一种导航电文正确性的自主判断系统及方法与流程

1.本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种导航电文正确性的自主判断系统及方法。


背景技术：

2.卫星导航系统是以卫星为基础进行定位、测速和授时的系统，用户可接收多颗卫星播发的导航电文信号，并根据所述导航电文信号解算出自身位置速度等信息。例如我国的北斗三号全球导航定位系统即为一种卫星导航系统，其可在全球范围内向用户提供导航服务。
3.作为卫星导航系统中的关键，导航卫星电文的精度及正确性直接决定了卫星导航系统的性能，因此，如何保证导航电文的正确性至关重要。
4.目前，导航卫星通常设置有导航信号完好性监测载荷，其用于对下行导航信号的正确性、星载时频系统的健康性能进行自主监测，并在出现异常时，对用户发出导航信号不可用告警。然而，现阶段而言，导航卫星播发的导航电文信息的正确性，仅通过运控中心上注时对导航电文的编码，以及卫星对上注导航电文信息帧的数据校验等手段来保证。
5.这种方式存在一定的风险：由于卫星所在空间环境的恶劣性，在轨卫星的导航任务处理单元可能会受到空间环境影响，在接收处理和存储导航电文过程中发生错误，导致下播的导航电文出现较大偏差；此外，地面运控中心注入导航电文时，若存在精度偏差较大或错误，则难以发现。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种导航电文正确性的自主判断系统，包括：
7.导航电文比对模块，用于存储导航电文的参照数据；
8.导航电文注入模块，用于存储由地面上注的导航电文；
9.导航电文播发模块，用于存储待播发的导航电文；以及
10.控制模块，与所述导航电文比对模块、导航电文注入模块以及导航电文播发模块可通讯地连接，用于控制所述导航电文比对模块、导航电文注入模块以及导航电文播发模块的数据写入，并判断所述地面上注的导航电文是否正确。
11.进一步地，所述参照数据为前一小时由地面上注的导航电文。
12.进一步地，所述导航电文比对模块、导航电文注入模块以及导航电文播发模块为卫星导航任务处理单元中的不同存储区域。
13.本发明另一方面提供一种导航电文正确性的自主判断方法，包括：
14.将导航电文注入模块中的数据移至导航电文比对模块；
15.接收地面上注的导航电文，并存储至导航电文注入模块；以及
16.比对导航电文比对模块以及导航电文注入模块中的数据：
17.若比对结果达到预期，则将导航电文注入模块中的数据更新至导航电文播发模块，进行播发；以及
18.若比对结果未达到预期，则直接播发导航电文播发模块中的数据，并发出告警。
19.进一步地，比对结果达到预期包括：
20.导航电文比对模块以及导航电文注入模块中的数据误差低于预设的误差门限。
21.进一步地，所述误差门限包括长期预报星历误差门限值以及卫星钟差误差门限值。
22.进一步地，所述长期预报星历误差门限值等于地面运管中心相邻两小时对卫星在同一参考时刻预报的星历，归算为卫星位置、速度后的差值的n倍。
23.进一步地，所述卫星钟差误差门限值等于地面运管中心相邻两小时对卫星预报的钟差归算至同一参考时刻后差值的m倍。
24.进一步地，所述自主判断方法还包括：
25.若导航电文注入模块中无数据，则接收到地面上注的导航电文后，先将所述导航电文存储至导航电文注入模块，然后更新到导航电文播发模块，进行播发。
26.本发明提供的一种导航电文正确性的自主判断系统及方法，在导航电文播发前，自动判断将要播发的导航电文正确性，并自动屏蔽错误导航电文，播发正确导航电文，同时向地面运管中心发出错误告警，整个过程响应迅速且无需地面操作，提高了导航卫星智能化水平，提升用户服务能力。
附图说明
27.为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
28.图1示出本发明一个实施例的一种导航电文正确性的自主判断系统的结构示意图；
29.图2示出本发明一个实施例的一种导航电文正确性的自主判断方法的流程示意图；
30.图3示出本发明一个实施例中，常规情况下，导航电文播发的过程示意图；
31.图4示出本发明一个实施例中，导航电文更新间隔较长时，导航电文播发的过程示意图；以及
32.图5示出本发明一个实施例中，轨位调整或时频系统维护时，导航电文播发的过程示意图。
具体实施方式
33.以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明
的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
34.在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
35.导航电文的产生、更新和播发模式是：由地面运管中心收集导航卫星下行信号观测数据，然后将数据统一处理，并完成卫星定轨和钟差解算，然后在每小时固定时刻向整网卫星注入未来一段时间内(通常为2天)的导航电文预报数据，所述导航电文预报数据包含电文参考时刻、长期预报星历、钟差等参数。1个小时内的导航电文预报数据可视为1组导航电文，卫星在需要播发导航电文时，按照当前时间检索每组导航电文的参考时刻，并选取参考时刻与当前时间最近的一组发送给信号下行播发模块，向地面播发。由此可见，用户是依靠导航卫星播发的导航电文来实现自身位置速度等信息的解算，因此导航电文的精度和正确性将直接影响用户的服务性能。目前，卫星仅能在导航电文播发后，地面igmas监测站才能监测到卫星播发了错误导航电文，而不能自主判断导航电文的正确性，因此可能会播发错误的导航电文，对用户使用造成较大影响。基于此，本发明提供一种导航电文正确性的自主判断系统及方法，使得卫星可以自主对将要播发的导航电文正确性进行判断，并自动屏蔽错误导航电文，播发正确导航电文，同时向地面运管中心发出错误告警。下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。
36.图1示出本发明一个实施例的一种导航电文正确性的自主判断系统的结构示意图。如图1所示，一种导航电文正确性的自主判断系统，包括导航电文比对模块101、导航电文注入模块102、导航电文播发模块103以及控制模块104。
37.所述导航电文比对模块101用于存储导航电文的参照数据，在本发明的一个实施例中，所述参照数据为前一小时由地面上注的数据，其包括多组导航电文，其中，任意一组导航电文包括一个小时的导航电文预报数据，所述参照数据中，例如可以包括未来2天内的导航电文预报数据，也可以是更长时长或更短时长的数据。
38.所述导航电文注入模块102用于存储由地面上注的实时数据，其包括多组导航电文，其中，任意一组导航电文包括一个小时的导航电文预报数据，所述实时数据中，例如可以包括未来2天内的导航电文预报数据，也可以是更长时长或更短时长的数据。
39.所述导航电文播发模块103用于存储待播发的一组导航电文，在本发明的实施例中，所述待播发的一组导航电文为通过正确性判断的导航电文。
40.所述控制模块104与所述导航电文比对模块101、导航电文注入模块102以及导航电文播发模块103可通讯地连接，用于控制所述导航电文比对模块101、导航电文注入模块102以及导航电文播发模块103的数据写入及更新，同时，还用于判断所述地面上注的导航电文的正确性。
41.在本发明的一个实施例中，可将卫星导航任务处理单元作为导航电文正确性的自主判断系统，则可在卫星导航任务处理单元中设置三个存储区域作为导航电文比对模块、导航电文注入模块以及导航电文播发模块，然后通过设置，新增所述卫星导航任务处理单元的工作模式：导航电文正确性自主判断模式。所述导航电文正确性自主判断模式默认开启，此时，一旦需要播发指定组的导航电文时，所述卫星导航任务处理单元首先分别按时间
检索导航电文注入模块和导航电文比对模块内相应时刻的导航电文，并将两者进行比对，以判断其正确性，仅满足预期要求的导航电文才会被下播；而当所述导航电文正确性自主判断模式处于关闭状态时，卫星导航任务处理单元在播发导航电文时，不对导航电文正确性进行判断，直接按时间检索导航电文上注区内导航电文相应时刻，将其读入导航电文播发区进行播发。
42.基于上述自主判断系统，图2示出本发明一个实施例的一种导航电文正确性的自主判断方法的流程示意图。如图2所示，一种导航电文正确性的自主判断方法，当需要播发第i组导航电文时：
43.首先，在步骤201，更新比对参照数据。将导航电文注入模块中的数据移至导航电文比对模块，若导航电文注入模块中没有数据，则省略该步骤；
44.接下来，在步骤202，接收实时数据。接收地面上注的导航电文，并存储至导航电文注入模块；
45.接下来，在步骤203，数据比对。比对导航电文比对模块以及导航电文注入模块中的第i组导航电文，判断两者的差值是否符合预设要求，若导航电文比对模块无数据，则省略此步骤；在本发明的一个实施例中，所述预设要求包括：比对导航电文比对模块以及导航电文注入模块中的第i组导航电文的数据误差低于预设的误差门限
△
type
err
，所述预设的误差门限
△
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例如可以包括长期预报星历误差门限值和/或卫星钟差误差门限值，其中，所述长期预报星历误差门限值等于地面运管中心相邻两小时对卫星在同一参考时刻预报的星历，归算为卫星位置、速度后的差值的n倍，以及所述卫星钟差误差门限值等于地面运管中心相邻两小时对卫星预报的钟差归算至同一参考时刻后差值的m倍，其中，所述n及m的取值可以为任意数，在本发明的一个实施例中，优选为3，具体而言，所述长期预报星历误差门限值等于地面运管中心第j小时预报的第i小时星历与第j+1小时预报的第i小时星历差值的3倍；以及所述卫星钟差误差门限值等于地面运管中心第j小时预报的第i小时钟差与第j+1小时预报的第i小时钟差归算至同一参考时刻的差值的3倍，在本发明的实施例中，地面上注的导航电文中，预报的第k小时候的导航电文误差门限可以取值为k*
△
type
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；以及
46.最后，在步骤204，播发导航电文。根据数据比对结果确定播发的导航电文并下播，若导航电文比对模块无数据，则直接将导航电文注入模块中的第i组导航电文更新至导航电文播发模块，进行播发：
47.若比对结果符合预设要求，则表明上注的实时数据中，第i组导航电文正确，则将导航电文注入模块中的第i组导航电文更新至导航电文播发模块，进行播发；以及
48.若比对结果不符合预设要求，则表明上注的实时数据中，第i组导航电文存在错误，则此时直接播发导航电文播发模块中的数据，并发出告警，在此情况下，所述导航电文播发模块中的数据实际为上一次验证正确的一组导航电文。在本发明的一个实施例中，所述告警填写与遥测中，发送给地面运管中心。
49.接下来，为了更好的说明所述自主判断方法，结合实施例附图3
‑
5，对导航电文可能的几种播发过程做详细说明。
50.图3示出本发明一个实施例中，常规情况下，导航电文播发的过程示意图。如图3所示，在常规情况下：
51.初始s1阶段，导航电文正确性自主判断模式处于默认“开启”状态，此时，导航电文比对模块、导航电文注入模块以及导航电文播发模块均初始化为空；
52.接下来，s2阶段，当卫星接收到地面运管中心注入的导航电文(包括多组)时，将所述导航电文存储在导航电文注入模块中，当卫星需要下播第1组导航电文时，由于此时导航电文比对模块为空，无对应的第1组电文，则直接将导航电文注入模块内的第1组电文写入到导航电文播发模块；
53.接下来，s3阶段，当卫星下一小时再次接收到地面运管中心注入的导航电文(包括多组)时，首先将导航电文注入模块内的数据写入导航电文比对模块，然后将接收到的新的导航电文存储在导航电文注入模块内，当卫星需要下播第2组导航电文时，将导航电文注入模块和导航电文比对模块内的第2组导航电文进行比较，若误差未超出预设的误差门限δtype
err
，则将导航电文注入模块内的第2组电文写入到导航电文播发模块；若超出预设的误差门限δtype
err
，则不更新导航电文播发模块内数据，并在遥测中填写告警信息告知地面运管中心；以及
54.最后，在s4阶段，与s3类似，当卫星下一小时再次接收到地面运管中心注入的导航电文(包括多组)时，首先将导航电文注入模块内的数据写入导航电文比对模块，然后将接收到的新的导航电文存储在导航电文注入模块内，当卫星需要下播第i组导航电文时，将导航电文注入模块和导航电文比对模块内的第i组导航电文进行比较，若误差未超出预设的误差门限δtype
err
，则将导航电文注入模块内的第i组电文写入到导航电文播发模块；若超出δtype
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，则不更新导航电文播发模块，直接播发所述导航电文播发模块中的数据，并在遥测中填写告警信息告知地面运管中心，其中，所述数据为此前最后一次未超出δtype
err
的一组导航电文。
55.图4示出本发明一个实施例中，导航电文更新间隔较长时，导航电文播发的过程示意图。常规阶段，地面运管中心在x时刻注入了x～x+n组导航电文，卫星按照时间逐小时自主判断导航电文的正确性，并按组检索播发导航电文，一旦当卫星时间已超过地面注入导航电文参考时刻后，如图4中s1阶段所示，卫星维持播发地面注入的最后一组电文；而在s2阶段，当n+y小时后，卫星重新接收到地面上注的导航电文时，首先将导航电文注入模块内的电文(x～x+n组)写入导航电文比对模块，然后将上注的电文(x+n+y～x+n+y+n)存储在导航电文注入模块内，当卫星需要下播第x+n+y组导航电文时，由于导航电文比对模块中无对应的该组电文，则直接将导航电文注入模块内的该组电文写入到导航电文播发模块。
56.图5示出本发明一个实施例中，轨位调整或时频系统维护时，导航电文播发的过程示意图。常规阶段，如图中s1阶段所示，地面运管中心在x时刻注入了x～x+n组导航电文，卫星按照时间逐小时自主判断导航电文的正确性，并按组检索播发导航电文，到s2阶段，当卫星进行轨道调整或者星载时频系统进行维护后，该卫星新的导航电文与之前的导航电文误差已不满足δtypeerr，地面运管中心在上注新的导航电文时，将导航电文正确性自主判断模式设置为关闭状态，不进行导航电文正确性比对判断，自动将导航电文注入模块内的需播发电文写入到导航电文播发模块，接下来，在s3阶段，下一小时地面运管中心在上注导航电文前，将导航电文正确性自主判断模式设置为开启状态，则回复到常规情况，对导航电文进行存储、比对、播发。
57.本发明提供的一种导航电文正确性的自主判断系统及方法，在导航电文播发前，
自动判断将要播发的导航电文正确性，并自动屏蔽错误导航电文，播发正确导航电文，同时向地面运管中心发出错误告警，整个过程响应迅速且无需地面操作，提高了导航卫星智能化水平，提升用户服务能力。
58.尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。