本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)，涉及GPS、COMPASS系統(tǒng)，特別是一種衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的檢測標定裝置及方法，可用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)地面設備架設前的位置預標定和機場位置參數(shù)的標定、衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面設備的一線檢測。

背景技術：

衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)是一種基于衛(wèi)星導航系統(tǒng)增強技術的飛機進近著陸導航系統(tǒng)。衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)(空間段)、地面設備(地面段)和機載設備(機載段)。其中：

衛(wèi)星導航系統(tǒng)(空間段)：是指導航衛(wèi)星產生測距信號，發(fā)送給地面設備和機載設備的系統(tǒng)。

地面設備(地面段)：包括多個基準接收機、一個數(shù)據(jù)處理器和一套差分增強數(shù)據(jù)鏈，根據(jù)衛(wèi)星測距信號和事先已知的基準接收機精確位置計算衛(wèi)星的偽距差分修正數(shù)據(jù)和載波相位差分增強數(shù)據(jù)，通過完好性監(jiān)測算法獲得系統(tǒng)完好性信息，最終將這些信息封裝成增強信息報文經差分增強數(shù)據(jù)鏈播發(fā)給機載設備。

機載設備(機載段)：接收和處理由衛(wèi)星導航系統(tǒng)和地面設備發(fā)射的信號，輸出偽距和載波相位差分定位結果和完好性告警信息。

隨著衛(wèi)星導航局域增強技術的不斷發(fā)展，衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)也逐漸進入實際應用階段，而在衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)應用中目前缺乏有效的快速檢測標定手段，在對位置標定時只能采用專用的測繪設備進行測繪標定，成本比較高，周期比較長；而對衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)地面設備的檢測則只能采用飛行校驗的方式進行，成本非常高。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種便攜式檢測標定裝置，具備便攜、方便使用等特點，能夠實現(xiàn)點位參數(shù)快速標定和地面設備快速檢測，有效降低衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)參數(shù)標定和地面設備檢測的周期和成本。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定裝置，包括：

衛(wèi)星導航接收機單元及天線單元：用于接收衛(wèi)星導航信號，輸出導航數(shù)據(jù)到檢測標定處理單元；

收發(fā)電臺單元及天線單元：用于接收檢測標定處理單元輸出的衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)差分增強信息報文并進行廣播，或者接收衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)差分增強信號、解析并輸出差分增強信息到檢測標定處理單元；

顯示控制單元：用于顯示檢測標定處理單元輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，或者將通過人機交互界面輸入的控制信息和模式選擇信息輸出給檢測標定處理單元；

檢測標定處理單元：利用衛(wèi)星導航接收機單元輸出的信息進行單點條件下的位置標定；利用地面設備播發(fā)的載波相位差分增強信息實現(xiàn)參考點的快速標定能力；部署于已知位置點利用衛(wèi)星導航接收機單元輸出的信息和收發(fā)電臺輸出的差分增強信息實現(xiàn)差分定位計算，對地面設備當前工作狀態(tài)進行檢測。

本發(fā)明還提供一種用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定方法，包括以下步驟：

(1)利用顯示控制單元進行工作模式選定，工作模式包括單點位置標定、載波相位差分位置標定和地面設備外場檢測；

(2)單點位置標定工作模式下：

(2a)衛(wèi)星導航接收機及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(2b)檢測標定處理單元完成載波相位平滑碼偽距單點定位計算，并對計算結果進行平滑濾波和誤差統(tǒng)計處理，獲得待標定點位的位置參數(shù)統(tǒng)計值；

(2c)檢測標定處理單元將生成的坐標統(tǒng)計值輸出到顯示控制單元顯示，并記錄到本地文件中；

(3)載波相位差分位置標定工作模式下：

(3a)衛(wèi)星導航接收機及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(3b)收發(fā)電臺及天線單元接收差分增強信號，實時解析得到差分增強信息，輸出給檢測標定處理單元；

(3c)檢測標定處理單元完成雙頻條件下的載波相位差分定位計算，并對計算結果進行平滑濾波和誤差統(tǒng)計處理，獲得位置坐標的統(tǒng)計值；

(3d)檢測標定處理單元將生成的坐標統(tǒng)計值輸出到顯示控制單元顯示，并記錄到本地文件中；

(4)地面設備外場檢測工作模式下：

(4a)衛(wèi)星導航接收機及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(4b)收發(fā)電臺及天線單元接收地面設備廣播的差分增強信號，實時解析得到差分增強信息，輸出給檢測標定處理單元；

(4c)檢測標定處理單元模擬機載設備在每個歷元完成偽距差分定位計算、載波相位差分定位計算，記錄設定時間內所有歷元的定位結果，將定位結果與預先標定的精確值進行對比分析，獲取位置坐標的統(tǒng)計誤差并與許可誤差進行對比，判別地面設備的可用性；

(4d)檢測標定處理單元將判別得到的地面設備可用性顯示處理，當?shù)孛嬖O備判定為不可用時進行告警提示。

本發(fā)明的有益效果是：具備快速、靈活的位置標定能力，能夠對機場內需要定期標定的位置點進行方便的標定處理，提升衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的運行安全性。

具備便捷、靈敏的衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)地面設備檢測能力，能夠快速對地面設備的工作狀態(tài)進行短周期的檢驗和測試以確定設備工作狀態(tài)，還可以作為性能監(jiān)視設備部署于機場固定點位，對地面設備工作狀態(tài)進行實時性能監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)故障情況，縮短了故障告警時間，有效地提高對系統(tǒng)服務的精度、完好性、連續(xù)性和可用性的監(jiān)視能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構框圖；

圖2為本發(fā)明檢測標定處理單元的結構框圖；

圖3為本發(fā)明的傳輸關系圖；

圖4為本發(fā)明的方法流程示意圖；

圖5為本發(fā)明方法中的單點位置標定工作流程示意圖；

圖6為本發(fā)明方法中的載波相位差分位置標定工作流程示意圖；

圖7為本發(fā)明方法中的地面設備外場檢測工作流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明提供的用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定裝置，包括：

衛(wèi)星導航接收機單元及天線單元：用于接收衛(wèi)星導航信號，輸出導航數(shù)據(jù)到檢測標定處理單元；

收發(fā)電臺單元及天線單元：用于接收檢測標定處理單元輸出的衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)差分增強信息報文并進行廣播，或者接收衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)差分增強信號、解析并輸出差分增強信息到檢測標定處理單元；

顯示控制單元：用于顯示檢測標定處理單元輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，或者將通過人機交互界面輸入的控制信息和模式選擇信息輸出給檢測標定處理單元；

檢測標定處理單元：根據(jù)通過顯示控制單元設定的工作模式，實現(xiàn)三種檢測標定處理能力：1)利用衛(wèi)星導航接收機單元輸出的信息進行單點條件下的位置標定；2)利用地面設備播發(fā)的載波相位差分增強信息實現(xiàn)參考點的快速標定能力；3)部署于已知位置點利用衛(wèi)星導航接收機單元輸出的信息和收發(fā)電臺輸出的差分增強信息實現(xiàn)差分定位計算，對地面設備當前工作狀態(tài)進行檢測；

電源組合單元：利用電源處理和蓄電池組構成的電源組合單元，實現(xiàn)外部供電開/關的無縫切換以及無外部供電條件下的續(xù)航檢測能力。

所述的導航數(shù)據(jù)包括測距源偽距、星歷、歷書和衛(wèi)星鐘差。

所述的衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)差分增強信息包括偽距差分修正數(shù)據(jù)、載波相位差分修正數(shù)據(jù)、完好性信息。

所述位置數(shù)據(jù)包括經度、緯度和高度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定的方法，包括以下步驟：

(1)利用顯示控制單元進行工作模式選定，工作模式分為三種：1)單點位置標定；2)載波相位差分位置標定；3)地面設備外場檢測；

(2)單點位置標定工作模式下：

(2a)衛(wèi)星導航接收機單元及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(2b)檢測標定處理單元完成載波相位平滑碼偽距單點定位計算，并對計算結果進行平滑濾波和誤差統(tǒng)計處理，獲得待標定點位的位置參數(shù)統(tǒng)計值；

(2c)檢測標定處理單元將生成的坐標統(tǒng)計值輸出到顯示控制單元顯示，并記錄到本地文件中；

(3)載波相位差分位置標定工作模式下：

(3a)衛(wèi)星導航接收機單元及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(3b)收發(fā)電臺單元及天線單元接收差分增強信號，實時解析得到差分增強信息，輸出給檢測標定處理單元；

(3c)檢測標定處理單元完成雙頻條件下的載波相位差分定位計算，并對計算結果進行平滑濾波和誤差統(tǒng)計處理，獲得位置坐標的統(tǒng)計值；

(3d)檢測標定處理單元將生成的坐標統(tǒng)計值輸出到顯示控制單元顯示，并記錄到本地文件中；

(4)地面設備外場檢測工作模式下：

(4a)衛(wèi)星導航接收機單元及天線單元接收衛(wèi)星信號，實時測量得到導航數(shù)據(jù)，輸出給檢測標定處理單元；

(4b)收發(fā)電臺單元及天線單元接收地面設備廣播的差分增強信號，實時解析得到差分增強信息，輸出給檢測標定處理單元；

(4c)檢測標定處理單元模擬機載設備在每個歷元完成偽距差分定位計算、載波相位差分定位計算，記錄一段時間內所有歷元的定位結果，將定位結果與預先標定的精確值進行對比分析，獲取位置坐標的統(tǒng)計誤差并與許可誤差進行對比，判別地面設備的可用性；

(4d)檢測標定處理單元將判別得到的地面設備可用性顯示處理，當?shù)孛嬖O備判定為不可用時進行告警提示。

本發(fā)明的實施例所涉及的衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)(空間段)、地面設備(地面段)和機載設備(機載段)。衛(wèi)星導航系統(tǒng)產生測距信號，發(fā)送給地面設備和機載設備的系統(tǒng)。地面設備根據(jù)衛(wèi)星測距信號和事先已知的基準接收機精確位置計算衛(wèi)星的偽距差分修正數(shù)據(jù)和載波相位差分增強數(shù)據(jù)，通過完好性監(jiān)測算法獲得系統(tǒng)完好性信息，最終將這些信息封裝成增強信息報文經差分增強數(shù)據(jù)鏈播發(fā)給機載設備。機載設備接收和處理由衛(wèi)星導航系統(tǒng)和地面設備發(fā)射的信號，輸出偽距和載波相位差分定位結果和完好性告警信息。

參照圖1，本發(fā)明用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定裝置能夠通過衛(wèi)星導航接收機天線單元接收衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號，通過收發(fā)電臺天線單元完成衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)廣播信號的接收解析以及差分增強信息的對空廣播。本發(fā)明裝置包括：衛(wèi)星導航接收天線單元A、衛(wèi)星導航接收機單元B、電臺收發(fā)天線單元C、收發(fā)電臺單元D、顯示控制單元E、檢測標定處理單元F和電源組合單元G。檢測標定處理單元F包括：控制處理模塊F1、單點定位標定模塊F2、載波相位差分標定模塊F3、地面設備外場檢測模塊F4，如圖2所示。

參照圖3，本發(fā)明整個裝置的傳輸關系如下：

衛(wèi)星導航接收機單元B通過網絡通信連接將接收機原始觀測量、導航電文、接收機工況、指令響應回執(zhí)等信息傳輸給檢測標定處理單元F，支持其完成單點定位標定、載波相位差分標定和地面設備外場檢測，即將接收機數(shù)據(jù)1發(fā)送到單點定位標定模塊F2，將接收機數(shù)據(jù)2發(fā)送到載波相位差分標定模塊F3，將接收機數(shù)據(jù)3發(fā)送到地面設備外場檢測模塊F4，將接收機數(shù)據(jù)4發(fā)送到控制處理模塊F1。此外，檢測標定處理單元F能夠向衛(wèi)星導航接收機單元B發(fā)送控制指令，由控制處理模塊F1將指令數(shù)據(jù)5發(fā)送到衛(wèi)星導航接收機單元B。

收發(fā)電臺單元D通過串口通信連接將接收的差分增強信息報文、工況數(shù)據(jù)、指令響應回執(zhí)等信息傳輸給檢測標定處理單元F，支持其完成載波相位差分標定和地面設備外場檢測，即將收發(fā)電臺數(shù)據(jù)6發(fā)送到載波相位差分標定模塊F3，將收發(fā)電臺數(shù)據(jù)7發(fā)送到地面設備外場檢測模塊F4，將收發(fā)電臺數(shù)據(jù)8發(fā)送到控制處理模塊F1。此外，檢測標定處理單元F能夠向收發(fā)電臺單元D發(fā)送控制指令，由控制處理模塊F1將指令數(shù)據(jù)9發(fā)送到收發(fā)電臺單元D。

顯示控制單元E通過總線接口將操作人員通過人機交互界面完成的設置信息傳輸給檢測標定處理單元F，支持其完成檢測標定控制，即將顯示控制數(shù)據(jù)10發(fā)送到控制處理模塊F1。此外，檢測標定處理單元F能夠向顯示控制單元E發(fā)送需要顯示的數(shù)據(jù)信息，由控制處理模塊F1將顯示數(shù)據(jù)11發(fā)送到顯示控制單元E。

單點定位標定模塊F2接收控制處理模塊F1的控制指令數(shù)據(jù)12，結合衛(wèi)星導航接收機單元B輸出的接收機數(shù)據(jù)1完成單點定位及位置標定處理，形成位置標定結果數(shù)據(jù)13，并將位置標定結果數(shù)據(jù)13通過內部接口傳輸給控制處理模塊F1。

載波相位差分標定模塊F3接收控制處理模塊F1的控制指令數(shù)據(jù)14，結合衛(wèi)星導航接收機單元B輸出的接收機數(shù)據(jù)2以及收發(fā)電臺單元D輸出的差分增強信息報文數(shù)據(jù)6，完成載波相位差分標定處理，形成位置標定結果數(shù)據(jù)15，并將位置標定結果數(shù)據(jù)15通過內部接口傳輸給控制處理模塊F1。

地面設備外場檢測模塊F4接收控制處理模塊F1的控制指令數(shù)據(jù)17，結合衛(wèi)星導航接收機單元B輸出的接收機數(shù)據(jù)3以及收發(fā)電臺單元D輸出的差分增強信息報文數(shù)據(jù)7，完成地面設備外場檢測處理，形成差分定位結果和保護級數(shù)據(jù)16，并將差分定位結果和保護級數(shù)據(jù)16通過內部接口傳輸給控制處理模塊F1。

控制處理模塊F1通過接收顯示控制單元E發(fā)送的顯示控制數(shù)據(jù)10，完成分解處理后形成控制指令數(shù)據(jù)12、控制指令數(shù)據(jù)14和控制指令17，將控制指令數(shù)據(jù)12輸出到單點定位標定模塊F2，將控制指令數(shù)據(jù)14傳輸?shù)捷d波相位差分標定模塊F3，將控制指令數(shù)據(jù)17傳輸?shù)降孛嬖O備外場檢測模塊F4。此外，控制處理模塊F1通過接收單點定位標定模塊F2輸出的位置標定結果數(shù)據(jù)13、載波相位差分標定模塊F3輸出的位置標定結果數(shù)據(jù)15、地面設備外場檢測模塊F4輸出的差分定位結果和保護級數(shù)據(jù)16，完成數(shù)據(jù)的分析處理后轉換為顯示數(shù)據(jù)11并發(fā)送到顯示控制單元E進行顯示。

參考圖4，本發(fā)明用于衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的便攜式檢測標定的方法，包括如下步驟：

步驟1，工作準備：衛(wèi)星導航接收機天線和收發(fā)電臺天線的安裝部署。

根據(jù)使用目的，完成衛(wèi)星導航接收機天線和收發(fā)電臺天線的安裝部署：

1a、用于位置標定時，將衛(wèi)星導航接收機天線部署于待標定位置點，將收發(fā)電臺天線部署于設備附近點位；

1b、用于地面設備外場檢測時，將衛(wèi)星導航接收機天線部署于事先標定好的位置點，將收發(fā)電臺天線部署于設備附近點位。

步驟2，設備加電并進行自檢。

根據(jù)設備部署位置情況，確定設備供電形式：

2a、無須外部供電時，直接啟動設備電源，完成設備各單元的上電自檢并運行顯控軟件；

2b、需要外部供電時，先連接外部電源并觀察電源指示燈，指示燈正常情況下啟動設備電源，完成設備各單元的上電自檢并運行顯控軟件。

步驟3，工作模式設定。

根據(jù)使用目的，在顯控軟件界面上完成工作模式選擇和工作參數(shù)設置，將工作模式和參數(shù)作為控制指令發(fā)送給各組成單元和模塊，進入相應處理模塊進行處理和顯示。

步驟4，單點定位標定處理

單點定位標定處理通過接收衛(wèi)星導航接收機單元輸出的觀測數(shù)據(jù)和導航電文完成單點定位解算及位置標定處理，利用定位結果進行濾波和統(tǒng)計分析處理，形成位置標定結果數(shù)據(jù)。

如圖5所示，本發(fā)明方法中的單點定位標定處理過程，包括以下步驟：

4a、單點定位標定模塊通過網絡通信接口接收衛(wèi)星導航接收機輸出的接收機觀測量、導航電文等數(shù)據(jù)；

4b、利用接收機載波相位觀測量對偽距觀測量進行載波相位平滑處理，處理方法為滑動窗口(Geometric Moving Averaging，GMA)方法下的平滑方法；

4c、利用載波相位平滑處理后的偽距觀測量，采用最小二乘定位計算方法完成單點定位計算；

4d、利用隨機量的互差濾波方法，完成單點定位結果的濾波收斂，生成單點定位標定結果數(shù)據(jù)。

步驟5，載波相位差分標定處理。

載波相位差分標定處理通過接收衛(wèi)星導航接收機單元輸出的觀測數(shù)據(jù)和導航電文以及收發(fā)電臺單元輸出的差分增強信息報文，完成載波相位差分標定處理，形成位置標定結果數(shù)據(jù)。

如圖6所示，本發(fā)明方法中的載波相位差分標定處理過程，包括以下步驟：

5a、載波相位差分標定模塊通過網絡通信接口接收衛(wèi)星導航接收機輸出的接收機觀測量、導航電文等數(shù)據(jù)；

5b、載波相位差分標定模塊通過串口接收收發(fā)電臺單元輸出的差分增強信息報文數(shù)據(jù)；

5c、利用周跳檢驗算法檢驗載波相位觀測量中是否存在周跳，如果存在則對周跳進行修復處理；

5d、對完成周跳檢測與修復后的載波相位觀測量和偽距觀測量進行Kalman濾波處理；

5e、利用偽距觀測量求解載波相位觀測量的浮點解數(shù)值；

5f、利用LAMBDA算法在載波相位觀測量浮點解的基礎上完成整周模糊度解算，求解載波相位觀測量整周模糊度固定解數(shù)值；

5g、利用求解模糊度固定解所得Ratio值與門限作比對判定固定解是否滿足標準，如滿足標準則進入下一步驟完成位置解算，如不滿足標準則退回到步驟5d；

5h、利用載波相位固定解，采用最小二乘定位計算方法完成載波相位差分定位計算，根據(jù)所取得的矢量相對位置結合差分增強信息報文中的基準站位置生成定位結果數(shù)值；

5i、對載波相位差分標定處理獲得的定位結果數(shù)值進行統(tǒng)計分析，獲得位置標定結果。

步驟6，地面設備外場檢測處理。

地面設備外場檢測處理通過接收衛(wèi)星導航接收機單元輸出的觀測數(shù)據(jù)和導航電文以及收發(fā)電臺單元輸出的差分增強信息報文，模擬機載設備完成完好性和定位處理，形成差分定位結果和保護級數(shù)據(jù)，并將結果數(shù)據(jù)與已知點位位置進行對比分析，對地面設備進行功能性檢驗。

如圖7所示，本發(fā)明方法中的地面設備外場檢測處理過程，包括以下步驟：

7a、地面設備外場檢測模塊通過網絡通信接口接收衛(wèi)星導航接收機輸出的接收機觀測量、導航電文等數(shù)據(jù)；

7b、地面設備外場檢測模塊通過串口接收收發(fā)電臺單元輸出的差分增強信息報文數(shù)據(jù)；

7c、利用接收的數(shù)據(jù)完成完好性保護級計算與判定分析；

7d、利用接收的數(shù)據(jù)完成載波相位平滑碼偽距差分定位處理、RTK差分定位處理；

7e、對定位及完好性保護級判定分析結果進行統(tǒng)計分析，如統(tǒng)計結果均滿足系統(tǒng)設計指標要求，則判定地面設備功能有效。

步驟7，檢測標定顯示處理。

顯示控制單元接收控制處理模塊輸出的三種工作模式下生成的檢測結果數(shù)據(jù)和標定結果數(shù)據(jù)，將結果以數(shù)據(jù)或圖表的形式顯示在人機交互界面上，對出現(xiàn)異常的情況進行告警顯示處理。

上述實施例中，單點定位標定處理過程提高了衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)地面設備在無外部輔助條件下的快速位置標定能力，縮短了地面設備的開通準備時間；載波相位差分標定處理過程提高了衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)地面設備在存在已有參考點條件下的快速位置標定能力，有效縮短了地面設備的開通時間；二者結合能夠完成機場參考點的快速位置標定，對衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的快速展開和服務保障具有非常良好的使用效果。地面設備外場檢測處理過程有效彌補了當前衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)應用中目前缺乏有效的快速檢測標定手段的問題，提供一套便攜式檢測標定裝置，提高了衛(wèi)星導航著陸系統(tǒng)的應用保障能力。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明實施例技術方案的精神和范圍。