基于马尔科夫链的gnss完好性检测率估计方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于马尔科夫链的GNSS完好性检测率估计方法，首先获得完好性监测算法基线检测的卫星空间信号异常比率，然后依次计算初次信号捕获时出现异常但未检测出来的概率、任务时间段内发生卫星异常的概率和任务时间段内发生卫星异常恢复的概率，根据估计的卫星异常的漏检概率值由马尔科夫链监测评估模型计算发生异常但未检测到的概率，并判断是否满足卫星导航系统完好性风险，最后计算系统的完好性风险概率。本发明可在实际接收卫星情况下进行完好性检测率的估计，不仅能够用于完好性监测算法基线的设计，而且能够用于卫星导航增强系统运行情况下完好性检测率的评估。
【专利说明】基于马尔科夫链的GNSS完好性检测率估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航增强【技术领域】，具体涉及一种完好性监测指标完好性检测率 的估计方法，用于支持卫星导航增强系统地面监测网完好性监测能力的评价。
【背景技术】
[0002] 卫星导航系统必须被增强才能满足大多数有特殊要求的航空、高速公路、铁路和 进出港口等应用所需的精度和完好性要求。卫星导航增强系统按照增强信息广播的方式 和服务覆盖区域的不同分为广域星基增强系统（SBAS)、地基增强系统和局域地基增强系统 (GBAS)。这些增强系统中必须包括卫星导航空间信号完好性监测功能，完好性检测率指标 通常需要达到0. 99至0. 99999。完好性检测率是一项反映增强系统完好性监测能力的重要 指标。
[0003] 卫星导航增强系统由若干个地面监测站和中心站（或中心处理设备）构成的地面 监测网和用户终端组成。中心站（或中心处理设备）对每个监测站采集的观测数据（伪距、 载波相位、多普勒等）进行处理，形成完好性增强信息和差分改正信息，通过卫星、地面广 播电台网络、地对空数据链等通信手段发布给用户，用户利用这些信息进行完好性增强和 差分定位，从而提高精度和完好性指标。完好性增强的过程是在地面监测站和中心站（或 中心处理设备）进行卫星导航空间信号的完好性监测，在完好性监测的基础上形成基于伪 距偏差的完好性增强信息，由用户设备对完好性增强信息进行处理判断是否超过VAL(垂 直告警门限）和HAL(水平告警门限），对超出门限的卫星进行剔除，使参与定位解算的卫星 具有较高的健康状态，从而提高了完好性指标。完好性监测是由完好性监测算法基线完成 的，该基线是由若干个完好性检测算法构成的，按照系统设计要求作为数据处理的一部分， 分别放于地面监测站和中心站（或中心处理设备）中。每个完好性检测算法通常都是针 对一种可能的故障因素，由完好性算法计算出检测量通过检测门限进行判断，检测门限设 置的大小能够影响这种完好性算法检测出故障的概率值，门限过小被检测出故障的几率偏 大，门限过大被检测出故障的几率偏小。完好性监测能力通常由完好性检验率指标表征，对 完好性检测率的正确估计，不仅能够测试完好性指标是否满足系统设计要求，而且能够辅 助完好性监测算法基线的设计以及算法检测门限的选取。
[0004] 卫星导航空间信号异常是一个小概率事件，而卫星导航增强系统本身的电子设备 出现异常的情况远远大于导航卫星的异常，对完好性监测是一个涉及到多种因素检测的复 杂过程。目前对完好性监测性能的测试是由完好性故障模拟器模拟出具有一定故障概率的 数据，检验增强系统完好性监测算法是否能够检测出来。这种方法只能在实验室进行模拟 测试，不能反映实际接收卫星时的情况。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提出了的一种基于马尔科夫链评估模型的完好 性检测率估计方法，可在实际接收卫星情况下进行完好性检测率的估计，不仅能够用于完 好性监测算法基线的设计，而且能够用于卫星导航增强系统运行情况下完好性检测率的评 估。
[0006] 本发明解决以上技术问题的方案包括以下步骤：
[0007] (1)根据完好性监测算法基线针对包括卫星星历异常、卫星时钟异常、卫星信号异 常、码载波发散、低信号功率以及空间电磁干扰在内的六种异常的告警，统计发生卫星空间 信号异常的比率A =发生异常的次数/接收数据次数；
[0008] 所述的接收数据次数大于系统所需完好性风险概率的基数。
[0009] (2)计算初次信号捕获时出现异常但未检测出来的概率卬(0)=从777?/1/77^， 其中，MTTR表示地面站卫星异常平均响应时间，MTBF表示卫星异常平均发生时间；
[0010] 当六种异常为等概率事件时，每种异常出现的概率入e =入/6, C = 1，2... 6 ;当出 现非等概率事件时，riKG) =
[0011] (3)计算任务时间段内发生卫星异常的概率f=2.8x|〇42T，式中，T是任务时 间；
[0012] (4)计算任务时间段内发生卫星异常恢复的概率已；
[0013] (5)估计卫星异常的漏检概率值的初值；
[0014] (6)由马尔科夫链监测评估模型计算经过s次独立的完好性评估之后卫星信号发 生异常但并未被检测到的概率nHv) = €1/ $ (G + n丨-1));
[0015] (7)判断经过s次独立的完好性评估之后各种卫星信号异常的概率之和
【权利要求】
1. 一种基于马尔科夫链的GNSS完好性检测率估计方法，其特征在于包括下述步骤： (1) 根据完好性监测算法基线针对包括卫星星历异常、卫星时钟异常、卫星信号异常、 码载波发散、低信号功率以及空间电磁干扰在内的六种异常的告警，统计发生卫星空间信 号异常的比率A =发生异常的次数/接收数据次数； (2) 计算初次信号捕获时出现异常但未检测出来的概率n丨'(O) = M777?/M7^F，其中， MTTR表示地面站卫星异常平均响应时间，MTBF表示卫星异常平均发生时间； 当六种异常为等概率事件时，每种异常出现的概率A ^ = A /6, c = 1，2. .. 6 ;当出现非 等概率事件时，FI丨(G) =/T ; (3) 计算任务时间段内发生卫星异常的概率G =2.8x10 IT，式中，T是任务时间； (4) 计算任务时间段内发生卫星异常恢复的概率Pr; (5) 估计卫星异常的漏检概率值CL/的初值； (6) 由马尔科夫链监测评估模型计算经过s次独立的完好性评估之后卫星信号发生异 常但并未被检测到的概率n!⑴=^+ nI 〇 _
(9) S加1，重新执行步骤（1) - (8)。
2. 根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的GNSS完好性检测率估计方法，其特征在 于：所述的接收数据次数大于系统所需完好性风险概率的基数。
3. 根据权利要求1所述的基于马尔科夫链的GNSS完好性检测率估计方法，其特征在 于：所述的卫星导航系统完好性风险Rint曲为1〇_9量级。
【文档编号】G06F19/00GK104331602SQ201410527672
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】杨文辉, 郭美杉, 张伟, 王彩霞, 姚昱萱 申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所