一种水平保护级计算方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及导航完好性研究，特别涉及一种水平保护级计算方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、卫星导航信号功率较低，且非常脆弱，容易受到系统外来的有意或无意干扰，导致精度降低甚至丧失导航定位能力，在安全性要求级别最高的民用航空领域，需要根据飞机在不同的飞行阶段做出准确的评估，以提供高精度、高可靠、连续的导航定位性能。

2、国际民航组织(international civil aviation organization，icao)在gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)标准与建议措施中明确定义了gnss应满足的性能需求，其中包括精度、完好性、连续性及可用性。导航系统的可用性(availability)是指系统在预期运行时提供所需功能和性能的能力，反映系统在规定有效区域内提供可用服务的能力。北斗导航系统将逐步纳入民航gnss标准框架内，成为核心星座之一，因此，需要详细谨慎的评估其全球服务能力，尤其是水平保护级参数。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水平保护级计算方法、系统、设备及存储介质，符合民航标准，能够对水平保护级进行有效的计算，以提供高精度、高可靠、连续的导航定位性能。其具体方案如下：

2、第一方面，本申请公开了一种水平保护级计算方法，包括：

3、确定可用卫星并获取各所述可用卫星的方位角以及仰角；

4、构建所述可用卫星的位置导航解算方程，并利用所述方位角和所述仰角确定与各所述可用卫星对应的观测向量矩阵以及权重矩阵；其中，所述权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定；

5、根据最小二乘残差，利用所述观测向量矩阵和所述权重矩阵确定用于表征各所述可用卫星的测量精度的斜率；

6、确定所述斜率中的最大斜率，并根据所述最大斜率计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级。

7、可选的，所述位置导航解算方程为y＝gx+∈；其中，y为各所述可用卫星的伪距，x为当前载体的位置坐标；g为所述观测向量矩阵，ε为误差；

8、所述观测向量矩阵为gi＝[-cos(ei)sin(ai) -cos(ei)cos(ai) -sin(ei) 1]；其中，i用于标识所述可用卫星，i∈[1，n]；ei为第i颗可用卫星的仰角，ai为第i颗可用卫星的方位角；

9、所述权重矩阵为其中，w1，w2，...，wn为所述权重矩阵的对角线元素，通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定。

10、可选的，所述权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定的过程，包括：

11、基于所述位置导航解算方程，利用对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计；其中，为第i颗可用卫星的伪距测量误差；urai为卫星星历及钟差的等效测量精度；为利用北斗bdgim模型评估得到的电离层修正误差；为导航信号在大气中的传播误差；为对流层误差；

12、对所述伪距测量误差求倒数得到所述权重矩阵的所述对角线元素，以便基于所述对角线元素确定所述权重矩阵。

13、可选的，所述电离层修正误差的计算公式为其中，c为真空中光速；tiono为所述bdgim模型计算的电离层误差修正；fpp为穿刺点电离层投影函数，e为所述仰角，re为地球平均半径，hion为电离层薄层高度；τvert为垂直穿刺点的电离层精度评估数据。

14、可选的，所述导航信号在大气中的传播误差的计算公式为其中，ei为第i颗可用卫星的仰角。

15、可选的，所述对流层误差的计算公式为σi，tropo＝(σvte·m(ei))；其中，σvte为0.12米，ei为第i颗可用卫星的仰角。

16、可选的，所述可用卫星的测量精度的斜率为其中，i用于标识所述可用卫星，i∈[1，n]；a和s分别为中间变量，a＝(g′wg)-1g′，s＝i-ca，i为单位矩阵，w为所述权重矩阵，g为所述观测向量矩阵，sws＝s′ws。

17、可选的，所述确定所述斜率中的最大斜率，并根据所述最大斜率计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级，包括：

18、确定所述斜率中的最大斜率，并利用计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级；hpl为计算得到的所述水平保护级；slopemax为所述最大斜率，σ0为卫星平均测量精度，λk为非中心化参数。

19、第二方面，本申请公开了一种水平保护级计算系统，包括：

20、信息确定模块，用于确定可用卫星并获取各所述可用卫星的方位角以及仰角；

21、矩阵计算模块，用于构建所述可用卫星的位置导航解算方程，并利用所述方位角和所述仰角确定与各所述可用卫星对应的观测向量矩阵以及权重矩阵；其中，所述权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定；

22、斜率计算模块，用于根据最小二乘残差，利用所述观测向量矩阵和所述权重矩阵确定用于表征各所述可用卫星的测量精度的斜率；

23、保护级计算模块，用于确定所述斜率中的最大斜率，并根据所述最大斜率计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级。

24、第三方面，本申请公开了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如前所述的水平保护级计算方法。

25、第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的水平保护级计算方法。

26、本申请提供了一种水平保护级计算方法，包括：确定可用卫星并获取各所述可用卫星的方位角以及仰角；构建所述可用卫星的位置导航解算方程，并利用所述方位角和所述仰角确定与各所述可用卫星对应的观测向量矩阵以及权重矩阵；其中，所述权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定；根据最小二乘残差，利用所述观测向量矩阵和所述权重矩阵确定用于表征各所述可用卫星的测量精度的斜率；确定所述斜率中的最大斜率，并根据所述最大斜率计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级。可见，本申请中提出一种符合民航标准的权重方式，通过利用预设权重项组合公式对各可用卫星的伪距测量误差进行估计，进而确定观测向量矩阵以及权重矩阵；然后利用观测向量矩阵以及权重矩阵计算当前位置精度的水平保护级，以实现民用航空领域下的完好性监测，提供高精度、高可靠、连续的导航定位性能。

27、此外，本申请提供的一种水平保护级计算系统、设备及存储介质，与上述水平保护级计算方法对应，效果同上。

技术特征：

1.一种水平保护级计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述位置导航解算方程为y＝gx+∈；其中，y为各所述可用卫星的伪距，x为当前载体的位置坐标；g为所述观测向量矩阵，ε为误差；

3.根据权利要求2所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各所述可用卫星的伪距测量误差进行估计确定的过程，包括：

4.根据权利要求3所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述电离层修正误差的计算公式为其中，c为真空中光速；tiono为所述bdgim模型计算的电离层误差修正；fpp为穿刺点电离层投影函数，e为所述仰角，re为地球平均半径，hion为电离层薄层高度；τvert为垂直穿刺点的电离层精度评估数据。

5.根据权利要求3所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述导航信号在大气中的传播误差的计算公式为其中，ei为第i颗可用卫星的仰角。

6.根据权利要求3所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述对流层误差的计算公式为σi，tropo＝(σvte·m(ei))；其中，vvte为0.12米，ei为第i颗可用卫星的仰角。

7.根据权利要求1所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述可用卫星的测量精度的斜率为其中，i用于标识所述可用卫星，i∈[1，n]；a和s分别为中间变量，a＝(g′wg)-1g′，s＝i-ca，i为单位矩阵，w为所述权重矩阵，g为所述观测向量矩阵，sws＝s′ws。

8.根据权利要求1至7任一项所述的水平保护级计算方法，其特征在于，所述确定所述斜率中的最大斜率，并根据所述最大斜率计算各所述可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级，包括：

9.一种水平保护级计算系统，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的水平保护级计算方法。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的水平保护级计算方法。

技术总结
本申请公开了一种水平保护级计算方法、系统、设备及存储介质，涉及导航完好性研究技术领域。该方法包括：确定可用卫星并获取各可用卫星的方位角以及仰角；构建可用卫星的位置导航解算方程，并利用方位角和仰角确定与各可用卫星对应的观测向量矩阵以及权重矩阵；其中，权重矩阵通过基于所述位置导航解算方程，利用预设权重项组合公式对各可用卫星的伪距测量误差进行估计确定；根据最小二乘残差，利用观测向量矩阵和权重矩阵确定用于表征各可用卫星的测量精度的斜率；确定斜率中的最大斜率，并根据最大斜率计算各可用卫星的当前位置定位精度的水平保护级。通过本申请的技术方案，可以为民用航空提供高精度、高可靠、连续的导航定位性能。

技术研发人员：王绍新,王焱滨,李永慧,潘路平,付健
受保护的技术使用者：中电科航空电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8