一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法与流程

本发明涉及卫星导航
技术领域：
，特别涉及一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法。
背景技术：
：全球卫星导航系统(gnss)以其高精度、全天候、不受气候和地域等条件限制的特点，已发展成为陆海空的通用导航工具，成为应用最广泛的导航技术。定位精度是卫星导航系统服务性能指标体系中最重要的指标之一，在卫星导航系统正式提供服务之前，需要对系统的定位性能作评估。最直接的方法是利用接收机对已知坐标点的位置进行定位解算，以已知坐标与解算坐标的差值为定位误差，然后对定位误差序列作统计分析，常用统计指标有均值、标准差(rms)、圆误差(cep)等，其中，圆误差的计算较为复杂，是定位性能评估中的难点与重点。目前，计算圆误差最常用的方法是对定位误差序列取绝对值后按从小到大顺序排列，然后根据选定的百分比(通常取95％)，取出位于该百分比处的定位误差数据作为圆误差，以表征系统的定位精度。由于定位性能评估需要大量的观测数据，采用排序算法(如插入排序、交换排序)计算圆误差要耗费大量的时间与硬件内存，一般设备难以支撑，这使得定位性能的评估效率较低。技术实现要素：发明目的：针对现有方法的不足，本发明提出一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法，该方法以定位误差序列的绝对值作为评估样本，按照评估精度对样本数据进行区间划分，通过统计区间落入样本数量及累计区间计数值计算出选定百分比的圆误差。该方法可在不损失评估精度的前提下，降低评估算法的运算复杂度及对硬件内存的要求，并大幅提高评估效率。技术方案：本发明提供了一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法，包括以下步骤：包括：步骤1，采集卫星导航系统的定位误差样本，对误差序列取绝对值后得到评估样本序列；步骤2，建立一个只有正向的的定位误差半坐标轴，根据设定的区间长度l与定位误差上限m，计算出区间个数n，并按区间个数n对定位误差半坐标轴进行区间划分；步骤3，统计各个区间内落入的评估样本数量，通过逐个累加区间的计数值计算出选定百分比的圆误差，以圆误差作为卫星导航系统定位性能的计算结果。步骤1包括：利用gnss接收机对已知坐标点的位置进行定位解算，以已知坐标与定位坐标的差值作为定位误差，取定位误差的绝对值作为评估样本，最终得到评估样本序列{|nse1|，|nse2|，…，|nsen|}，其中|nsen|表示第n个评估样本，n为大于1的整数。步骤2包括：根据所需评估精度p设定区间长度l，两者存在关系l＝2p，计算出区间个数n＝m/l，建立一个只有正向的的定位误差半坐标轴，将定位误差半坐标轴划分成n个闭区间[xi-1,xi]和1个开区间(xn,+∞)，i＝1,2,…,n，xi-1为第i个区间的左边界，xn为第i+1个区间的左边界；步骤3包括：步骤3-1：在步骤2划分的每个区间内定义一个计数器，按顺序从评估样本序列中取出一个数据|nsei|，i取值为1～n，计算出数据落入区间的编号将对应区间的计数器值cnum加1，即cnum+1；步骤3-2：重复执行n次步骤3-1，直至统计所有评估样本数据落入的区间，对应的区间计数值为c1，c2，…，cn+1，cn+1为第i+1个区间的样本计数值；步骤3-3：对于选定百分比r的圆误差，按c1到cn+1的顺序逐一累加区间计数值ci，i取值为1～n+1，当累加到第k个计数值时，有：则停止累加，确定百分比r的圆误差落入第k个区间；步骤3-4：取定位误差半坐标轴上第k个区间的中间值(k*l-0.5*l)作为定位性能中r圆误差的评估结果pr，pr即为卫星导航系统定位性能的计算结果。有益效果：1、本发明对评估样本落入的区间逐个判断，样本数据可分段读入内存，相比排序算法要求样本数据一次性读入内存，计数算法可极大降低对硬件内存的要求。2、本发明提出的基于计数算法的复杂度o(n)远低于排序算法的复杂度o(n2)，可大大提高性能评估的效率。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本发明基于区间计数的卫星导航系统定位性能快速评估方法的简单流程图。图2是本发明的采用区间计数算法作定位性能评估的详细流程图。图3是本发明的一组水平定位误差样本实例图。图4是本发明的正向半坐标轴的区间划分示意图。图5是本发明水平定位误差样本的区间计数器统计结果实例图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。为解决传统导航设备在航空运输中的安全、容量和效率不足问题，国际民航组织(icao)于1983年提出在飞机、空间和地面设施三个层面利用由卫星和数字信息提供的通信、导航和监视技术建立新航行系统(fans)。fans计划中的重要内容之一就是利用全球卫星导航系统(gnss)及其增强系统替代传统的地面导航设备，以解决航路导航和航路监视受限于地面设施的缺陷，降低航空导航成本、增加航路设计和进场路线的灵活性、加强飞机进近/着陆的安全保障，最终实现以卫星导航技术为核心提供全天候高可靠性的着陆引导。卫星导航系统在使用前需要对其定位性能作评估，以检查其性能是否满足应用的需求。定位性能评估是对定位误差的样本数据作统计分析，统计指标包括均值、均方根、圆误差等，其中，圆误差作为最关键指标，其计算相对比较复杂。目前，国内外学者主要采用排序法来计算设定百分比的圆误差，但对于大样本量实测数据的评估情况，这种算法存在耗费时间长、消耗硬件内存大等问题，一般设备难以支撑。针对现有评估方法的上述缺陷，本发明提出了一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法，如图1所示，该方法按照评估精度对样本数据进行区间划分，通过统计区间落入样本数量及累计区间计数值计算出选定百分比的圆误差。该方法可在不损失评估精度的前提下，降低评估算法的运算复杂度及对硬件内存的要求，并大幅提高评估效率。图2所示为采用区间计数算法作定位性能评估的详细流程，包括如下步骤：步骤1：利用gnss接收机在站心坐标系下对已知坐标点的位置进行定位解算，得到一组定位坐标序列，以已知坐标(e0,n0,u0)与定位坐标(ei,ni,ui)的差值为定位误差nsei＝(δei,δni,δui)，其中，0≤i≤n，n为整数，由公式1、2计算出水平定位误差nsehorizon与垂直定位误差nsevertical：nsevertical＝δu(2)为了简化说明，以nsei代表水平方向与垂直方向的定位误差，取定位误差序列的绝对值作为评估样本序列{|nse1|，|nse2|，…，|nsen|}，共n个样本，如图3所示为一组水平定位误差样本实例，采集间隔1s；步骤2：建立一个只有正向的定位误差半坐标轴，对于卫星导航系统及其增强系统，定位误差总体上存在一个概率上限m，如全球定位系统(gps)的定位误差一般都小于100m。根据所需评估精度p(如p取0.1m)设定区间长度l，两者间存在关系l＝2p，即评估最大误差为半个区间长度，进而计算出区间个数n＝m/l，将半坐标轴划分成n个闭区间[xi-1,xi]和1个开区间(xn,+∞)，i＝1,2,…,n，并在每个区间内定义一个计数器ci，如图4所示；步骤3：按顺序从定位误差的评估样本序列中取出一个数据|nsei|，i取值为1～n，计算出数据落入区间的编号num，将对应区间的计数器值加1，即cnum+1；步骤4：重复执行n次步骤3，直至统计出所有评估样本数据落入的区间，对应的区间计数值为c1，c2，…，cn+1，如图5所示为前述水平定位误差样本的区间计数器统计结果实例；步骤5：对于选定百分比r的圆误差(如r取50％或95％)，按c1到cn+1的顺序逐一累加区间计数值ci，当累加到第k个计数值时，有：则停止累加，可确定百分比r的圆误差落入第k个区间；步骤6：取坐标轴上第k个区间的中间值(k*l-0.5*l)作为定位性能中百分比r圆误差的评估值pr；pr＝(k*l-0.5*l)(5)pr即为卫星导航系统定位性能的计算结果。应用实例：使用测试计算机采集gnss接收机对一个已知坐标点的解算数据，采集时间11000s，采样频率1hz，按具体实施方式计算出水平误差的圆误差结果，并与排序法计算的圆误差结果作对比，如表1所示：表1区间计数法排序法95％圆误差1.315m1.316m运算次数10004.9995×107由表中数据可见，采用区间计数法的评估结果与采用排序法的评估结果仅相差0.001m，但采用区间计数法的运算次数远远低于采用排序法的运算次数，对于大样本量的定位性能评估，可有效减小评估时间。本发明提供的基于区间计数的卫星导航系统快速评估方法，利用定位误差评估样本集中分布的特性，建立一个正向半坐标轴，通过对坐标轴进行区间划分并统计各个区间内落入的定位误差样本数量，再依次累加区间的计数值计算出选定百分比的圆误差，以此作为定位性能评估的结果。对于大样本量的评估，该方法可在不损失评估精度的情况下，将评估效率提高几个数量级，并降低评估对硬件设备内存的要求。本发明提供了一种基于区间计数的卫星导航系统定位性能计算方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。当前第1页12