一种导航卫星境外故障诊断方法与流程

本发明涉及卫星导航，尤其涉及一种导航卫星境外故障诊断方法。

背景技术：

1、卫星导航系统是国家重要的时空信息基础设施，gps、glonass、galileo、bds等四大卫星导航系统均已实现了全球卫星导航服务，但受地面监测跟踪站部署的局域性，无法实现在轨卫星的全弧段跟踪，以典型24/3/1walk星座的meo卫星为例，其绕地球转动一周约需要24小时，而中国境内地面站监测网有效跟踪时间约为8小时，则卫星每天约有2/3的时间处于地面监测跟踪站不可视的弧段。此外，境外的地面监测跟踪站将信息回传至主控站的时效性也较低，难以实现境外卫星故障的快速识别与诊断。能否快速识别境外导航卫星的运行状态，并对故障进行快速定位与处置，对于提升卫星导航系统服务的连续性和可靠性具有重要意义。

2、随着各大卫星导航系统现代化进程的不断推进，gps、bds等系统的导航卫星逐步搭载了星间链路载荷，使得星间测量与信息传输成为可能。同时，考虑到星间数传信息的传输容量有限，设计基于有限星间数传信息的快速故障诊断方法有着重要的实际应用价值。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，针对全球卫星导航服务受地面监测跟踪站部署的局域性，无法实现在轨卫星的全弧段跟踪，以及境外的地面监测跟踪站将信息回传至主控站的时效性也较低，难以实现境外卫星故障的快速识别与诊断的问题，提出一种导航卫星境外故障诊断方法，以解决导航卫星境外监测能力不足、境外故障无法识别等问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种导航卫星境外故障诊断方法，所述方法包括：

3、s1，利用信号域监测模块，对卫星工作钟、信号时延跳变、信号功率跳变、信号频率跳变、信号相位跳变进行监测，得到信号完好性标识；所述信号完好性标识为信号域监测信息；

4、s2，利用信息域监测模块，对轨道参数、钟差参数、他星自主导航电文和星地星间测量信息进行处理，得到信息域监测信息；

5、s3，利用导航卫星境外故障诊断模块，对所述信号域监测信息和所述信息域监测信息进行处理，得到境外导航卫星故障诊断结果。

6、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用信号域监测模块，对卫星工作钟、信号时延跳变、信号功率跳变、信号频率跳变、信号相位跳变进行监测，得到信号完好性标识，包括：

7、s11，所述信号域监测模块，对卫星工作钟进行检测，得到工作钟告警标识；

8、s12，所述信号域监测模块，对当前时刻与前一时刻的信号时延跳变、信号功率跳变、信号频率跳变、信号相位跳变进行监测，得到当前时刻与前一时刻之间的信号时延差值、信号功率差值、信号频率差值和信号相位差值；

9、s13，当所述工作钟告警标识为有告警状态，和/或所述信号时延差值、信号功率差值、信号频率差值和信号相位差值大于预设的信号时延差值阈值、信号功率差值阈值、信号频率差值阈值和信号相位差值阈值时，将所述信号完好性标识设置为不完好状态；

10、s14，利用星间链路，将所述信号完好性标识按照播发周期回传至地面运行控制中心。

11、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用信息域监测模块，对轨道参数、钟差参数、他星自主导航电文和星地星间测量信息进行处理，得到信息域监测信息，包括：

12、s21，所述信息域监测模块，利用对双单向测距进行求和与作差，对轨道和钟差参数进行解耦，得到星间轨道建链残差和星间钟差建链残差；

13、s22，利用基于ekf滤波的自主导航模型，对他星自主导航电文和星地星间测量信息进行处理，得到本星自主星历参数和本星自主钟差参数；

14、所述本星自主星历参数和本星自主钟差参数构成本星自主导航电文；

15、s23，所述星间轨道建链残差、星间钟差建链残差、本星自主导航电文构成所述信息域监测信息；

16、s24，利用星间链路，将所述信息域监测信息按照播发周期回传至地面运行控制中心。

17、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用对双单向测距进行求和与作差，对轨道和钟差参数进行解耦，得到星间轨道建链残差和星间钟差建链残差，包括：

18、s211，利用第一测距模型，计算卫星a在自身钟面时t1时刻收到卫星b发射的测距信号，得到t1时刻的测距值ρ′ba(t1)；

19、s212，将所述测距值ρ′ba(t1)归算至时刻t0，得到第一测距值ρba(t0)；

20、s213，利用第二测距模型，计算卫星b在其钟面时t2时刻接收到卫星a发射的测距信号，得到t2时刻的测距值ρ′ab(t2)；

21、s214，将所述测距值ρ′ab(t2)归算至时刻t0，得到第二测距值ρab(t0)；

22、s215，利用预报星历测距改正值计算模型，对所述测距值ρ′ba(t1)进行处理，得到预报星历测距改正值δρba；

23、s216，利用星钟参数测距改正值计算模型，对所述测距值ρ′ab(t2)进行处理，得到星钟参数测距改正值δρab；

24、s217，对所述第一测距值ρba(t0)和所述第二测距值ρab(t0)进行处理，得到星间轨道建链残差；

25、s218，对所述第一测距值ρba(t0)和所述第二测距值ρab(t0)进行处理，得到星间钟差建链残差。

26、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述利用导航卫星境外故障诊断模块，对所述信号域监测信息和所述信息域监测信息进行处理，得到境外导航卫星故障诊断结果，包括：

27、s31，利用所述本星自主导航电文中的本星自主星历参数，计算当前星历参考时刻ti的用户测距误差和上一星历参考时刻ti-1的用户测距误差并计算得到用户测距误差差值

28、s32，利用所述本星自主导航电文中的本星自主钟差参数，计算当前星历参考时刻ti的卫星钟差绝对误差和上一星历参考时刻ti-1的卫星钟差绝对误差并计算得到卫星钟差绝对误差差值

29、s33，利用所述本星自主导航电文中的本星自主钟差参数，计算当前星历参考时刻ti的卫星钟差相对时间误差和上一星历参考时刻ti-1的卫星钟差相对时间误差并计算得到卫星钟差相对时间误差差值

30、s34，所述导航卫星境外故障诊断模块，对所述信号完好性标识、所述星间轨道建链残差、所述星间钟差建链残差、所述用户测距误差差值所述卫星钟差绝对误差差值和所述卫星钟差相对时间误差差值进行处理，得到导航卫星境外故障诊断结果。

31、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述当前星历参考时刻ti的用户测距误差的计算方法为：

32、s311，利用所述自主导航电文中的本星自主星历参数，计算星历参考时刻ti的卫星位置；

33、s312，将所述星历参考时刻ti的卫星位置，与对应卫星的精密星历进行比较，得到轨道测定误差；

34、s313，将所述轨道测定误差转换为径向信息、沿迹信息和法向信息；

35、s314，对所述径向信息、沿迹信息和法向信息进行处理，得到前星历参考时刻ti的用户测距误差

36、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述导航卫星境外故障诊断模块，对所述信号完好性标识、所述星间轨道建链残差、所述星间钟差建链残差、所述用户测距误差差值所述卫星钟差绝对误差差值和所述卫星钟差相对时间误差差值进行处理，得到导航卫星境外故障诊断结果，包括：

37、s341，当所述信号完好性标识异常时，判定本星下行导航信号存在异常；

38、s342，当所述信号完好性标识异常，所述星间钟差建链残差超过预设的星间钟差残差监测阈值所述卫星钟差绝对误差差值或所述卫星钟差相对时间误差差值超过预设的卫星钟差误差监测阈值limclk时，判定本星卫星钟存在异常；

39、s343，当仅有所述星间钟差建链残差超过预设的星间钟差残差监测阈值时，判定他星卫星钟、星间测距载荷或星上自主导航单元存在异常；

40、s344，当仅有所述星间轨道建链残差超过预设的星间轨道残差监测阈值时，判定他星星上自主导航单元或星间测距载荷存在异常；

41、s345，当所述星间钟差建链残差超过预设的星间钟差残差监测阈值所述星间轨道建链残差超过预设的星间轨道残差监测阈值所述用户测距误差差值超过预设的卫星位置误差阈值所述卫星钟差绝对误差差值或所述卫星钟差相对时间误差差值超过预设的卫星钟差误差监测阈值limclk时，判定本星星上自主导航单元存在异常。

42、作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：

43、所述导航卫星境外故障诊断模块的诊断内容，均基于信息域监测结果、信号域监测结果无传输误码或野值异常数据的情况。

44、本发明实施例第二方面公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明第一方面中所述的导航卫星境外故障诊断方法。

45、本发明实施例第三方面公开了一种电子设备，所述电子设备包括本发明第一方面中所述的导航卫星境外故障诊断方法。

46、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

47、(1)设计信息域与信号联合的故障诊断方法。本发明以导航卫星自身信号完好性监测能力为主，结合基于他星自主导航电文和星间测距信息生成的星上自主导航电文信息，实现了导航卫星的运行状态标识与诊断信息的快速生成。

48、(2)弥补导航卫星境外故障快速诊断缺失。本发明立足导航卫星境外无地面站跟踪监测的现实问题，基于星间链路测距和数传信息，构建了导航卫星境外故障快速诊断与识别工作模式。