基于馬爾科夫鏈的gnss完好性檢測率估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于馬爾科夫鏈的GNSS完好性檢測率估計(jì)方法，首先獲得完好性監(jiān)測算法基線檢測的衛(wèi)星空間信號異常比率，然后依次計(jì)算初次信號捕獲時出現(xiàn)異常但未檢測出來的概率、任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異常的概率和任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異?；謴?fù)的概率，根據(jù)估計(jì)的衛(wèi)星異常的漏檢概率值由馬爾科夫鏈監(jiān)測評估模型計(jì)算發(fā)生異常但未檢測到的概率，并判斷是否滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)，最后計(jì)算系統(tǒng)的完好性風(fēng)險(xiǎn)概率。本發(fā)明可在實(shí)際接收衛(wèi)星情況下進(jìn)行完好性檢測率的估計(jì)，不僅能夠用于完好性監(jiān)測算法基線的設(shè)計(jì)，而且能夠用于衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行情況下完好性檢測率的評估。
【專利說明】基于馬爾科夫鏈的GNSS完好性檢測率估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種完好性監(jiān)測指標(biāo)完好性檢測率 的估計(jì)方法，用于支持衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)地面監(jiān)測網(wǎng)完好性監(jiān)測能力的評價(jià)。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須被增強(qiáng)才能滿足大多數(shù)有特殊要求的航空、高速公路、鐵路和 進(jìn)出港口等應(yīng)用所需的精度和完好性要求。衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)按照增強(qiáng)信息廣播的方式 和服務(wù)覆蓋區(qū)域的不同分為廣域星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS)、地基增強(qiáng)系統(tǒng)和局域地基增強(qiáng)系統(tǒng) (GBAS)。這些增強(qiáng)系統(tǒng)中必須包括衛(wèi)星導(dǎo)航空間信號完好性監(jiān)測功能，完好性檢測率指標(biāo) 通常需要達(dá)到0. 99至0. 99999。完好性檢測率是一項(xiàng)反映增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測能力的重要 指標(biāo)。
[0003] 衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)由若干個地面監(jiān)測站和中心站（或中心處理設(shè)備）構(gòu)成的地面 監(jiān)測網(wǎng)和用戶終端組成。中心站（或中心處理設(shè)備）對每個監(jiān)測站采集的觀測數(shù)據(jù)（偽距、 載波相位、多普勒等）進(jìn)行處理，形成完好性增強(qiáng)信息和差分改正信息，通過衛(wèi)星、地面廣 播電臺網(wǎng)絡(luò)、地對空數(shù)據(jù)鏈等通信手段發(fā)布給用戶，用戶利用這些信息進(jìn)行完好性增強(qiáng)和 差分定位，從而提高精度和完好性指標(biāo)。完好性增強(qiáng)的過程是在地面監(jiān)測站和中心站（或 中心處理設(shè)備）進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航空間信號的完好性監(jiān)測，在完好性監(jiān)測的基礎(chǔ)上形成基于偽 距偏差的完好性增強(qiáng)信息，由用戶設(shè)備對完好性增強(qiáng)信息進(jìn)行處理判斷是否超過VAL(垂 直告警門限）和HAL(水平告警門限），對超出門限的衛(wèi)星進(jìn)行剔除，使參與定位解算的衛(wèi)星 具有較高的健康狀態(tài)，從而提高了完好性指標(biāo)。完好性監(jiān)測是由完好性監(jiān)測算法基線完成 的，該基線是由若干個完好性檢測算法構(gòu)成的，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求作為數(shù)據(jù)處理的一部分， 分別放于地面監(jiān)測站和中心站（或中心處理設(shè)備）中。每個完好性檢測算法通常都是針 對一種可能的故障因素，由完好性算法計(jì)算出檢測量通過檢測門限進(jìn)行判斷，檢測門限設(shè) 置的大小能夠影響這種完好性算法檢測出故障的概率值，門限過小被檢測出故障的幾率偏 大，門限過大被檢測出故障的幾率偏小。完好性監(jiān)測能力通常由完好性檢驗(yàn)率指標(biāo)表征，對 完好性檢測率的正確估計(jì)，不僅能夠測試完好性指標(biāo)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，而且能夠輔 助完好性監(jiān)測算法基線的設(shè)計(jì)以及算法檢測門限的選取。
[0004] 衛(wèi)星導(dǎo)航空間信號異常是一個小概率事件，而衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)本身的電子設(shè)備 出現(xiàn)異常的情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)航衛(wèi)星的異常，對完好性監(jiān)測是一個涉及到多種因素檢測的復(fù) 雜過程。目前對完好性監(jiān)測性能的測試是由完好性故障模擬器模擬出具有一定故障概率的 數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測算法是否能夠檢測出來。這種方法只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬 測試，不能反映實(shí)際接收衛(wèi)星時的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了的一種基于馬爾科夫鏈評估模型的完好 性檢測率估計(jì)方法，可在實(shí)際接收衛(wèi)星情況下進(jìn)行完好性檢測率的估計(jì)，不僅能夠用于完 好性監(jiān)測算法基線的設(shè)計(jì)，而且能夠用于衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行情況下完好性檢測率的評 估。
[0006] 本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的方案包括以下步驟：
[0007] (1)根據(jù)完好性監(jiān)測算法基線針對包括衛(wèi)星星歷異常、衛(wèi)星時鐘異常、衛(wèi)星信號異 常、碼載波發(fā)散、低信號功率以及空間電磁干擾在內(nèi)的六種異常的告警，統(tǒng)計(jì)發(fā)生衛(wèi)星空間 信號異常的比率A =發(fā)生異常的次數(shù)/接收數(shù)據(jù)次數(shù)；
[0008] 所述的接收數(shù)據(jù)次數(shù)大于系統(tǒng)所需完好性風(fēng)險(xiǎn)概率的基數(shù)。
[0009] (2)計(jì)算初次信號捕獲時出現(xiàn)異常但未檢測出來的概率卬(0)=從777?/1/77^， 其中，MTTR表示地面站衛(wèi)星異常平均響應(yīng)時間，MTBF表示衛(wèi)星異常平均發(fā)生時間；
[0010] 當(dāng)六種異常為等概率事件時，每種異常出現(xiàn)的概率入e =入/6, C = 1，2... 6 ;當(dāng)出 現(xiàn)非等概率事件時，riKG) =
[0011] (3)計(jì)算任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異常的概率f=2.8x|〇42T，式中，T是任務(wù)時 間；
[0012] (4)計(jì)算任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異?；謴?fù)的概率已；
[0013] (5)估計(jì)衛(wèi)星異常的漏檢概率值的初值；
[0014] (6)由馬爾科夫鏈監(jiān)測評估模型計(jì)算經(jīng)過s次獨(dú)立的完好性評估之后衛(wèi)星信號發(fā) 生異常但并未被檢測到的概率nHv) = €1/ $ (G + n丨-1));
[0015] (7)判斷經(jīng)過s次獨(dú)立的完好性評估之后各種衛(wèi)星信號異常的概率之和

【權(quán)利要求】
1. 一種基于馬爾科夫鏈的GNSS完好性檢測率估計(jì)方法，其特征在于包括下述步驟： (1) 根據(jù)完好性監(jiān)測算法基線針對包括衛(wèi)星星歷異常、衛(wèi)星時鐘異常、衛(wèi)星信號異常、 碼載波發(fā)散、低信號功率以及空間電磁干擾在內(nèi)的六種異常的告警，統(tǒng)計(jì)發(fā)生衛(wèi)星空間信 號異常的比率A =發(fā)生異常的次數(shù)/接收數(shù)據(jù)次數(shù)； (2) 計(jì)算初次信號捕獲時出現(xiàn)異常但未檢測出來的概率n丨'(O) = M777?/M7^F，其中， MTTR表示地面站衛(wèi)星異常平均響應(yīng)時間，MTBF表示衛(wèi)星異常平均發(fā)生時間； 當(dāng)六種異常為等概率事件時，每種異常出現(xiàn)的概率A ^ = A /6, c = 1，2. .. 6 ;當(dāng)出現(xiàn)非 等概率事件時，F(xiàn)I丨(G) =/T ; (3) 計(jì)算任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異常的概率G =2.8x10 IT，式中，T是任務(wù)時間； (4) 計(jì)算任務(wù)時間段內(nèi)發(fā)生衛(wèi)星異?；謴?fù)的概率Pr; (5) 估計(jì)衛(wèi)星異常的漏檢概率值CL/的初值； (6) 由馬爾科夫鏈監(jiān)測評估模型計(jì)算經(jīng)過s次獨(dú)立的完好性評估之后衛(wèi)星信號發(fā)生異 常但并未被檢測到的概率n!⑴=^+ nI 〇 _
(9) S加1，重新執(zhí)行步驟（1) - (8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于馬爾科夫鏈的GNSS完好性檢測率估計(jì)方法，其特征在 于：所述的接收數(shù)據(jù)次數(shù)大于系統(tǒng)所需完好性風(fēng)險(xiǎn)概率的基數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于馬爾科夫鏈的GNSS完好性檢測率估計(jì)方法，其特征在 于：所述的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性風(fēng)險(xiǎn)Rint曲為1〇_9量級。
【文檔編號】G06F19/00GK104331602SQ201410527672
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】楊文輝, 郭美杉, 張偉, 王彩霞, 姚昱萱 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所