一种北斗卫星导航系统性能监测装置及其监测方法_3

文档序号:9765246阅读:来源:国知局
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。针对本地钟差异常的卫星将给用户提出告 警信息,并结合北斗卫星电文监测分析单元的分析结果进一步分析异常产生原因。跟踪北 斗卫星并进行同步本地时钟后,根据整周计数和周内秒计数进行计算后得到准确的北斗时 时间报文信息。根据北斗导航电文中播发的有关时间信息参数,得到的时间报文为北斗时 度DT),如要输出UTC时、GI^时或者GALILEO时,则需要根据与UTC、GI^和GALILEO时间同 步参数进行转换即可。
[0057] 针对D2导航电文的完好性及差分自主健康信息和北斗完好性及差分信息卫星标 识,W及完好性差分信息和格网点电离层信息,可对伪距、钟差和电离层模型时延信息进行 修正,修正后可W得到较高的定位精度和授时精度。本装置对自主健康信息和各修正量结 果进行实时监测。
[0058] ⑥定位结果检测单元
[0059] 参见图4。定位结果检测单元预先获取测试点精确坐标作为定位基准值,与北斗自 主定位单元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,W便用户对定位性能作出评判;如定位误差超过定位误差口限(即定 位结果异常),则指示给北斗卫星自主定位单元重新启动定位算法,再次进行定位选星等过 程;对比前后两次选星结果,针对在前一次定位被选中和后一次定位删除的卫星需要在用 户交互单元特别显示。并根据异常定位结果,推断伪据测量值的正确性。定位检测结果在 用户交互单元显示。
[0060] ⑧同步精度检测单元
[0061] 参见图6。同步精度检测单元将北斗卫星授时处理单元得到的本地时标信号与外 部输入的时标基准信号(如飽钟和钢钟的秒脉冲信号)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,W便用户对授时性能作出评判。如同步误差超过 同步误差口限(即授时时延差超限),则指示给北斗卫星授时处理单元重新启动授时处理 算法,再次进行授时选星等过程,对比前后两次选星结果,针对在前一次授时被选中和后一 次授时中删除的卫星需要在用户交互单元特别显示。并根据时差超限授时信号,推断卫星 星历参数的正确性。授时时延检测结果在用户交互界面显示并记录存储。
[0062] ⑦用户交互单元
[0063] 用户交互单元包括图形显示界面和数据输入输出接口。图形显示界面显示实时的 时间信息和自主定位结果,W及单颗卫星的健康信息、星上设备时延差、电离层模型参数修 正值、钟差参数修正值、定位得到的=维卫星坐标信息等,并根据监测结论进行区别指示, 同时显示定位和授时性能检测结果。所有导航电文和计算结果可实时通过数据输入输出接 口输出到计算机,也可在装置本地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。
[0064] 参见图1至图6。本发明还提供一种北斗卫星导航系统性能监测方法,所述方法包 括W下步骤:
[00化]步骤一,北斗卫星电文接收单元利用北斗天线接收B1、B2和B3频点北斗卫星信 号,进行下变频等处理得到基带信号,然后对基带信号进行解扩频和解调得到初始的北斗 卫星导航电文数据,再按子帖计数和页面编码进行数据重装,得到北斗卫星原始导航电文, 最后根据导航电文格式进行组合拼装得到北斗导航电文Dl和D2各种导航电文信息,并对 北斗导航报文Dl和D2各种导航电文信息进行存储。
[0066] 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,识别北斗卫星健康性和北斗卫星导航电文正确性,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;所述分类监测、分析包括:
[0067] ①监测指示性参数判断卫星的健康性和信号可用性,如卫星自主健康标识和卫星 健康信息,若指示正常则通过用户交互单元提示用户继续使用该卫星,指示异常则通过用 户交互单元向用户告警,停止使用该卫星;如描述卫星空间信号精度的用户距离精度指数, 若该指数较大或无该指数,则通过用户交互单元向用户告警,停止使用该卫星。
[0068] ②分析周内秒计数、整周计数、历书周计数、星上设备时延差、钟差参数和电离层 模型参数等与授时有关的主要参数。在接收卫星电文正常情况下,判断周内秒计数、整周计 数和历书周计数是否是单调递增的等差数值(判断连续单调性),其数值是否在合理范围 内,数值变化时刻是否正确;根据北斗卫星导航系统空间接口控制文件的计算公式,对星上 设备时延差、钟差参数和电离层模型参数进行解算,分析其解算结果值是否在合理范围之 内,合理范围需要根据长期监测结果确定,其中钟差参数是否更新需根据时钟数据龄期判 断。
[0069] ③分析星上设备时延差,钟差参数,电离层模型,W及星历数据龄期、星历参数和 历书参数等与定位有关的主要参数。星上设备时延差、钟差参数和电离层模型参数的处理 与对授时相关参数的处理相同;根据星历数据龄期判断是否有星历数据更新,如有更新星 历参数首先判断每个星历参数是否在合理范围内,如无异常数据则依据《北斗卫星导航系 统空间接口控制文件》进行计算得到卫星坐标信息,该位置信息与根据历史星历参数预测 的估算卫星坐标信息进行比对,判断该位置信息是否正确,如超过卫星位置坐标口限则通 过用户交互单元提示;根据历书参数计算得到粗略的卫星位置坐标信息,该卫星位置坐标 信息可W进一步验证星历参数卫星坐标的正确性。
[0070] 步骤=,北斗卫星自主定位单元对北斗卫星电文接收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,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。
[0071] ①所述自主定位的过程为:北斗自主定位单元接收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,然后再利用星上设备时延差、钟差参数和电离层模型参数等对初始伪距进行修正,再 通过化Pfield模型消除对流层时延,得到精确的伪距测量值;利用星历参数和历书参数等 计算得到卫星坐标,根据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。 根据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,再根据精度衰减因 子值〇巧选择合适的卫星组合,重新进行定位解算得到精确的本地坐标,重新计算卫星仰 角和方位角,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。针对伪距 值变化异常的卫星分析卫星发射时间和星历参数等卫星导航电文,并结合北斗卫星电文监 测分析单元的分析结果进一步分析异常产生原因。
[0072] ②所述统计分析自主定位性能的过程为:定位结果检测单元预先获取测试点精确 坐标作为定位基准值,与北斗自主定位单元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,W便用户对定位性能作出评判。如定 位误差超过定位误差口限(即定位结果异常),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;定位检测结果通过用户交互单元显示并记录存储。
[0073] 步骤四,北斗卫星授时处理单元对北斗卫星电文接收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,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。
[0074] ①所述授时处理的过程为:北斗卫星授时处理单元接收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 伪距测量值,并利用星上设备时延差、钟差参数和电离层模型参数等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IPPS(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。授时计算过程中也需要首先进行卫星优选,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。针对本地钟差异常的卫星将通过用户交互单元 给用户提出告警信息,并结合北斗卫星电文监测分析单元的分析结果
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