度直接相关之外，还与系统的可用性、连续性、完好性等性能指标关系密切，其中又以完好性最为重要。为了推动bds建成国际领先的卫星导航系统，需要加强完好性及其监测评估技术的研究。导航系统的完好性是指系统在不能用于导航服务时及时向用户发出有效告警的能力。当系统无法满足完好性要求时，会导致服务安全性下降，严重时会引起重大安全事故，因此这一性能指标受到各大卫星导航系统供应商的重视，并引起了大量科研人员的研究兴趣。在完好性监测研究中，最具代表性的是由斯坦福大学发展的stanfordplot，其基本思路是利用系统提供的信息及相关辅助信息，计算定位误差、误差保护级以及误差限值，并利用三者之间的关系，在用户定位域直观、清晰地对系统完好性进行监测评估。这一方法已成功应用于waas、egnos、galileo等系统，在系统完好性监测评估方面发挥了重要作用。
然而，如何利用stanfordplot进行北斗系统的完好性监测评估，目前相关技术论及得还较少，此外，stanfordplot是以静态定位模式为基础应用于系统完好性监测评估的，其做法如下：在多个已知坐标的监测站，进行相应系统的静态定位，通过与已知坐标对比，获得各个时刻的系统定位误差，基于数理统计原理，给出系统的玩好性监测评估结果；该方法简单易行，已经成功应用于多个卫星导航系统的完好性监测领域，如何借助该方法合理评估北斗系统的完好性，还缺少实际可操作的技术实现途径，且已有stanfordplot方法仅以静态定位模式为基础应用于系统完好性监测评估，不能反映用户动态条件下系统的完好性状况。
技术实现要素：
针对现有技术中的不足，本发明提供一种北斗卫星导航系统完好性监测评估方法，通过在静态和动态两种模式下对北斗导航卫星系统完好性进行更全面合理的监测评估，使得性能更加稳定、可靠。
按照本发明所提供的设计方案，一种北斗卫星导航系统完好性监测评估方法，包含：静态定位数据获取阶段、动态定位数据获取阶段及完好性评估阶段，其中，
静态定位数据获取阶段，通过处于静止状态的车载设备获取北斗卫星导航系统静态数据，并计算其静态定位误差；
动态定位数据获取阶段，通过处于运动状态的车载设备获取北斗卫星导航系统动态数据，并计算其动态定位误差；
完好性评估阶段，根据定位误差并借助预设的误差保护级和告警限值，进行系统完好性评估，定位误差包含计算得到的静态定位误差和动态定位误差。
上述的，车载设备中，设置有主机模块，及gps定位模块、北斗导航定位模块，用于获取姿态参数的组合姿态测量模块，所述的组合姿态测量模块包含姿态测量单元和与姿态测量单元相连接的gps天线组，所述的gps天线组包含gps天线一和gps天线二，gps天线一和gps天线二分别布设在姿态测量单元的两侧；所述的gps定位模块包含用于作为定位基准的gps接收机和gps接收天线，所述的北斗导航定位模块包含多个北斗导航接收机，及对应的多个北斗导航接收机天线；所述的主机模块用于接收gps定位模块、北斗导航定位模块及组合姿态测量模块的数据，并根据数据归算北斗导航定位模块的定位误差数据。
上述的，所述的姿态测量单元为惯性导航设备。
上述的，gps定位模块、北斗导航定位模块通过平台支撑框架与运动载体固定。
优选的，以姿态测量单元为中心，gps天线一、gps天线二沿运动载体行进方向对称分布在姿态测量单元两侧的平台支撑框架上。
上述的，车载设备获取北斗卫星导航系统静态或动态数据，并计算其对应定位误差，包含如下内容：
步骤1、建立检测平台坐标系o-xyz，以gps接收天线a3相位中心为原点，以车载设备前进方向为y轴，检测平台外法向方向为z轴，x轴与y、z轴构成右手坐标系；
步骤2、根据组合姿态测量模块获取姿态参数，姿态参数包含：偏航角heading、滚动角roll、俯仰角pitch；
步骤3、依据检测平台坐标系o-xyz，获取gps接收机a3和北斗导航接收机a2在检测平台坐标系o-xyz的向量
步骤4、根据姿态角，计算得到gps接收机a3和北斗导航接收机a2在当地水平坐标系o-nwu的向量
步骤5、根据gps接收机动态定位数据
步骤6、对归算结果进行坐标数据处理，根据处理结果评估北斗导航接收机的定位误差。
上述的，步骤4中，向量
更进一步，坐标数据处理，包含：进行wgs84与cgcs2000坐标系转换；及定位结果时间对齐。
上述的，系统完好性评估中，借助stanfordplot方法，通过误差保护级、告警限值和定位误差来评估北斗卫星导航系统完好性。
更进一步，误差保护级由北斗卫星导航系统得到，告警限值按照用户需求进行预设。
本发明的有益效果：
本发明通过车载设备将传统仅基于静态模式下卫星导航系统完好性评估方法，扩展为同时进行静态和动态两种模式下的系统完好性监测，使得评估数据更加全面、可靠，对加强卫星导航系统完好性及其监测评估技术具有重要的推动意义；车载设备中，通过姿态信息的引入，充分考虑北斗接收机天线和gps接收机天之间的偏差量，从而使得检测结果更加真实可信；同时，本发明可以同时对多台北斗接收机天线进行检测，极大提高了检测效率，节省了人力物力；又可避免使用功分器，造成待检接收机与天线不匹配，使得检测结果不够客观；通过坐标传递算法，能够较为精确地考虑北斗接收机天线和gps接收机天之间的偏差量，并实现了多台北斗接收机同时参与测试的目的，从而极大地节省人力物力，提高检测效率，降低北斗接收机动态检测的成本；具有较好的市场推广前景，对北斗卫星导航系统性能监测具有重要的指导意义。
附图说明：
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为实施例中车载设备获取并计算定位误差流程图；
图3为检测平台本体坐标系与当地水平坐标系关系示意图；
图4为实施例中检测平台示意图；
图5为实施例中完好性监测评估示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。
针对现有技术中仅以静态定位模式为基础应用于系统完好性监测评估，不能全面反映用户动态条件下系统的完好性状况等情形。为此，本发明实施例，参见图1所示，一种北斗卫星导航系统完好性监测评估方法，包含：静态定位数据获取阶段、动态定位数据获取阶段及完好性评估阶段，其中，
静态定位数据获取阶段，通过处于静止状态的车载设备获取北斗卫星导航系统静态数据，并计算其静态定位误差；
动态定位数据获取阶段，通过处于运动状态的车载设备获取北斗卫星导航系统动态数据，并计算其动态定位误差；
完好性评估阶段，根据定位误差并借助预设的误差保护级和告警限值，进行系统完好性评估，定位误差包含计算得到的静态定位误差和动态定位误差。
通过静态和动态两种模式下对系统完好性进行监测评估，评估结论更全面、可信，可利用价值更高。
本发明实施例中，车载设备设置有主机模块，及gps定位模块、北斗导航定位模块，用于获取姿态参数的组合姿态测量模块，所述的组合姿态测量模块包含姿态测量单元和与姿态测量单元相连接的gps天线组，所述的gps天线组包含gps天线一和gps天线二，gps天线一和gps天线二分别布设在姿态测量单元的两侧；所述的gps定位模块包含用于作为定位基准的gps接收机和gps接收天线，所述的北斗导航定位模块包含多个北斗导航接收机，及对应的多个北斗导航接收机天线；所述的主机模块用于接收gps定位模块、北斗导航定位模块及组合姿态测量模块的数据，并根据数据归算北斗导航定位模块的定位误差数据。以高精度的gps动态定位结果作为比对标准，对北斗动态定位精度进行合理评估；实现多台北斗导航接收机同时参与测试，提高检测效率；通过姿态信息的引入，充分考虑北斗接收机天线和gps接收机天之间的偏差量，从而使得检测结果更加真实可信。
本发明的实施例中，姿态测量单元为惯性导航设备，通过惯性导航设备及gps天线的组合，大大减少姿态测量误差的积累。gps定位模块、北斗导航定位模块通过平台支撑框架与运动载体固定，固定牢靠，使用更加方便。以姿态测量单元为中心，gps天线一、gps天线二沿运动载体行进方向对称分布在姿态测量单元两侧的平台支撑框架上，北斗导航接收机可固定在该平台支撑框架上的任一平面位置，实现多台北斗导航接收机定位精度的检测，大大提高检测效率。
本发明的再一实施例中，车载设备获取北斗卫星导航系统静态或动态数据，并计算其对应定位误差，参见图2所示，包含如下内容：
步骤1、建立检测平台坐标系o-xyz，以gps接收天线a3相位中心为原点，以车载设备前进方向为y轴，检测平台外法向方向为z轴，x轴与y、z轴构成右手坐标系；
步骤2、根据组合姿态测量模块获取姿态参数，姿态参数包含：偏航角heading、滚动角roll、俯仰角pitch；
步骤3、依据检测平台坐标系o-xyz，获取gps接收机a3和北斗导航接收机a2在检测平台坐标系o-xyz的向量
步骤4、根据姿态角，计算得到gps接收机a3和北斗导航接收机a2在当地水平坐标系o-nwu的向量
步骤5、根据gps接收机动态定位数据
步骤6、对归算结果进行坐标数据处理，根据处理结果评估北斗导航接收机的定位误差。
通过姿态信息的引入，充分考虑北斗接收机天线和gps接收机天之间的偏差量，从而使得检测结果更加真实可信；通过坐标传递算法，能够较为精确地考虑北斗接收机天线和gps接收机天之间的偏差量，并实现了多台北斗接收机同时参与测试的目的。
首先，参见图3所示，建立检测平台坐标系o-xyz，以gps接收天线a3相位中心为原点，以运动载体前进方向为y轴，检测平台外法向方向为z轴，x轴与y、z轴构成右手坐标系。根据组合姿态测量模块获取姿态参数，姿态参数包含：偏航角heading、滚动角roll、俯仰角pitch，其中，偏航角heading范围为：0°～360°，滚动角roll范围为：-180°～180°，俯仰角pitch范围为：-90°～90°。依据检测平台坐标系o-xyz，获取gps接收机a3和北斗导航接收机a2在检测平台坐标系o-xyz的向量
系统完好性评估中，借助stanfordplot方法，通过误差保护级、告警限值和定位误差来评估北斗卫星导航系统完好性。误差保护级由北斗卫星导航系统得到，告警限值按照用户需求进行预设。
为了进一步验证本发明的有效性，下面结合具体实例对本发明做进一步解释说明：
以高精度gps定位结果作为比对标准，对北斗动态定位精度进行合理评估，车载设备可根据需要分别处于运动或静止状态，以此获得动态和静态条件下的定位误差，并据此进行完好性评估。为了达到以上目的，设计了如图4所示的检测平台。在a3位置摆放高精度gps动态定位设备，即gps接收机，利用其他位置与a3的固定关系及平台的姿态，将a3处的高精度gps动态定位结果归算到其他位置，从而为相应位置处的北斗动态定位结果提供精度比对标准。高精度gps动态定位结果通过动态精密相对定位或动态精密单点定位获取；平台的姿态通过惯性姿态测量设备获得，使用惯导与gps的组合姿态测量设备，以减少姿态测量误差的积累，其组成包括c2位置的姿态测量单元与c1、c3位置的两个gps天线。将a3处高精度gps动态定位结果归算到其他位置，为相应的北斗接收机提供精度检测标准。
首先建立检测平台本体坐标系o-xyz，其原点位于a3位置gps天线相位中心，y轴指向载体前进方向，z轴指向平台外法向方向，x轴与y、z轴构成右手坐标系。这里仅以a2位置为例进行说明，其他位置类似。
由图4可知，
检测平台本体坐标系与当地水平坐标系的关系如图3所示，图中o-xyz为本体坐标系，o-nwu为当地水平坐标系(北西天)，两者通过三个欧勒角ψ、θ、γ相联系，三类角度都以逆时针为正。
在检测平台的设计中，组合姿态测量设备提供平台的姿态参数，即偏航角heading(0°～360°)，滚动角roll(-180°～180°)，俯仰角pitch(-90°～90°)。通过这三个姿态参数，得到ψ、θ和γ，其换算关系为：
得到三个姿态角之后，即有：
通过上式即可得到
设a3处gps的动态定位结果为
(zg)＝rz(-π-l)ry(π/2-b)
将a3处高精度gps动态定位结果归算到了a2位置，再经过wgs84与cgcs2000坐标系之间的转换、定位结果时间对齐等处理之后，就可以利用归算结果，获得北斗静态和动态定位误差。在获得以上静态和动态定位误差的基础上，进一步借助stanfordplot方法评估系统的完好性，具体做法如下：在stanfordplot中，通常按照平面和高程两个分量分别给出系统的完好性情况，其中，误差保护级(protectionlevels,pl)：代表了定位误差的上边界，分水平误差保护级(hpl)和垂直误差保护级(vpl)；(2)告警限值(alertlimits,al)：用户根据具体应用需求给定的定位误差告警上限，分为水平告警限值(hal)和垂直告警限值(val)；(3)定位误差(positionerrors,pe)：导航用户的定位结果与真实位置的差值，可分为水平定位误差(hpe)和垂直定位误差(vpe)。求取误差保护级、告警限值和定位误差，通过三者的不同关系，并借助stanfordplot能够较好地对系统的完好性情况进行监测评估。误差保护级可根据导航系统提供的有关信息进行求取；告警限值按照用户需求进行设定，特别对航空用户根据不同的近进水平有不同的告警限值规范要求；定位误差在本发明实施例中分为静态定位误差和动态定位误差。图5给出了stanfordplot高程完好性统计图的示意图，水平方向与此类似。下面将结合图5，就误差保护级、告警限值和定位误差与系统完好性情况之间的关系给出说明：
1)当pe＜pl＜al，表示系统可用。其中，pl＜al表示系统本身给出的信息显示系统可用；在此基础上，pe＜pl表示误差保护级满足定位误差上界的要求。
2)当pe＜al＜pl或al＜pe＜pl，表示系统不可用。al＜pl表示系统本身给出的信息显示系统不可用；同时，pe＜pl表示误差保护级满足定位误差上界的要求。此时，无论pe＜al还是al＜pe，系统均不可用。
3)当pl＜pe＜al或al＜pl＜pe，表示系统可能给出了误导信息(mi)。对于pl＜pe＜al，由于pl＜al表示系统本身给出的信息显示系统可用，而pl＜pe表示误差保护级不满足定位误差上界的要求，即根据系统提供的信息求得的pl已经不可信了，此时系统可用的信息可能是一种误导信息；对于al＜pl＜pe，
al＜pl表示系统本身给出的信息显示系统不可用，而pl＜pe表示误差保护级不满足定位误差上界的要求，此时系统不可用的信息可能只是一种误导信息。
4)当pl＜al＜pe，表示系统给出了危险误导信息(hmi)。pl＜al表示系统本身给出的信息显示系统可用；但是，al＜pe表示实际定位误差比告警限值都要大。此时，系统可用的信息是一种危险误导信息。
通过对以上关系的考察，借助stanfordplot，可以清晰、直观地对北斗导航系统的完好性情况进行监测评估，评估结果更加全面、可靠。本发明对传统的stanfordplot方法进行了扩展，将其由仅依托静态定位模式评估系统完好性，拓展为同时考虑静态和动态两种定位模式，从而使得相应的评估结果更为全面可信；通过车载设备将该方法成功应用于北斗系统完好性监测，从而为北斗系统提供了一种新的系统完好性监测方法，对北斗卫星导航系统性能监测具有重要指导意义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。