專利名稱：接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，尤其涉及應(yīng)用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，以下簡稱GPS)進(jìn)行導(dǎo)航的系統(tǒng)中，對(duì)航空器按照航空公司航班計(jì)劃飛行時(shí)的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)能同時(shí)為陸海空用戶提供連續(xù)精確的三維位置、速度和時(shí)間信息，在軍事和民用方面得到了推廣普及。世界民用航空界推動(dòng)著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，以下簡稱GNSS)和各種增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。國際民航組織(InternationalCivil Aviation Organization，以下簡稱ICAO)定義了一種至少包含一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的GNSS，它連續(xù)的全球覆蓋能力使飛機(jī)能在可遵循的條件下直接從一個(gè)地方飛到另一個(gè)地方。如果將GNSS用于我國民航，在東部地區(qū)將GNSS作為輔助導(dǎo)航系統(tǒng)與甚高頻全向信標(biāo)/測(cè)距儀(VHF Omni-directionalRange/Distance Measuring Equipment，以下簡稱VOR/DME)和無方向性信標(biāo)(non-directional beacon，以下簡稱NDB)配合工作，可提高導(dǎo)航精度，避免再繼續(xù)對(duì)VOR/DME和NDB投資，保證東部民用航空安全和高效率；在西部地區(qū)將GNSS作為主用導(dǎo)航系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)配合工作，實(shí)現(xiàn)投資少，導(dǎo)航精度、航行安全和效率明顯提高。但是，GPS不能滿足民用航空對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性的要求，必須采取措施對(duì)GPS的完好性進(jìn)行增強(qiáng)，導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性是指當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)，不能準(zhǔn)確導(dǎo)航時(shí)向用戶提供及時(shí)報(bào)警的能力。
接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，以下簡稱RAIM)技術(shù)是內(nèi)嵌在GFS接收機(jī)中的一種技術(shù)，它利用GPS衛(wèi)星的冗余信息，對(duì)GPS的多個(gè)導(dǎo)航解進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，從而達(dá)到完好性監(jiān)測(cè)的目的。RAIM一方面保證了定位精度，另一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，是目前衛(wèi)星定位中自主有效地獲得完好性監(jiān)測(cè)的常用方法。RAIM的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)衛(wèi)星故障反應(yīng)迅速且完全自動(dòng)，無需外界干預(yù)。但是，RAIM對(duì)機(jī)載GPS接收機(jī)視界內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量和衛(wèi)星分布有一定要求，例如，需要有5顆以上幾何分布較好或相當(dāng)?shù)男l(wèi)星，否則就無法進(jìn)行完好性判定。這就導(dǎo)致某些地區(qū)的某些時(shí)間RAIM不能使用，即存在RAIM的覆蓋空洞。當(dāng)有GPS衛(wèi)星無法工作或不產(chǎn)生測(cè)距信號(hào)時(shí)，這種現(xiàn)象就更加嚴(yán)重，所以對(duì)RAIM進(jìn)行可用性預(yù)測(cè)是十分必要的。
RAIM可用性預(yù)測(cè)技術(shù)利用衛(wèi)星星歷/歷書數(shù)據(jù)、GPS計(jì)劃的不可用信息和GPS衛(wèi)星失效信息，結(jié)合機(jī)載的RAIM算法，預(yù)測(cè)特定機(jī)場區(qū)域和航路上機(jī)載RAIM算法的可用性，為航空公司簽派部門和民航空管部門提供航班計(jì)劃和航班放行的輔助參考。2005年中國民用航空總局飛行標(biāo)準(zhǔn)司下發(fā)了咨詢通告AC-91FS-01，規(guī)定必須使用RAIM預(yù)測(cè)程序進(jìn)行飛行前RAIM可用性預(yù)測(cè)。
現(xiàn)有的RAIM可用性預(yù)測(cè)方法均假設(shè)所有衛(wèi)星測(cè)距誤差相同，沒有考慮測(cè)距誤差不同的情況。對(duì)于GPS，目前常用的方法有如下三種1)δHmax方法。當(dāng)可見衛(wèi)星個(gè)數(shù)為n時(shí)，首先構(gòu)建n個(gè)子集，每個(gè)子集包含n-1顆衛(wèi)星，然后計(jì)算每個(gè)子集的水平精度因子(以下稱HDOP)值，稱之為HDOPi，i＝1，2，...，n。其次；計(jì)算關(guān)于全部n顆衛(wèi)星的最小二乘解的HDOP值，稱之為HDOP；那么可得δHmax=maxi(HDOPi2-HDOP2)1/2.]]>對(duì)于故障檢測(cè)，參數(shù)δHmax就成了衛(wèi)星幾何結(jié)構(gòu)質(zhì)量的一個(gè)逆向量度。按照民用航空應(yīng)用GPS導(dǎo)航的完善性標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算δHmax的極限值，如果某個(gè)幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算出的這種值超出了計(jì)算的極限值，則當(dāng)衛(wèi)星和接收機(jī)處于此幾何結(jié)構(gòu)時(shí)，RAIM是不可用的。極限值只跟可見衛(wèi)星數(shù)有關(guān)，可以在預(yù)測(cè)前計(jì)算。此方法計(jì)算量小，簡單易行。
2)近似徑向誤差保護(hù)(以下稱ARP)方法。此方法選擇 為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，其中SSE為一統(tǒng)計(jì)量，n為接收機(jī)可視范圍內(nèi)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)，使其與徑向位置誤差具有相同的量綱。任何特定衛(wèi)星的偏差/誤差均可線性地投射到位置誤差和檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量域內(nèi)，其斜率可根據(jù)衛(wèi)星幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算，而且相對(duì)于每顆衛(wèi)星都是不同的。對(duì)于故障檢測(cè)，最難檢測(cè)的衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的斜率最大，該斜率記為SLOPEmax。在理想條件下，不產(chǎn)生漏警的最小徑向誤差約為SLOPEmax×故障檢測(cè)門限，將此稱之為近似徑向誤差保護(hù)。ARP方法的門限值可以根據(jù)民用航空應(yīng)用GPS導(dǎo)航的完好性標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，也可以通過各種模擬法測(cè)量。如果按照完好性標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算ARP的門限值，則δHmax方法和ARP方法是完全等效的。
3)水平定位誤差保護(hù)限值(以下稱HPL)方法?；贏RP方法，選擇 為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，將完好性告警門限作為故障檢測(cè)門限，直接計(jì)算HPL值HPL=SLOPEmax′·σλ.]]>其中，λ為非中心χ2分布的密度函數(shù)的非中心參數(shù)，σ為衛(wèi)星偽距誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，SLOPEmax′不同于ARP方法中的SLOPEmax，因?yàn)檫x取的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量不同。將計(jì)算的HPL值與水平告警門限(以下稱HAL)值比較，若HPL大于HAL，則RAIM不可用。
這些方法適應(yīng)于選擇可用性(Selective Availability，簡稱SA)政策取消前的GPS導(dǎo)航的實(shí)際狀況，因?yàn)镾A是所有衛(wèi)星偽距測(cè)量的最大誤差源，而且所有衛(wèi)星基本相同。發(fā)明人在進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的過程中發(fā)現(xiàn)2000年美國政府決定取消SA后，電離層延遲成為GPS衛(wèi)星偽距測(cè)量的最大誤差源，與接收機(jī)到衛(wèi)星的仰角和接收機(jī)位置緊密相關(guān)，所以，如果繼續(xù)使用現(xiàn)有技術(shù)，則衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差只能按照可見衛(wèi)星中最大的偽距測(cè)量誤差來選擇，這樣會(huì)降低實(shí)際的RAIM可用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，提高RAIM可用性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，減弱RAIM的可用性預(yù)測(cè)對(duì)接收機(jī)工作范圍內(nèi)衛(wèi)星個(gè)數(shù)和布局的依賴。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了一種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟采集衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息數(shù)據(jù)、衛(wèi)星失效信息數(shù)據(jù)和航空公司航班計(jì)劃數(shù)據(jù)，作為預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；根據(jù)上述預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)計(jì)算該航空公司航班計(jì)劃中一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)；根據(jù)衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差的參數(shù)構(gòu)建加權(quán)系數(shù)；根據(jù)加權(quán)系數(shù)、該時(shí)空點(diǎn)衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣、誤檢率和漏檢率計(jì)算該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的HPL；將HPL與HAL進(jìn)行比較，獲取所述接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案中，還可以進(jìn)一步包括記錄該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM的狀態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果，并繼續(xù)預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM的可用狀態(tài)，完成對(duì)整個(gè)航班計(jì)劃中，需測(cè)量的多個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM可用性的預(yù)測(cè)。
在獲取預(yù)測(cè)結(jié)果后，進(jìn)一步根據(jù)接收機(jī)RAIM可用狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整航班計(jì)劃，即判斷該航班計(jì)劃上各個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM不可用狀態(tài)的累計(jì)時(shí)間是否達(dá)到一定門限值，若是則根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整航班計(jì)劃使其滿足航班計(jì)劃上接收機(jī)RAIM可用性的要求。
由以上技術(shù)方案可知，針對(duì)SA取消后各衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差與接收機(jī)到衛(wèi)星的仰角和接收機(jī)位置相關(guān)的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種GPS接收機(jī)的RAIM可用性預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明的基本構(gòu)思是將各衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差組成一個(gè)加權(quán)矩陣，對(duì)GPS的定位方程進(jìn)行歸一化，按照最小二乘殘差法推導(dǎo)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量和徑向位置誤差，進(jìn)而計(jì)算HPL，判斷RAIM的可用性?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中接收機(jī)RAIM可用性預(yù)測(cè)對(duì)其可視范圍內(nèi)衛(wèi)星個(gè)數(shù)和布局依賴性強(qiáng)以及不考慮偽距測(cè)量誤差的差異，使得預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性不高的技術(shù)問題，因此該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1、可減弱接收機(jī)RAIM可用性預(yù)測(cè)對(duì)可視衛(wèi)星個(gè)數(shù)和空間布局的依賴，適用范圍更廣；2、有效提高RAIM可用性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，可有效降低故障檢測(cè)的誤檢率，減少航班的延誤和取消；3、該方法具有可擴(kuò)展性，適應(yīng)多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組合使用。
下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法具體實(shí)施例流程圖。
圖2為本發(fā)明接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法中衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差參數(shù)計(jì)算的具體實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示為本發(fā)明接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法具體實(shí)施例流程圖，該方法即一種加權(quán)RAIM可用性預(yù)測(cè)方法，主要包括下述步驟步驟100、接收衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息數(shù)據(jù)、衛(wèi)星失效信息數(shù)據(jù)和航空公司航班計(jì)劃數(shù)據(jù)；步驟200、根據(jù)預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，該預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息數(shù)據(jù)、衛(wèi)星失效信息數(shù)據(jù)和航空公司航班計(jì)劃數(shù)據(jù)，計(jì)算該航班計(jì)劃中一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)；步驟300、根據(jù)衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差的參數(shù)構(gòu)建加權(quán)系數(shù)；步驟400、根據(jù)加權(quán)系數(shù)、該時(shí)空點(diǎn)衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣、誤檢率和漏檢率計(jì)算該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的HPL；步驟500、將HPL與HAL進(jìn)行比較，獲取接收機(jī)RAIM的可用狀態(tài)，即當(dāng)HPL大于HAL時(shí)，則該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的RAIM為不可用狀態(tài)，否則為可用狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上還可進(jìn)一步包括步驟600、記錄該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM的狀態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果，并執(zhí)行步驟200，繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM的可用狀態(tài)。
以及還可包括步驟700、根據(jù)接收機(jī)RAIM可用狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整航班計(jì)劃，即判斷該航班計(jì)劃上各個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)RAIM不可用狀態(tài)的累計(jì)時(shí)間是否達(dá)到一定門限值，若是則根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整航班計(jì)劃以使其滿足接收機(jī)RAIM可用性的要求。
上述步驟100中，衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)即GPS衛(wèi)星星歷或衛(wèi)星歷書信息，這兩種信息是一樣的，都從GPS接收機(jī)而來，都用于計(jì)算衛(wèi)星位置，只是計(jì)算的精度不同，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中采用任何一種都可以。GPS計(jì)劃的不可用信息和GPS衛(wèi)星失效信息是從GPS的導(dǎo)航用戶咨詢通告(Notice Advisoryto Navigaiton Users，以下簡稱NANU)報(bào)文中獲得的，該報(bào)文會(huì)給出從某個(gè)時(shí)間到某個(gè)時(shí)間某顆衛(wèi)星不可用的信息，該報(bào)文是從負(fù)責(zé)GPS民用運(yùn)營的美國Coast Guard的網(wǎng)址為www.navcen.uscg.gov/gps/的網(wǎng)站上直接獲得的。航班計(jì)劃從航空公司的航班計(jì)劃中獲取，該航班計(jì)劃包括起飛機(jī)場、降落機(jī)場、飛行過程中經(jīng)歷的導(dǎo)航臺(tái)站。上述信息的獲取可以在進(jìn)行航班計(jì)劃中接收機(jī)RAIM可用性預(yù)測(cè)前，發(fā)送請(qǐng)求獲取或主動(dòng)接收提供的更新信息，若上述信息未進(jìn)行更新，則可直接使用預(yù)先存儲(chǔ)的上述相關(guān)信息。
上述步驟200中，根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算航班計(jì)劃中一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)的一種具體實(shí)施方式
如下，流程圖如圖2所示步驟210、根據(jù)航班計(jì)劃獲得該時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的位置參數(shù)，根據(jù)接收機(jī)位置參數(shù)、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息和衛(wèi)星失效信息計(jì)算衛(wèi)星仰角參數(shù)和磁方位角參數(shù)；步驟220、根據(jù)衛(wèi)星仰角參數(shù)和磁方位角參數(shù)計(jì)算電離層延遲誤差；步驟230、根據(jù)衛(wèi)星時(shí)鐘/星歷誤差、對(duì)流層模型誤差、多徑噪聲誤差、接收機(jī)噪聲誤差和電離層延遲誤差獲得偽距測(cè)量誤差的均方差，記為σi，其中，1≤i≤n，n為接收機(jī)可視范圍內(nèi)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)。
步驟200的處理過程即從航班計(jì)劃的數(shù)據(jù)中獲取待計(jì)算的一個(gè)時(shí)空點(diǎn)的時(shí)間和位置，即該點(diǎn)接收機(jī)的位置參數(shù)，根據(jù)接收機(jī)的位置參數(shù)以及前述獲取的衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、不可用信息和失效信息計(jì)算可用衛(wèi)星的仰角參數(shù)和磁方位角參數(shù)，再計(jì)算衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的均方差。針對(duì)SA取消后的單頻接收機(jī)來說，衛(wèi)星偽距測(cè)量的主要誤差分為5類衛(wèi)星時(shí)鐘和星歷誤差、電離層延遲誤差、對(duì)流層模型誤差、多徑噪聲和接收機(jī)噪聲。根據(jù)GPS的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)和接口控制文檔中推薦的計(jì)算方法，各誤差可按照如下步驟進(jìn)行計(jì)算步驟A1、獲取衛(wèi)星時(shí)鐘和星歷誤差；因?yàn)槊绹ＷC24小時(shí)的平均的衛(wèi)星時(shí)鐘和星歷引起的誤差不大于6米，所以可以預(yù)先統(tǒng)一將衛(wèi)星時(shí)鐘和星歷誤差設(shè)定為6米，此數(shù)值為預(yù)先設(shè)定，也可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
A2、計(jì)算電離層延遲誤差，電離層延遲的估計(jì)誤差可以按照下式來計(jì)算電離層延遲誤差＝Fpp×σuive其中FPP=[1-(RecosERe+hI)2]-1/2]]>
其中，Re是地球半徑，E為衛(wèi)星仰角，hI為電離層高度，φm為衛(wèi)星的磁方位角。
A3、計(jì)算對(duì)流層模型誤差，對(duì)流層模型誤差可由下式來計(jì)算對(duì)流層模型誤差＝0.12×m(E)其中m(E)=1.0010.002001+sin1(E).]]>A4、計(jì)算多徑誤差，多徑誤差＝0.13+0.53×e-E/10。
A5、獲取接收機(jī)噪聲誤差，因?yàn)榻邮諜C(jī)噪聲與衛(wèi)星仰角沒有關(guān)系，通?？扇〗?jīng)驗(yàn)值，為0.1米?；蛘吒鶕?jù)航空公司提供的所預(yù)測(cè)的航班飛機(jī)上接收機(jī)的熱噪聲估計(jì)值設(shè)定。
以上五種誤差的平方和，即作為GPS每個(gè)衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的方差，開方后得到其均方差，記為σi，1≤i≤n，n為該接收機(jī)工作范圍內(nèi)可見衛(wèi)星的個(gè)數(shù)。
上述步驟300根據(jù)偽距測(cè)量誤差構(gòu)建加權(quán)系數(shù)，本實(shí)施例中具體為加權(quán)矩陣的方法為利用各衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差的均方差σ1，σ2，......，σn依據(jù)下述公式構(gòu)建加權(quán)矩陣 其中，W為加權(quán)矩陣。
上述步驟400中，衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣H是根據(jù)衛(wèi)星星歷/歷書信息計(jì)算而得的，步驟400的具體實(shí)現(xiàn)方法是利用加權(quán)矩陣W對(duì)GPS定位方程歸一化，得到歸一化的觀測(cè)矩陣HW和測(cè)量矢量，然后按照χ2分布計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。具體步驟包括步驟410、依據(jù)公式(1)計(jì)算歸一化觀測(cè)矩陣Hw＝WH(1)其中，W為加權(quán)矩陣，HW為歸一化的觀測(cè)矩陣；步驟420、依據(jù)公式(2)計(jì)算Hw的Moore-Penrose偽逆矩陣Aw＝(HwTHw)-1HwT(2)其中，AW為HW的Moore-Penrose偽擬矩陣；Aij為矩陣A的第i行第j列元素；HW-1為矩陣HW的逆；HWT為矩陣HW的轉(zhuǎn)置；步驟430、依據(jù)公式(3)計(jì)算HW的投影矩陣Pw＝HwAw(3)其中，Pw為HW的投影矩陣；步驟440、依據(jù)公式(4)計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量SSEi=bi1-Pw,ii---(4)]]>其中，b1為偽距測(cè)量偏差，為一計(jì)算中間量，將在計(jì)算過程中被消除； 為計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；i為矩陣中的行、列序號(hào)，1≤i≤n；步驟450、依據(jù)公式(5)計(jì)算水平定位誤差Rhi=biAw,1i2+Aw,2i2---(5)]]>其中，Rh為水平定位誤差；步驟460、依據(jù)公式(6)、(7)和(8)計(jì)算HPL值SLOPEw,i=RhiSSEi---(6)]]>SLOPEw,max=maxiSLOPEw,i---(7)]]>
HPL=SLOPEw,max·λmin---(8)]]>其中，SLOPEw，i為計(jì)算的中間值；SLOPEw，max為的SLOPw，i最大值；λmin為根據(jù)完好性規(guī)范中的誤檢率和漏檢率計(jì)算得到的χ2分布的非中心化參數(shù)；HPL為水平定位誤差保護(hù)限制。
λmin的計(jì)算，首先根據(jù)完好性規(guī)范中誤檢率的規(guī)定，根據(jù)公式(9)逆運(yùn)算獲得故障檢測(cè)門限T，再根據(jù)完好性規(guī)范中漏檢率的規(guī)定，計(jì)算χ2分布的非中心化參數(shù)，即根據(jù)公式(10)逆運(yùn)算而得λmin。
PFA＝G(T|n-4)(9)JPMD＝F(T|n-4，λmin)(1 0)在本實(shí)施例中出現(xiàn)的部分函數(shù)含義如下F(x2|r)為χ2分布的分布函數(shù)；G(x2|r)為G(x2|r)＝1-F(x2|r)；F(x2| r，Φ)為非中心的χ2分布的分布函數(shù)。
上述步驟500中HAL的值是根據(jù)完好性規(guī)范中的規(guī)定設(shè)置的。
上述步驟600中，對(duì)航班計(jì)劃上的時(shí)空點(diǎn)需預(yù)測(cè)多個(gè)時(shí)空點(diǎn)上RAIM的可用性，通常情況下需一分鐘預(yù)測(cè)一次。在步驟700中，設(shè)置門限值為5分鐘，若RAIM不可用的累計(jì)時(shí)間達(dá)到5分鐘，則需要根據(jù)此預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整航班計(jì)劃。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟采集衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息數(shù)據(jù)、衛(wèi)星失效信息數(shù)據(jù)和航空公司航班計(jì)劃數(shù)據(jù)，作為預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；根據(jù)所述預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)計(jì)算所述航空公司航班計(jì)劃中一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)；根據(jù)所述衛(wèi)星的偽距測(cè)量誤差的參數(shù)構(gòu)建加權(quán)系數(shù)；根據(jù)所述加權(quán)系數(shù)、所述時(shí)空點(diǎn)衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣、誤檢率和漏檢率計(jì)算所述時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的水平定位誤差保護(hù)限值；將所述水平定位誤差保護(hù)限值與水平告警門限進(jìn)行比較，獲取所述接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于還包括記錄所述時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的狀態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果，并繼續(xù)預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于還包括根據(jù)接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)可用狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整航班計(jì)劃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)所述預(yù)測(cè)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)計(jì)算所述航空公司航班計(jì)劃中一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)具體為根據(jù)航空公司航班計(jì)劃獲得所述時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的位置參數(shù)，根據(jù)接收機(jī)位置參數(shù)、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息和衛(wèi)星失效信息計(jì)算衛(wèi)星仰角參數(shù)和磁方位角參數(shù)；根據(jù)衛(wèi)星仰角參數(shù)和磁方位角參數(shù)計(jì)算電離層延遲誤差；根據(jù)衛(wèi)星時(shí)鐘/星歷誤差、對(duì)流層模型誤差、多徑噪聲誤差、接收機(jī)噪聲誤差和所述電離層延遲誤差獲得偽距測(cè)量誤差的均方差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)所述衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)構(gòu)建加權(quán)矩陣的步驟具體為根據(jù)下述公式構(gòu)建加權(quán)系數(shù) 其中，W代表加權(quán)系數(shù)；σi代表衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的均方差；i為衛(wèi)星序號(hào)，1≤i≤n；n為接收機(jī)可視范圍內(nèi)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的任一接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于還包括根據(jù)所述衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)計(jì)算所述衛(wèi)星觀測(cè)矩陣的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)所述加權(quán)系數(shù)、所述時(shí)空點(diǎn)衛(wèi)星的觀測(cè)矩陣、誤檢率和漏檢率計(jì)算所述時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的水平定位誤差保護(hù)限值的步驟具體為依次計(jì)算下述公式獲取水平定位誤差保護(hù)限值HW＝WH(1)Aw＝(HwTHw)-1HwT(2)Pw＝HwAw(3)SSEi=bi1-Pw,ii---(4)]]>Rhi=biAw,1i2+Aw,2i2---(5)]]>SLOPEw,i=RhiSSEi---(6)]]>SLOPEw,max=maxiSLOPEw,i---(7)]]>HPL=SLOPEw,max·λmin---(8)]]>其中，H為觀測(cè)矩陣；HW為利用加權(quán)系數(shù)W對(duì)所述觀測(cè)矩陣H進(jìn)行歸一化處理后得到的歸一化觀測(cè)矩陣HW；AW為HW的Moore-Penrose偽擬矩陣；PW為HW的投影矩陣；i為矩陣中的行序號(hào)，1≤i≤n； 為計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量；bi為偽距測(cè)量偏差；Rh為水平定位誤差；SLOPEw，i為計(jì)算的中間值；SLOPEw，max為的SLOPEw，i最大值；λmin為根據(jù)完好性規(guī)范中的誤檢率和漏檢率計(jì)算得到的χ2分布的非中心化參數(shù)；HPL為水平定位誤差保護(hù)限值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接收機(jī)自主完好性監(jiān)測(cè)的可用性預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟接收衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)、衛(wèi)星不可用信息、衛(wèi)星失效信息和航空公司航班計(jì)劃數(shù)據(jù)；計(jì)算衛(wèi)星偽距測(cè)量誤差的參數(shù)；并據(jù)此構(gòu)建加權(quán)矩陣；根據(jù)加權(quán)矩陣、衛(wèi)星觀測(cè)矩陣、誤檢率和漏檢率計(jì)算航班計(jì)劃數(shù)據(jù)指定時(shí)空點(diǎn)上接收機(jī)的HPL；比較HPL和HAL來獲取接收機(jī)RAIM的可用狀態(tài)。該方法可以提高RAIM可用性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，減弱RAIM的可用性預(yù)測(cè)對(duì)接收機(jī)工作范圍內(nèi)衛(wèi)星個(gè)數(shù)和布局的依賴。
文檔編號(hào)G01S19/23GK101089651SQ200710118718
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者張軍, 朱衍波, 張淼艷, 薛瑞 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)