一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法及装置与流程

本发明涉及北斗卫星，尤其涉及一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法及装置。

背景技术：

1、北斗精密单点定位服务作为北斗三号全球系统新研服务类型，具有高精度、高实时性的特点，而科学、统一的服务性能评估方法是高可靠的北斗精密单点定位服务的重要保证。目前国内尚未建立相关北斗精密单点定位服务性能评估方法。

2、随着服役年限的增加、其他外界环境干扰或者其他不可抗力的原因，北斗系统的卫星、地面站或通信链路可能会出现故障，这必然会影响北斗精密单点定位服务的性能，精密单点定位服务的性能推演结果值表征了精密单点定位服务性能降效情况。如何基于北斗系统服务性能指标计算北斗系统精密单点定位服务的整体性能推演结果和降效情况是北斗系统精密单点定位服务在故障条件下需要回答的关键问题。因此，提供一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法及装置，以精准分析不同故障条件下的北斗系统精密单点定位服务性能性能推演结果值，进而实现对系统关键节点故障时北斗系统精密单点定位服务性能降效程度的评估。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法及装置，精准分析不同故障条件下的北斗系统精密单点定位服务性能性能推演结果值，实现对系统关键节点故障时北斗系统精密单点定位服务性能降效程度的评估。

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北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法，所述方法包括：

3、s1、获取故障前的服务性能参数信息；所述服务性能包括空间信号测距误差、定位精度、定位收敛时间、定位服务可用性、定位服务连续性；

4、s2、对所述故障前的服务性能参数信息进行计算处理，得到故障前的服务性能评估信息；

5、s3、获取故障信息和故障后的服务性能参数信息；所述故障信息包括北斗卫星故障、星间链路故障、地面站故障；

6、s4、对所述故障后的服务性能参数信息进行计算处理，得到故障后的服务性能评估信息；所述对所述故障后的服务性能参数信息进行计算处理过程与对所述故障前的服务性能参数信息进行计算处理过程相同；

7、s5、对所述故障前的服务性能评估信息和故障后的服务性能评估信息进行计算处理，得到服务性能推演结果信息；

8、s6、利用精密单点定位服务降效模型，对所述服务性能推演结果信息进行计算处理，得到精密单点定位服务性能推演值。

9、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述服务性能参数信息包括广播星历、轨道改正数向量、钟差改正数向量、精密单点定位参数、定位收敛数据；

10、所述服务性能评估信息包括空间信号测距误差评估信息、定位精度评估信息、定位收敛时间评估信息、定位服务可用性评估信息、定位服务连续性评估信息；

11、所述对服务性能参数信息进行计算处理，得到服务性能评估信息，包括：

12、对所述广播星历、轨道改正数向量、钟差改正数向量进行计算处理，得到空间信号测距误差评估信息；

13、对所述精密单点定位参数进行计算处理，得到定位精度评估信息；

14、对所述定位收敛数据进行计算处理，得到定位收敛时间评估信息；

15、对预设历元数内满足定位精度的定位结果进行计算处理，得到定位服务可用性评估信息；

16、利用定位服务连续性模型，对预设时段内定位服务可用性评估信息进行处理，得到定位服务连续性评估信息。

17、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述对所述广播星历、轨道改正数向量、钟差改正数向量进行处理，得到空间信号测距误差评估信息，包括：

18、利用第一测距误差模型对所述广播星历、轨道改正数向量、钟差改正数向量进行计算处理，得到卫星位置向量和卫星钟差向量；

19、利用第二测距误差模型对所述卫星位置向量和所述卫星钟差向量进行计算处理，得到轨道精度和钟差精度；所述轨道精度包括轨道径向精度、轨道切向精度和轨道法向精度；

20、利用第三测距误差模型对所述测距误差权重参数信息、所述轨道径向精度、轨道切向精度轨道法向精度和钟差精度进行计算处理，得到空间信号测距误差评估信息；

21、其中，所述第一测距误差模型为

22、xorbit＝xbroad_orbit-δxorbit；

23、tclock＝tbroad_clock-δtclock；

24、式中，xorbit、tclock分别卫星位置向量、卫星钟差向量；xbroad_orbit、tbroad_clock分别为由广播星历计算得到的卫星位置向量和卫星钟差向量；δxorbit、δtclock分别为精密单点定位服务提供的轨道改正数向量和钟差改正数向量；

25、所述第二测距误差模型为

26、

27、δt＝tclock-tclock_precise；

28、式中，xorbit_precise和tclock_precise分别为预设的精密轨道向量和精密钟差向量；δr为经精密单点定位服务修正后的轨道径向精度；δa为经精密单点定位服务修正后的轨道切向精度；δn为经精密单点定位服务修正后的目标轨道法向精度；δt为经精密单点定位服务修正后的钟差精度；m为预设的直角坐标系到rtn坐标系的旋转矩阵；

29、所述第三测距误差模型为

30、

31、式中，sisre_ppp为精密单点定位服务的空间信号测距误差评估信息，c表示光速；

32、α和β为测距误差权重参数，所述测距误差权重参数根据卫星轨道类型进行预设。

33、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述对所述轨道改正数向量、钟差改正数向量进行计算处理，得到定位精度评估信息，包括：

34、对轨道改正数向量、钟差改正数向量进行计算处理，得到精密单点定位结果；

35、获取空间直角坐标系下的基准坐标；

36、利用定位精度评估模型，对所述精密单点定位结果和所述基准坐标进行处理，得到定位精度评估信息；所述定位精度评估信息包括空间直角坐标系定位精度评估信息和当地水平坐标系定位精度评估信息；

37、所述定位精度评估模型为：

38、dstatic_xyz＝posppp_dstatic-pospre_static；

39、dstatic_enu＝rxyz2enu·dstatic_xyz；

40、其中，dstatic_xyz为空间直角坐标系定位精度评估信息，dstatic_enu为当地水平坐标系定位精度评估信息，posppp_static为所述精密单点定位结果，pospre_static为所述基准坐标，rxyz2enu为空间直角坐标系到当地水平坐标系的转换矩阵。

41、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述对所述定位收敛数据进行处理，得到定位收敛时间评估信息，包括：

42、根据预设的定位收敛条件，对所述定位收敛数据进行计算，得到m个定位收敛时间值；所述预设的定位收敛条件包括定位误差精度门限、收敛时长、计算次数；所述计算次数为不小于10的正整数；所述m为预设的定位收敛条件中的计算次数；

43、利用时间收敛模型对所述m个定位收敛时间值进行加权平均处理，得到定位收敛时间评估信息；

44、其中，所述时间收敛模型为：

45、

46、式中，δtppp为定位收敛时间值信息，δtppp_i为第i个定位收敛时间值，ni为第i个定位收敛时间值对应的权重。

47、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述服务性能推演结果信息包括空间信号测距误差推演结果、定位精度推演结果、定位收敛时间推演结果、定位服务可用性推演结果、定位服务连续性推演结果；

48、所述对所述故障前的服务性能评估信息和故障后的服务性能评估信息进行计算处理，得到服务性能推演结果信息，包括：

49、利用第一推演模型，对故障前和故障后的空间信号测距误差评估信息、定位精度评估信息、定位收敛时间评估信息进行计算，得到空间信号测距误差推演结果、定位精度推演结果、定位收敛时间推演结果；

50、所述第一推演模型为：

51、

52、式中，pppkhnl_i表示第i项服务性能推演结果，pppi_before表示故障前第i项服务性能评估信息，pppi_after表示故障后第i项服务性能评估信息，所述i∈{1，2，3}，第1项服务性能表示空间信号测距误差，第2项服务性能表示定位精度，第3项服务性能表示定位收敛时间；

53、利用第二推演模型，对故障前和故障后的定位服务可用性评估信息、定位服务连续性评估信息进行计算，得到定位服务可用性推演结果、定位服务连续性推演结果；

54、所述第二推演模型为：

55、

56、式中，pppkhnl_j表示第j项服务性能推演结果，pppj_before表示故障前第j项服务性能评估信息，pppj_after表示故障后第j项服务性能评估信息，所述j∈{4，5}，第4项服务性能表示定位服务可用性，第5项服务性能表示定位服务连续性。

57、作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述利用精密单点定位服务降效模型，对所述服务性能推演结果信息进行计算处理，得到精密单点定位服务性能推演值，包括：

58、获取服务性能权重参数信息；所述服务性能权重参数为不大于0.5的正数；

59、利用精密单点定位服务性能评估模型对所述服务性能推演结果信息和所述服务性能权重参数信息进行计算处理，得到精密单点定位服务性能推演值；

60、所述精密单点定位服务性能评估模型为：

61、

62、式中，pppkhnl表示精密单点定位服务性能推演值，pppkhnl_k表示第k项服务性能推演结果，nk表示第k项服务性能权重参数，所述k∈{1，…,5}，第1项服务性能表示空间信号测距误差，第2项服务性能表示定位精度，第3项服务性能表示定位收敛时间，第4项服务性能表示定位服务可用性，第5项服务性能表示定位服务连续性。

63、本发明实施例第二方面公开了一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演装置，所述装置包括：

64、获取模块，用于获取服务性能参数信息和故障信息；所述服务性能包括空间信号测距误差、定位精度、定位收敛时间、定位服务可用性、定位服务连续性；

65、评估模块，用于基于所述服务性能参数信息，计算出服务性能评估信息；所述服务性能评估信息包括空间信号测距误差评估信息、定位精度评估信息、定位收敛时间评估信息、定位服务可用性评估信息、定位服务连续性评估信息；

66、推演模块，用于利用推演模型和精密单点定位服务降效模型对所述服务性能评估信息进行计算处理，确定出服务性能推演结果信息和精密单点定位服务性能推演值；所述推演模型包括第一推演模型和第二推演模型；所述服务性能推演结果信息包括空间信号测距误差推演结果、定位精度推演结果、定位收敛时间推演结果、定位服务可用性推演结果、定位服务连续性推演结果。

67、本发明第三方面公开了另一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演装置，所述装置包括：

68、存储有可执行程序代码的存储器；

69、与所述存储器耦合的处理器；

70、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法中的部分或全部步骤。

71、针对现有技术，本发明的有益效果：

72、本发明提供的一种北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法及装置，利用获取的故障前和故障后的服务性能参数信息，分别计算得到故障前和故障后的服务性能评估信息；基于故障前和故障后的服务性能评估信息，进行单项服务性能推演，进一步计算处理得到精密单点定位服务性能推演值。可见，本发明构建了北斗系统精密单点定位服务性能降效推演方法，适用于北斗卫星故障、星间链路故障、地面站故障等北斗系统中关键单节点故障场景，可以计算精密单点定位服务涉及的精密单点定位空间信号测距误差、精密单点定位精度、定位收敛时间、精密单点定位服务可用性、精密单点定位服务连续性共5项评估内容的性能推演结果值和精密单点定位服务的综合性能推演结果值以及服务性能降效情况，本发明适用范围广，可定量给出不同故障条件下的北斗系统精密单点定位服务性能降效情况和性能推演结果值，解决了北斗系统缺少精密单点定位服务性能推演结果解算的问题。