空地協(xié)同的ras電離層異常監(jiān)測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域，其是受太陽高能輻射以及宇宙線的激勵而電 離的大氣高層，電離層中存在著相當多的自由電子和離子，其能改變無線電波的傳播速度， 使無線電波發(fā)生折射、反射和散射，產(chǎn)生極化面的旋轉(zhuǎn)并受到不同程度的吸收。若電離層發(fā) 生異常，其將會改變無線電波的傳播速度甚至造成無線中斷，影響到衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)的 完好性性能。因此，監(jiān)測電離層是否發(fā)生異常是計算衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)的完好性性能的重 要前提條件。
[0003] 現(xiàn)階段，電離層異常監(jiān)測方法主要有接收機自主完好性監(jiān)測（Receiver Autonomous Integrity Monitoring，簡稱RAIM)方法、平面擬合方法和雙頻監(jiān)測方法。其 中，RAIM方法是為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機載用戶提供完好性保障的最基本方式，其核心思想是 通過接收機接收到的多顆衛(wèi)星信息來實現(xiàn)故障的檢測和識別，其對衛(wèi)星故障反應(yīng)迅速、完 全自動、不需要借助外界的其他信息，但該方法在接收機視界內(nèi)有5顆以上且?guī)缀畏植驾^好 的衛(wèi)星時才能正常工作，在某些時間和地點無法使用。平面擬合方法是根據(jù)誤差來源對全 球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，簡稱GNSS)的觀測誤差進行模型 化處理，然后將計算出的每一個誤差源的誤差校正參數(shù)通過靜地軌道（Geostationary Earth Orbit，簡稱GE0)衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈廣播給用戶，對用戶的觀測誤差進行校正，但是該方法 比較保守，在沒有電離層異常發(fā)生時，它會在一定程度上影響系統(tǒng)的可用性。雙頻監(jiān)測方法 是根據(jù)L1頻段(約1575MHz)和L2頻段(約1227MHz)的覆蓋范圍得到導(dǎo)航衛(wèi)星的偽距值，進而 消除電離層異常的誤差，但是由于L2頻段沒有放到受保護的航空無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù) (Aeronautical Radio Navigation Service，簡稱ARNS)頻段，且其附近的大功率雷達對 衛(wèi)星的干擾過大，實用性受到限制。
[0004] 綜上可知，現(xiàn)有電離層異常監(jiān)測方法的實用性均存在一定的限制，導(dǎo)致電離層監(jiān) 測的準確度比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有電離層 檢測的準確度較低，實用性低的問題。
[0006] 本發(fā)明提供的一種空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法，包括：
[0007] 根據(jù)多個可見衛(wèi)星發(fā)送的電文，分別對每個地面監(jiān)測站進行監(jiān)測，得到每個所述 地面監(jiān)測站中每個所述可見衛(wèi)星對應(yīng)的第一電離層延遲誤差；
[0008] 分別將每個所述地面監(jiān)測站中每個所述可見衛(wèi)星對應(yīng)的第一電離層延遲誤差與 第一預(yù)設(shè)閾值進行比較，若所述第一電離層延遲誤差大于所述第一預(yù)設(shè)閾值，則將所述第 一電離層延遲誤差對應(yīng)的衛(wèi)星從對應(yīng)的地面監(jiān)測站中剔除，得到每個所述地面監(jiān)測站的第 一可用衛(wèi)星；
[0009]若至少N-2個地面監(jiān)測站的所述第一可用衛(wèi)星個數(shù)不小于預(yù)設(shè)個數(shù)，則對每個所 述第一可用衛(wèi)星進行機載監(jiān)測，得到每個所述第一可用衛(wèi)星的定位誤差，所述N為地面監(jiān)測 站總數(shù)，N為不小于3的整數(shù)；
[0010]若任一所述第一可用衛(wèi)星的定位誤差不大于第二預(yù)設(shè)閾值且任意兩個所述第一 可用衛(wèi)星的定位誤差之和不大于第三預(yù)設(shè)閾值，則對所述第一可用衛(wèi)星執(zhí)行雙平滑電離層 梯度監(jiān)測算法DSIGMA，得到所述第一可用衛(wèi)星對應(yīng)的偽距校正誤差；
[0011]若所述偽距校正誤差不大于第四預(yù)設(shè)閾值，則利用所述第一可用衛(wèi)星的完好性監(jiān) 測結(jié)果估算區(qū)域增強系統(tǒng)RAS的保護級，得出所述RAS的電離層異常情況。
[0012] 本發(fā)明還提供一種空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
[0013] 地面監(jiān)測站模塊，用于根據(jù)多個可見衛(wèi)星發(fā)送的電文，分別對每個地面監(jiān)測站進 行監(jiān)測，得到每個所述地面監(jiān)測站中每個所述可見衛(wèi)星對應(yīng)的第一電離層延遲誤差；
[0014] 可用衛(wèi)星確定模塊，用于分別將每個所述地面監(jiān)測站中每個所述可見衛(wèi)星對應(yīng)的 第一電離層延遲誤差與第一預(yù)設(shè)閾值進行比較，在所述第一電離層延遲誤差大于所述第 一預(yù)設(shè)閾值時，將所述第一電離層延遲誤差對應(yīng)的衛(wèi)星從對應(yīng)的地面監(jiān)測站中剔除，得到 每個所述地面監(jiān)測站的第一可用衛(wèi)星；
[0015] 機載監(jiān)測模塊，用于在至少N-2個地面監(jiān)測站的所述第一可用衛(wèi)星個數(shù)不小于預(yù) 設(shè)個數(shù)時，對每個所述第一可用衛(wèi)星進行機載監(jiān)測，得到每個所述第一可用衛(wèi)星的定位誤 差，所述N為地面監(jiān)測站總數(shù)，N為不小于3的整數(shù)；
[0016] D值監(jiān)測模塊，用于在任一所述第一可用衛(wèi)星的定位誤差不大于第二預(yù)設(shè)閾值且 任意兩個所述第一可用衛(wèi)星的定位誤差之和不大于第三預(yù)設(shè)閾值時，對所述第一可用衛(wèi)星 執(zhí)行雙平滑電離層梯度監(jiān)測算法DSIGMA，得到所述第一可用衛(wèi)星對應(yīng)的偽距校正誤差；
[0017] 保護級計算模塊，用于在所述偽距校正誤差不大于第四預(yù)設(shè)閾值時，利用所述第 一可用衛(wèi)星的完好性監(jiān)測結(jié)果估算區(qū)域增強系統(tǒng)RAS的保護級，得出所述RAS的電離層異常 情況。
[0018] 本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法及系統(tǒng)，首先根據(jù)多個可見衛(wèi) 星發(fā)送的電文，分別對每個地面監(jiān)測站進行監(jiān)測，根據(jù)得到的可見衛(wèi)星對應(yīng)的第一電離層 延遲誤差將不可用的衛(wèi)星剔除，得到每個地面監(jiān)測站的第一可用衛(wèi)星，其次，在第一可用衛(wèi) 星個數(shù)滿足要求時，對每個第一可用衛(wèi)星進行機載監(jiān)測，并在機載監(jiān)測得到的第一可用衛(wèi) 星的定位誤差滿足要求時，對第一可用衛(wèi)星進行雙平滑電離層梯度監(jiān)測算法，進而得到第 一可用衛(wèi)星對應(yīng)的偽距校正誤差，最后在該偽距校正誤差也滿足閾值條件時，利用該第一 可用衛(wèi)星的完好性監(jiān)測結(jié)果估算RAS的保護級，從而得出RAS的電離層異常情況。本發(fā)明的 技術(shù)方案，通過對可見衛(wèi)星進行層層篩選，將不可用的衛(wèi)星剔除掉，只采用完好性性能好的 衛(wèi)星來估算保護級，提高了電離層異常監(jiān)測結(jié)果的準確度和精確。
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法實施例一的流程示意 圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法實施例二的流程示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法實施例三的流程示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法實施例四的流程示意圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法實施例五的流程示意圖；
[0025] 圖6為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測方法中RAS的示意圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測系統(tǒng)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖8為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測系統(tǒng)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測系統(tǒng)實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明提供的空地協(xié)同的RAS電離層異常監(jiān)測系統(tǒng)實施例四的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031] 電離層異常是影響衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)完好性性能的主要因素，因此，若要精確計 算衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)的完好性性能，首先需要對電離層是否發(fā)生異常進行監(jiān)測。與現(xiàn)有的 衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)相對應(yīng)，目前的電離層異常監(jiān)測方法主要有空基增強系統(tǒng)(Aircraft Based Augmentation System，簡稱ABAS)電離層異常監(jiān)測方法、星基增強系統(tǒng) (Satellite-Based Augmentation System，簡稱SBAS)電離層異常監(jiān)測方法和地基增強系 統(tǒng)(Ground Based Augmentation System，簡稱GBAS)電離層異常監(jiān)測方法。
[0032]其中，ABAS電離層異常監(jiān)測方法的典型代表為接收機自主完好性監(jiān)測(Receiver Autonomous Integrity Monitoring，簡稱RAIM)技術(shù)。RAIM技術(shù)是為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機載 用戶提供完好性保障的最基本方式，其核心思想是通過接收機收到的多顆衛(wèi)星信息來實現(xiàn) 故障的檢測和識別，其對衛(wèi)星故障反應(yīng)迅速、完全自動、不需要借助外界的其他信息便可得 到監(jiān)測結(jié)果，但其對衛(wèi)星的數(shù)量和分布形式要求較為苛刻，必須在接收機視界內(nèi)有5顆以上 且?guī)缀畏植驾^好的衛(wèi)星時才能正常工作，而在某些時間和地點無法使用。
[0033] SBAS中使用的傳統(tǒng)平面擬合方法其基本思想是:首先根據(jù)誤差源將全球衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，簡稱GNSS)觀測誤差進行模型化處理，然后 將計算得到的每一個誤差源對應(yīng)的誤差校正參數(shù)通過靜地軌道(Geostationary Earth Orbit，簡稱GE0)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)鏈廣播給用戶，對用戶的觀測誤差進行校正。在此基礎(chǔ)上，為了 解決廣域增強系統(tǒng)(Wide Area Augmentation System，簡稱WAAS)中的電離層異常監(jiān)測問 題，某所大學(xué)的GPS實驗室提出了加權(quán)平面擬合法，其與SBAS中使用的傳統(tǒng)平面擬合方法相 比，該加權(quán)平面擬合法可以較好地對電離層異常帶來的誤差進行包絡(luò)。但是，該方法的估計 比較保守，在沒有發(fā)生電離層異常時，會在一定程度上損失SBAS的可用性。
[0034]此外，某公司的研究人員還提出了兩種電離層異常的監(jiān)測方法，分別稱為 "Calculate-then-monitor" 結(jié)構(gòu)和 "Monitor-then-Calculate" 結(jié)構(gòu)，該方法也是基于平面 擬合的思想對電離層異常進行監(jiān)測，但是沒有考慮擬合過程中產(chǎn)生的處理噪聲和系統(tǒng)測量 噪聲對監(jiān)測結(jié)果帶來的影響。
[0035]進一步的，某所大學(xué)的研究人員還基于地質(zhì)學(xué)中的普通Kriging算法提出了一種 估計電離層異常的方法，該方法利用了所有WAAS參考站的電離層穿透點（Ionospheric Pierce Point，簡稱IPP)信息，但由于帶寬的限制用戶很難收到所有的IPP信息，致使該方 法的實用性受到了一定的制約。同時，一些研究人員還提出了利用變球殼高度模型和多層 模型的思想來估計WAAS的電離層異常方法，但并不成熟。
[0036] GBAS電離層異常監(jiān)測方法有雙頻監(jiān)測方法。雙頻監(jiān)測方法是根據(jù)G