一种北斗卫星导航系统性能监测装置及其监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航领域，设及一种北斗卫星导航系统性能监测装置及其监测方 法。
【背景技术】
[0002] 北斗卫星导航系统为我国自主设计建设，于2012年12月公布了北斗空间信号接 口控制文件，标志其正式投入运行，为中国及周边地区提供高性能的服务，到2020年前建 设成为覆盖全球的导航定位系统。北斗卫星导航系统具备定位、授时和通信功能，在我国的 电力、电信、交通、金融和军事等行业领域发挥重要作用。
[0003] 目前北斗卫星导航系统建设正进行步走"最后一个阶段，将发射更多数量的卫 星，其应用也进入快速增长阶段，应用广度和深度均有显著变化，北斗相关应用标准化也在 不断推进，北斗应用在国民经济诸多领域的重要性越来越得到体现。对于北斗授时和定位 产品的研制单位，只有更好的研究北斗系统性能，才能更好的掌握北斗性能，研制出性能更 加卓越的北斗终端设备，促进北斗相关产品的应用推广。目前，我国还没有针对北斗电文实 时监测及系统性能实时监测的发明。通过采用对北斗导航电文全天候实时监测的方式，是 了解北斗卫星导航电文、掌握北斗系统性能的简单易行的方案。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于提供一种能监测北斗卫星导航系统性能的方法及 其装置，便于掌握北斗系统的性能，为研制出性能更加卓越的北斗终端设备提供保障。 阳〇化]为解决上述技术问题，本发明采用W下技术方案：
[0006] 一种北斗卫星导航系统性能监测装置，它包括北斗卫星电文接收单元、北斗电文 监测分析单元、北斗卫星自主定位单元、北斗卫星授时单元、定位结果检测单元、同步精度 检测单元和用户交互单元和供电单元；
[0007] 所述北斗卫星电文接收单元，实时接收北斗卫星信号，经处理后得到北斗导航报 文各种导航电文信息并进行存储；
[0008] 所述北斗电文监测分析单元，对北斗卫星电文接收单元处理得到的卫星导航电文 实时监测、分析；识别北斗卫星的健康性和导航电文正确的北斗卫星，得到监测分析结果和 健康的北斗卫星导航电文，卫星指示健康及导航电文正确即为卫星健康；对异常卫星和异 常电文通过用户交互单元向用户告警；
[0009] 北斗卫星自主定位单元，对北斗电文监测分析单元处理得到的健康的北斗卫星导 航电文进行自主定位，得到本地坐标，并通过用户交互单元指示自主定位处理中的选星结 果和剔除卫星原因；
[0010] 定位结果检测单元，将北斗卫星自主定位单元处理得到的本地坐标与预先获取的 本地精确坐标进行实时比对，统计分析自动定位性能.
[0011] 北斗卫星授时单元，对北斗电文监测分析单元处理得到的健康的北斗卫星导航电 文进行授时处理得到时间报文和本地时标信号，并通过用户交互单元指示授时处理中的选 星结果和剔除卫星原因；
[0012] 同步精度检测单元，根据外部引入的高精度时标信号和北斗卫星授时单元处理得 到的本地时标信号，统计本地时标信号时间同步精度；
[0013] 用户交互单元，实时显示和存储北斗卫星导航电文及其监测分析结果、卫星自主 定位统计信息和本地时标信号时间同步精度统计信息。
[0014] 北斗卫星电文接收单元包括射频处理、基带处理和电文整理功能子单元；其中，射 频处理子单元对接收到的北斗卫星信号进行下变频处理，得到的中频信号进行模/数转换 进入基带处理子单元，进行信号捕获和跟踪过程，帖同步码同步后进行信号解调和解扩，得 到初始北斗导航电文信息，电文整理子单元对北斗导航电文按数据格式进行组合或逐帖的 数据帖拼装，即可获取各种导航电文信息类别。
[0015] 所述北斗电文监测分析单元监测和分析的对象包括基本导航信息、历书信息、与 其它系统时间同步信息和完好性及差分信息。
[0016] 所述北斗卫星自主定位单元自主定位过程为：北斗自主定位单元依据北斗电文监 测分析单元提供的健康北斗卫星导航电文，根据每颗健康北斗卫星信号发射时间和本地时 间得到初始伪距测量值，然后利用星上设备时延差、钟差参数和电离层模型参数对初始伪 距进行修正，再通过相应算法模型消除对流层时延，得到精确的伪距测量值；依据星历参数 和历书参数计算得到卫星坐标，根据每颗星的伪距测量值和卫星坐标进行定位计算，得到 一个粗略的本地坐标，最后再进行卫星优选，重新进行定位解算得到精确的本地坐标；并将 本地坐标、定位选星结果和剔除卫星原因输出到用户交互单元，如有伪距测量值异常的卫 星将重新分析相关的导航电文数据直至找到原因。
[0017] 所述卫星优选指的是：根据所述粗略的本地坐标计算每颗卫星的卫星仰角和方位 角，然后剔除卫星仰角小于仰角口限值、卫星信号载噪比小于载噪比口限值和伪距变化值 变化异常的卫星，再结合精度衰减因子值0巧选择合适的卫星组合。
[0018] 定位结果检测单元统计分析自动定位性能，即：将预先获取的测试点精确坐标作 为定位基准值与北斗自主定位单元自主定位过程处理得到的实时定位结果进行比对，经长 时间检测后统计可得到定位误差的均值、方差和误差范围，如定位误差超过定位误差口限， 则指示给北斗卫星自主定位单元重新启动定位算法，再次进行定位选星过程；并根据异常 定位结果，推断伪据测量值的正确性。
[0019] 所述北斗卫星授时处理单元的授时处理过程包括：北斗卫星授时处理单元依据北 斗电文监测分析单元提供的健康北斗卫星导航电文，根据获取的本地基准坐标和每颗健康 北斗卫星坐标计算初始伪距值，并利用星上设备时延差、钟差参数和电离层模型参数修正 初始伪距测量值，再通过化Pf ield模型消除对流层时延，得到精确的伪距测量值，进而得 到每颗卫星接收通道的本地钟差，最后通过多通道拟合算法对每个选中卫星的本地钟差进 行融合，根据融合后的本地钟差对秒脉冲进行调相调频控制得到与系统时同步的本地时标 信号，实现与北斗卫星时钟同步。
[0020] 所述授时处理过程中首先进行卫星优选，剔除卫星仰角小于仰角口限值、卫星载 噪比小于载噪比口限值和伪距变化值跳动异常的北斗卫星，最后再剔除本地钟差异常的卫 星，得到本地时标信号，并通过用户交互单元指示选星结果和剔除卫星原因，如有本地钟差 异常的卫星将重新分析相关的导航电文数据直至找到原因。
[0021] 同步精度检测单元统计本地时标信号时间同步精度，即将北斗卫星授时处理单元 授时处理过程得到的本地时标信号与外部输入的时标基准信号实时比对，经长时间检测后 统计可得到授时时延差的均值、方差和误差范围，如同步误差超过同步误差口限，则指示给 北斗卫星授时处理单元重新启动授时处理算法，再次进行授时选星过程；并根据时差超限 授时信号，推断卫星星历参数的正确性。
[0022] 一种用于上述装置的监测方法，它包含W下步骤：
[0023] 步骤一，北斗卫星电文接收单元北斗卫星信号，并解调出北斗导航电文信息；
[0024] 步骤二，北斗电文监测分析单元对北斗卫星电文接收单元处理得到的导航电文的 各项信息进行分类监测、分析，识别北斗卫星的健康性和导航电文正确的北斗卫星，得到监 测分析结果和健康的北斗卫星导航电文，并对异常卫星和异常电文通过用户交互单元向用 户告警；卫星指示健康及导航电文正确即为卫星健康；
[00巧]步骤=，北斗卫星自主定位单元对北斗电文监测分析单元处理得到的健康的卫星 导航电文进行自主定位得到本地坐标，并通过用户交互单元指示自主定位处理中的选星结 果和剔除卫星原因；定位结果检测单元把所述本地坐标与预先获取的本地精确坐标进行实 时比对，统计分析自动定位性能；
[00%] 步骤四，北斗卫星授时处理单元对北斗电文监测分析单元处理得到的健康的卫星 导航电文进行授时处理得到时间报文和本地时标信号，并通过用户交互单元指示授时处理 中的选星结果和剔除卫星原因；同步精度检测单元根据外部引入的高精度时标信号和所述 本地时标信号，统计本地时标信号时间同步精度。 阳027] 本发明的有益效果：1、北斗卫星电文接收单元实时接收并保存卫星电文，方便查 询；2、卫星电文监测过程实时识别异常电文及数据并及时指示，方便采取应对措施，有助于 降低异常电文数据造成的损害；3、识别每种电文数据的正确性，并可根据定位和授时结果 反推是哪颗卫星参数异常，有助于在定位和授时异常情况下快速定位异常产生原因，提高 解决效率；4、实时进行北斗定位和授时，有助于了解北斗系统性能，选择合理的定位和授时 算法，研制高性能的北斗应用产品。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的装置结构框图。
[0029] 图2为本发明的北斗卫星电