CN101839986B - 基于laas和waas的卫星导航监测方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法和***，该方法包括LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号；卫星导航监测装置分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号；并根据导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值；再根据各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值；并将各定位卫星的所述估计广域误差校正值携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。

Description

基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法和***

技术领域

本发明实施例涉及卫星导航技术，尤其涉及一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法和***。 

背景技术

现有的卫星导航***，从覆盖范围上，可以分为广域增强***(WideArea Augmentation System；简称：WAAS)和局域增强***(Local AreaAugmentation System；简称LAAS)。其中，WAAS用于对全球定位***(Global Positioning System；简称：GPS)观测量的误差源进行区分，并对每一个误差源分别加以“模型化”，然后将计算得出的每一个误差源的误差修正值通过数据通讯链广播给用户，从而使得用户的接收机根据接收的误差修正值对观测误差进行改正，以达到削弱误差源的影响，进而提高用户定位的精度。 

LAAS主要包括地面基准站、机载差分GPS接收设备和数据链。LASS主要设置在机场区域，用于对飞机的精密进近和着陆。其中，LAAS在地面完好性测试(Integrity Monitoring Test；简称：IMT)中使用了数据质量监测(Data Quality Monitoring；简称：DQM)，测量质量监测(MeasurementQuality Monitoring；简称：MQM)，信号质量监测(Signal QualityMonitoring；简称：SQM)，以及两个阶段的监视执行判决(ExecutiveMonitoring；简称：EXM)等一系列措施。从而使得在正常情况下，LAAS在定位精度大大提高，并且使得完好性、连续性和可用性也到达了C为服务等级(GSL C)甚至E为服务等级(GSL E)的标准。 

但是，WAAS的精度虽然满足了I类精密进近(CAT I)，但不能满足 II类精密进近(CAT II)和III类精密进近(CAT III)，其完好性也无法满足I类精密进近(CAT I)；同时LAAS的监测范围有限，尤其是在发生电离层异常时，LAAS的性能会大大降低。 

发明内容

本发明实施例提供一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法和***，以提高卫星导航***的监测范围，从而提高了对电离层风暴的抵御能力。 

本发明实施例提供一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，包括： 

LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号； 

卫星导航监测装置分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号； 

所述卫星导航监测装置根据所述导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值； 

所述卫星导航监测装置根据各所述定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值； 

所述卫星导航监测装置将各所述定位卫星的所述估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供所述机载用户装置根据接收到的所述局域导航参数判断所述卫星导航装置的可用性。 

本发明实施例提供一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，包括LAAS接收机、WAAS接收机、卫星导航监测装置和机载用户装置，其中， 

所述LAAS接收机用于接收导航卫星信号，所述WAAS接收机用于接收广域增强***信号； 

所述卫星导航监测装置包括： 

信号获取模块，用于分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号； 

校正值获取模块，用于根据所述导航卫星信号和广域增强***信号， 

分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值； 

估计校正误差值获取模块，用于根据各所述定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值； 

发送模块，用于将各所述定位卫星的所述估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给所述机载用户装置，以供所述机载用户装置根据接收到的所述局域导航参数判断所述卫星导航装置的可用性。 

本发明实施例的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法和***，通过LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号，卫星导航监测装置分别根据获取的每个接收机的导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值；并根据该局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值；并将各定位卫星的广域误差校正值携带在在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。由于该卫星导航装置同时接收导航卫星信号和广域增强***信号，从而提高了估计广域校正误差值的估计精度，进而扩大了卫星导航装置的监测范围，并有效的提高了对电离层风暴的抵御能力。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法一个实施例的流程图； 

图2为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法另一个实施例的 流程图； 

图3为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***一个实施例的结构示意图； 

图4为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***另一个实施例的结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

图1为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法一个实施例的流程图，如图1所示，本实施例的方法包括： 

步骤101、LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号。 

在本实施例中，地面基准站的接收机接收导航卫星信号和广域增强***信号。其中，导航卫星信号具体可以包括GPS星座中的卫星发射的信号和全球卫星导航装置(Global Navigation Satellite System；简称GLONASS)星座中的卫星发射的信号；广域增强***信号具体可以为同步轨道卫星(Geostationary Orbit；以下简称GEO)卫星发射的信号。需要说明的是，本发明各实施例中的接收机可以包括两种接收机，一种为LAAS接收机，用于接收导航卫星信号，另一种为WAAS接收机，用于接收广域增强***信号。需要说明的是，WAAS接收机还可以用于接收导航卫星信号。同时，本实施例并不限制地面基准站中接收机的个数，接收机可以为一个或者多个。本发明各实施例中的接收机个数M，M通常为1-4。 

步骤102、卫星导航监测装置分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号。 

步骤103、卫星导航监测装置根据导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值。 

在本实施例中，根据导航卫星信号，获取局域伪距校正值的具体实现方式为：首先根据导航卫星信号中的导航电文的星历参数计算N颗定位卫星的地心地固坐标系(Earth-Centered Earth-Fixed；简称ECEF)坐标值，并获取每个接收机的精确位置信息，再将该接收机的精确位置信息转换为接收机的ECEF坐标值。根据接收机的ECEF坐标值和与之对应的定位卫星的ECEF坐标值，分别计算每个接收机和每个接收机对应的每颗定位卫星之间的距离。再从导航卫星信号中分别获取各颗定位卫星对应的伪距观测值和载波相位观测值，并根据载波相位观测值，对伪距观测值进行平滑处理，以获取各颗定位卫星的平滑后的伪距观测值。再根据每个接收机和每个接收机对应的定位卫星之间的距离、以及每个接收机对应的定位卫星的平滑后的伪距观测值，获取每个接收机对应的每颗定位卫星的局域伪距校正值。 

在本实施例中，根据广域增强***信号，获取广域伪距校正值的具体实现方式为：根据广域增强***信号中WAAS电文类型10的信息，计算得到定位卫星的广域长期时钟校正值；根据航空无线电技术委员会的标准(Radio Technical Commission for Aeronautics；简称RTCA)DO-229D中提供的方法和给出的模型计算定位卫星的广域对流层校正值；根据WAAS电文类型18和26中的信息，计算定位卫星的广域电离层校正值；根据WAAS电文类型2-5，7，24中的信息，计算定位卫星广域快速误差校正值，并将广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值相加，以获取广域伪距校正值。 

需要说明的是，地面基准站可以从全球导航卫星***中选择可观测到的卫星作为定位卫星，本实施例并不限制定位卫星的颗数，定位卫星可以为一 颗也可以为多颗。本发明各实施例中的定位卫星可以为N颗，N可以具体为5-8。 

步骤104、卫星导航监测装置根据各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值。 

在本实施例中，由于广域伪距校正值是由定位卫星广域快速误差校正值，并将广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值相加计算得出的，因此根据局域伪距校正值和该广域伪距校正值，计算得出的估计广域校正误差值中已经对电离层风暴进行了监测，从而使得卫星导航装置的监测范围相对LAAS的监测范围扩大，进而有效提高了估计广域校正误差值的估计精度，并提高了电离层风暴的抵御能力。 

步骤105、卫星导航监测装置将各定位卫星的估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。 

在本实施例中，局域导航参数可以包括局域伪距校正值的标准偏差、电离层空间梯度、对流层发散系数和导航***的有效作用距离等。具体的，地面监测保护级包括垂直地面监测保护级和侧向地面监测保护级。告警门限包括垂直告警门限和侧向告警门限。以垂直方向为例，垂直地面监测保护级与垂直告警门限进行比较，当获取的比较结果为垂直地面监测保护级小于垂直告警门限时，则判断出卫星导航装置处于正常运行状态。当获取的比较结果为垂直地面监测保护级大于垂直告警门限时，则卫星导航装置会发出报警，以使机载用户启用其他卫星导航装置。 

在本实施例中，通过LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号，卫星导航监测装置分别根据获取的每个接收机的导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取每颗定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，并根据该局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取每颗定位卫星的估计广域校正误差值；并将各定位卫星的广域误差校正值携带 在在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。由于该卫星导航装置同时接收导航卫星信号和广域增强***信号，从而提高了估计广域校正误差值的估计精度，进而扩大了卫星导航装置的监测范围，并有效的提高了对电离层风暴的抵御能力。 

进一步的，图2为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法另一个实施例的流程图，如图2所示，本发明卫星导航监测方法的一种具体实现方式为： 

步骤201、LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号。 

步骤202、卫星导航监测装置分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号。 

步骤203、卫星导航监测装置根据获取接收机对应的定位卫星的距离 

具体的，根据导航卫星信号中的导航电文的星历参数计算N颗定位卫星的ECEF坐标值，并获取每个接收机的精确位置信息，再将该接收机的精确位置信息转换为接收机的ECEF坐标值。根据每个接收机的ECEF坐标值和每个接收机对应的每颗定位卫星的ECEF坐标值，分别计算出每个接收机和每个接收机对应的每颗定位卫星的距离 

需要说明的是，根据导航卫星信号中的导航电文的星历参数计算N颗定位卫星的ECEF坐标值存在误差，同时获取的接收机的精确位置也会存在微小测量误差，因此，定位卫星和接收机之间的距离 

并不是每个接收机和每个接收机对应的每颗定位卫星的真实距离。 

步骤204、根据导航卫星信号，分别获取各定位卫星的局域伪距观测值和局域载波观测值，并应用公式(1)： 

${R_{\mathrm{si}}}^j\left(k\right)=\frac{1}{N_s}{R}_i^j\left(k\right)+\frac{N_s-1}{N_s}({R_{\mathrm{si}}}^j(k-1)+{\mathrm{\φ}}_i^j\left(k\right)-{\mathrm{\φ}}_i^j(k-1))---\left(1\right)$

分别获取各定位卫星的平滑后的局域伪距观测值 

其中，k表示历元， 

τ_s表示滤波时间常数，T_s表示局域伪距观测值的测量间隔； 表示局域伪距观测值， 表示局域载波观测值；M表示接收机个数，1≤i≤M；N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N； 

步骤205、根据距离 

和定位卫星的平滑后的局域伪距观测值 

应用公式(2)： 

${\mathrm{PR}}_{\mathrm{Li}}^j=R_{\mathrm{turei}}^j-R_{\mathrm{si}}^j---\left(2\right)$

分别获取各定位卫星的局域伪距校正值 

步骤206、根据从广域增强***信号中获取的广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值，分别获取各定位卫星的广域伪距校正值 

步骤207、根据定位卫星的局域伪距校正值 

和广域伪距校正值 

采用公式(3)： 

${\widehat{\mathrm{\δ}}}_i^j={{\mathrm{PR}}_{\mathrm{wi}}}^j-{{\mathrm{PR}}_{\mathrm{Li}}}^j---\left(3\right)$

分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值 

在本实施例中，假设真实的伪距校正值为T_i ^j，局域监测的测量噪声为 

以及接收机钟差估值 

则局域伪距校正值 

还可以如公式(4)所示： 

${{\mathrm{PR}}_{\mathrm{Li}}}^j={T_i}^j+b_i^j+{\mathrm{\ϵ}}_i^j---\left(4\right)$

对于某一接收机而言，该接收机接收到的N颗定位卫星的LAAS接收机钟差估值 

是相同的，因此可以设 

又由于该接收机钟差估值 

为用户可以通过对N颗定位卫星的伪距差值取平均得到，因此，还可以设LAAS接收机钟差估值 

为0，从而使公式(4)变为公式(5)： 

${\mathrm{PR}}_{\mathrm{Li}}^j=T_i^j+{\mathrm{\ϵ}}_i^j---\left(5\right)$

另外，对于广域伪距校正值 

还可以如公式(6)所示： 

${\mathrm{PR}}_{\mathrm{wi}}^j=T_i^j+B_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j---\left(6\right)$

其中， 

为真实广域校正误差值； 

为WAAS接收机钟差估值。对于某一接收机而言，该接收机接收到的N颗定位卫星的WAAS接收机钟差估值 

是相同的，因此可以设 

又由于该WAAS接收机钟差估值 为用户可以通过对N颗定位卫星的伪距差值取平均得到，因此，还可以设接收机钟差估值 

为0，从而使公式(6)变为公式(7)： 

${\mathrm{PR}}_{\mathrm{wi}}^j=T_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j---\left(7\right)$

根据公式(3)、(5)和(7)，计算得出公式(8)： 

${\mathrm{\δ}}_i^j={\widehat{\mathrm{\δ}}}_i^j+{\mathrm{\ϵ}}_i^j---\left(8\right)$

基于上述分析可知，真实广域校正误差值是由测量噪声 

和估计广域校正误差值 

组成的。同时，假设测量噪声 服从均值为0、局域伪距校正值的标准偏差 

的高斯分布前提下，则真实广域校正误差值 

和估计广域校正误差值 满足： 

$P\left({\mathrm{\δ}}_i^j\right|{\widehat{\mathrm{\δ}}}_i^j)=N({\widehat{\mathrm{\δ}}}_i^j,{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Li}}^j)---\left(9\right)$

其中， 

如公式(10)所示： 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Li}}^j=\sqrt{\frac{{(a_0+a_1{e}^{-{\mathrm{\θ}}_i^j/{\mathrm{\θ}}_0})}^2}{M}}+a_2^2+{\left(\frac{a_3}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_i^j\right)}\right)}^2---\left(10\right)$

其中，a₀、a₁、a₂、a₃和θ₀表示与接收机性能相关的参数。 

步骤208、将各定位卫星的估计广域校正误差值 

携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。 

进一步的，步骤208包括： 

步骤2081、根据局域导航参数，获取地面监测保护级。 

具体的，地面监测保护级包括垂直地面监测保护级和侧向地面监测保护 级。其中，垂直地面监测保护级和侧向地面监测保护级的一种具体实现方式为： 

根据局域导航参数，并采用公式(11)： 

${\mathrm{VPL}}_{\mathrm{WLS}}=K\sqrt{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_v^2\left(j\right){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}+\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_v\left(\text{j}\right){\mathrm{\δ}}_j^{\$}\right|---\left(11\right)$

获取卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS； 

其中，K为误差放大因子；N为定位卫星的颗数；S_v(j)表示一个从伪局域到定位域的转换矩阵；σ_tot(j)为用户针对第j颗定位卫星计算的总标准差； 

为M个接收机的估计广域校正误差值的平均值。 

具体的，误差放大因子K的具体计算方法为： 

应用公式(12)和公式(13)： 

K＝Q^-1(P_HMI-ff/2)                              (12) 

$Q\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{\∫}_x^{\∞}{e}^{-\frac{t^2}{2}}\mathrm{dt}---\left(13\right)$

获取误差放大因子K。其中，P_HMI-ff是地面基准站无接收机故障时的完好性风险值。该值可以采用LAAS的最小航空***性能标准(Minimum AviationSystem Performance Standards；简称MASPS)DO-245A中提供的值。 

伪局域到定位域的转换矩阵S_v(j)的计算方法为： 

应用公式(14)： 

S_v(j)＝S_z(j)+S_x(j)*tanθ_GS                     (14) 

获取伪局域到定位域的转换矩阵S_v(j)。其中，S_z(j)和S_x(j)分别代表S矩阵中与z方向和x方向相关的第j列元素，θ_GS是进近滑翔角。 

σ_tot(j)的表达公式可以如公式(15)所示： 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)={\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Lj}}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{air},j}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{iono},j}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{trop},j}\right)}^2---\left(15\right)$

其中，σ_air，j指多径和热噪声误差的标准差；σ_iono，j指电离层误差的标准差；σ_trop，j 指对流层误差的标准差，它们的具体计算公式可参考LAAS的MASPS DO-245A。σ_Lj为M个接收机的 

的平均值，如公式(16)所示： 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Lj}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Li}}^j}{M}---\left(16\right)$

如公式(10)所示： 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{Li}}^j=\sqrt{\frac{{(a_0+a_1{e}^{-{\mathrm{\θ}}_i^j/{\mathrm{\θ}}_0})}^2}{M}}+a_2^2+{\left(\frac{a_3}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_i^j\right)}\right)}^2---\left(10\right)$

其中，a₀、a₁、a₂、a₃和θ₀表示与接收机性能相关的参数。 

M个接收机的估计广域校正误差值的平均值 

如公式(17)所示： 

${\widehat{\mathrm{\δ}}}_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\widehat{\mathrm{\δ}}}_i^j}{M}---\left(17\right)$

根据局域导航参数，并采用公式(18)： 

${\mathrm{LPL}}_{\mathrm{WLS}}=K\sqrt{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_L^2\left(j\right){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}+\left|\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_L\left(j\right){\mathrm{\δ}}_j^{\$}\right|---\left(18\right)$

获取卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS。 

其中，伪局域到定位域的转换矩阵S_L(j)的计算方法为： 

应用公式(19)： 

S_L(j)＝S_y(j)              (19) 

获取伪局域到定位域的转换矩阵S_L(j)。其中，S_y(j)代表S矩阵中与y方向相关的第j列元素。 

根据局域导航参数，并采用公式(20)： 

${\mathrm{VEB}}_j=\left|S_v\left(j\right)\right|{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_v{\left(j\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}---\left(20\right)$

获取每颗定位卫星的垂直星历保护级VEB_j； 

其中；χ_air为机载用户装置和地面基准站之间的距离，单位为米；P_j为星历相关参数，携带在导航卫星参数中并由地面基准站播发给机载用户装置的； K_{md_e}单颗定位卫星发生故障时的完好性风险值所对应的漏检概率系数，其计算方法和步骤207中K的计算方法相同。在此不再赘述。 

需要说明的是，每颗定位卫星的垂直星历保护级VEB_j的最大值即为导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB，如公式(21)所示： 

VEB＝max(VEB_j)              (21) 

根据局域导航参数，并采用公式(22)： 

${\mathrm{LEB}}_j=\left|S_L\left(j\right)\right|{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_L{\left(j\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}---\left(22\right)$

获取每颗定位卫星的侧向星历保护级LEB_j； 

需要说明的是，每颗定位卫星的侧向星历保护级LEB_j的最大值即为导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB，如公式(23)所示： 

LEB＝max(LEB_j)              (23) 

根据卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS、卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS、导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB，并采用公式(24)和公式(25)： 

VPL＝max(VPL_WLS，VEB)            (24) 

LPL＝max(VPL_WLS，LEB)            (25) 

获取垂直地面监测保护级VPL和侧向地面监测保护级LPL。 

步骤2082、将地面监测保护级与预设的告警门限进行比较，获取比较结果，并根据比较结果判断卫星导航装置的可用性。 

具体的，地面监测保护级包括垂直地面监测保护级和侧向地面监测保护级。告警门限包括垂直告警门限和侧向告警门限。以垂直方向为例，垂直地面监测保护级与垂直告警门限进行比较，当获取的比较结果为垂直地面监测保护级小于垂直告警门限时，则判断出卫星导航装置处于正常运行状态。当获取的比较结果为垂直地面监测保护级大于垂直告警门限时，则卫星导航装 置会发出报警，以使机载用于启用其他卫星导航装置。 

需要说明的是，侧向地面监测保护级与侧向告警门限进行比较的方法与垂直地面监测保护级与垂直告警门限进行比较方法相同，在此不再赘述。 

在本实施例中，通过根据接收到的局域导航参数，获取地面监测保护级，并对地面监测保护级和预设的告警门限进行比较，以根据比较结果判断卫星导航装置的可用性。由于该局域导航参数包含估计广域校正误差值，该广域误差校正值中包括对电离层风暴进行精确的监测，从而提高了估计广域校正误差值的估计精度，进而扩大了卫星导航装置的监测范围，并有效的提高了对电离层风暴的抵御能力。 

图3为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***一个实施例的结构示意图，如图3所示，本实施例的***包括：LAAS接收机11、WAAS接收机12、卫星导航监测装置13和机载用户装置14。其中，LAAS接收机11接收导航卫星信号；WAAS接收机12接收广域增强***信号。卫星导航监测装置13包括信号获取模块131、校正值获取模块132、估计校正误差值获取模块133和发送模块134。 

具体的，信号获取模块131用于分别获取每个接收机的导航卫星信号和广域增强***信号；校正值获取模块132用于根据导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取每颗定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值；估计校正误差值获取模块133用于根据各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值；发送模块134用于将各定位卫星的估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。 

本实施例的基于LAAS和WAAS的卫星导航***可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。 

在本实施例中，通过LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号，卫星导航监测装置分别根据获取的每个接收机的导航 卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，并根据该局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取每颗定位卫星的估计广域校正误差值；并将各定位卫星的广域误差校正值携带在在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。由于该卫星导航装置同时接收导航卫星信号和广域增强***信号，从而提高了估计广域校正误差值的估计精度，进而扩大了卫星导航装置的监测范围，并有效的提高了对电离层风暴的抵御能力。 

图4为本发明基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***另一个实施例的结构示意图，如图4所示，在上述实施例的基础上，校正值获取模块132包括距离获取单元1321、平滑处理单元1322、局域伪距校正值获取单元1323和广域伪距校正值获取单元1324。 

具体的，距离获取单元1321用于分别获取接收机对应的定位卫星的距离 

平滑处理单元1322用于根据导航卫星信号，分别获取各定位卫星对应的局域伪距观测值和局域载波观测值；并应用公式 

获取每颗定位卫星的平滑后的局域伪距观测值 

局域伪距校正值获取单元1323用于根据距离 

和定位卫星对应的平滑后的局域伪距观测值 

应用公式 

分别获取各定位卫星的局域伪距校正值 

广域伪距校正值获取单元1324用于根据从广域增强***信号中获取的广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值，分别获取各定位卫星的广域伪距校正值 

同时，估计校正误差值获取模块133用于根据每颗定位卫星的局域伪距校正值 

和广域伪距校正值 

应用公式 

分别获取各定位卫星的估计广域校正误差值 

进一步的，机载用户装置14包括：地面监测保护级获取模块141和比较模块142。其中，地面监测保护级获取模块141用于根据局域导航参数，获取地面监测保护级；比较模块142用于将地面监测保护级与预设的告警门限进行比较，获取比较结果，并根据比较结果判断卫星导航装置的可用性。 

进一步的，地面监测保护级获取模块141包括卫星导航装置保护级获取单元1411、卫星导航装置星历保护级获取单元1412和地面监测保护级获取单元1413。其中，卫星导航装置保护级获取单元1411根据局域导航参数，并采用公式 

和 

分别获取卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS和卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS；卫星导航装置星历保护级获取单元1412根据局域导航参数，并采用公式  $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{VEB}}_j=\left|S_v\left(j\right)\right|{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_v{\left(j\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}\\ {\mathrm{VEB}}_j=\left|S_L\left(j\right)\right|{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{air}}{P}_j+K_{\mathrm{md}\_e}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_L{\left(j\right)}^2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{tot}}^2\left(j\right)}\end{array}\right.,$ 获取每颗定位卫星的垂直星历保护级VEB_j和获取每颗定位卫星的侧向星历保护级LEB_j；并选取定位卫星的垂直星历保护级中的最大值和定位卫星的侧向星历保护级最大值分别作为导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB；地面监测保护级获取单元1413用于根据卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS、卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS、导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB，并采用公式VPL＝max(VPL_WLS，VEB)和LPL＝max(LPL_WLS，LEB)，获取垂直地面监测保护级VPL和侧向地面监测保护级LPL。 

本实施例的基于LAAS和WAAS的导航卫星监测***可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。 

在本实施例中，通过LAAS接收机从至少一颗LASS***定位卫星接收导航卫星信号，WAAS接收机从至少一颗WASS***定位卫星接收广域增强***信号，卫星导航监测装置分别根据获取的每个接收机的导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取每颗定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，并根据该局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取每颗定位卫星的估计广域校正误差值；并将各定位卫星的广域误差校正值携带在在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供机载用户装置根据接收到的局域导航参数，获取地面监测保护级，并对地面监测保护级和预设的告警门限进行比较，以根据比较结果判断卫星导航装置的可用性。由于该局域导航参数包含估计广域校正误差值，该广域误差校正值中包括对电离层风暴进行精确的监测，从而提高了估计广域校正误差值的估计精度，进而扩大了卫星导航装置的监测范围，并有效的提高了对电离层风暴的抵御能力。 

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，其特征在于，包括：

LAAS接收机接收导航卫星信号，WAAS接收机接收广域增强***信号；

卫星导航监测装置分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号；

所述卫星导航监测装置根据所述导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值；

所述卫星导航监测装置根据各所述定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值；

所述卫星导航监测装置将各所述定位卫星的所述估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给机载用户装置，以供所述机载用户装置根据接收到的所述局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。

2.根据权利要求1所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，其特征在于，所述卫星导航监测装置根据所述导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，包括：

分别获取所述接收机和对应的定位卫星的距离 

根据所述导航卫星信号，分别获取各所述定位卫星的局域伪距观测值和局域载波观测值；并应用公式分别获取各所述定位卫星的平滑后的局域伪距观测值 

其中，k表示历元；

N_s表示采样点个数；τ_s表示滤波时间常数，T_s表示局域伪距观测值的测量间隔；

表示局域伪距观测值， 表示局域载波观测值；

M表示接收机个数，1≤i≤M； 

N表示定位卫星颗数，1≤j≤N；

根据所述距离 和所述定位卫星对应的平滑后的局域伪距观测值 

应用公式 

分别获取各所述定位卫星的局域伪距校正值 

根据从所述广域增强***信号中获取的广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值，分别获取各所述定位卫星的广域伪距校正值 

3.根据权利要求2所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，其特征在于，所述卫星导航监测装置根据各所述定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值，包括：

根据所述定位卫星的局域伪距校正值 和广域伪距校正值 

应用公式 

分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值 

其中，M表示接收机个数，1≤i≤M；

N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N。

4.根据权利要求3所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，其特征在于，所述机载用户装置根据接收到的局域导航参数判断卫星导航装置的可用性，包括：

根据所述局域导航参数，获取地面监测保护级；

将所述地面监测保护级与预设的告警门限进行比较，获取比较结果，并根据所述比较结果判断所述卫星导航装置的可用性。

5.根据权利要求4所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测方法，其特征在于，根据所述局域导航参数，获取地面监测保护级，包括：

根据所述局域导航参数，并采用公式

和 

分别获取所述卫星导航装置的垂直保护 级VPL_WLS和卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS；

根据所述局域导航参数，并采用公式 

获取各所述定位卫星的垂直星历保护级VEB_j和各所述定位卫星的侧向星历保护级LEB_j；并将选取的定位卫星的垂直星历保护级中的最大值和定位卫星的侧向星历保护级的最大值分别作为导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB；

根据所述卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS、卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS、导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB，并采用公式VPL＝max(VPL_WLS，VEB)和LPL＝max(LPL_WLS，LEB)，获取垂直地面监测保护级VPL和侧向地面监测保护级LPL；

其中，K为误差放大因子；

M表示接收机个数，1≤i≤M；

N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N；

S_v(j)表示一个从伪局域到定位域的转换矩阵；

S_L(j)＝S_y(j)，其中，S_y(j)代表S矩阵中与y方向相关的第j列元素；

S_z(j)、S_x(j)和S_y(j)分别代表S矩阵中与z方向、x方向和y方向相关的第j列元素；

σ_tot(j)为用户针对第j颗定位卫星计算的总标准差；

为M个接收机的估计广域校正误差值的平均值；

χ_air为机载用户装置和地面基准站之间的距离，单位为米；

P_j为星历相关参数；

K_{md_e}为单颗定位卫星发生故障时的完好性风险值所对应的漏检概率系数。

6.一种基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，其特征在于，包括LAAS接收机、WAAS接收机、卫星导航监测装置和机载用户装置，其中， 

所述LAAS接收机用于接收导航卫星信号，所述WAAS接收机用于接收广域增强***信号；

所述卫星导航监测装置包括：

信号获取模块，用于分别获取每个接收机接收的导航卫星信号和广域增强***信号；

校正值获取模块，用于根据所述导航卫星信号和广域增强***信号，分别获取各定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值；

估计校正误差值获取模块，用于根据各所述定位卫星的局域伪距校正值和广域伪距校正值，分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值；

发送模块，用于将各所述定位卫星的所述估计广域校正误差值携带在局域导航参数中播发给所述机载用户装置，以供所述机载用户装置根据接收到的所述局域导航参数判断卫星导航装置的可用性。

7.根据权利要求6所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，其特征在于，所述校正值获取模块包括：

距离获取单元，用于分别获取所述接收机对应的定位卫星的距离 

平滑处理单元，用于根据所述导航卫星信号，分别获取各定位卫星对应的局域伪距观测值和局域载波观测值；并应用公式 分别获取各所述定位卫星的平滑后的局域伪距观测值 

其中，k表示历元；

N_s表示采样点个数；τ_s表示滤波时间常数，T_s表示局域伪距观测值的测量间隔；

表示局域伪距观测值， 表示局域载波观测值； 

M表示接收机个数，1≤i ≤M；

N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N；

局域伪距校正值获取单元，用于根据所述距离 

和所述定位卫星对应的平滑后的局域伪距观测值 应用公式 

分别获取各所述定位卫星的局域伪距校正值 

广域伪距校正值获取单元，用于根据从所述广域增强***信号中获取的广域长期时钟校正值、广域对流层校正值、广域电离层校正值和广域快速误差校正值，分别获取各定位卫星的广域伪距校正值 

8.根据权利要求7所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，其特征在于，所述估计校正误差值获取模块用于根据各定位卫星的局域伪距校正值 

和广域伪距校正值 

应用公式 

分别获取各所述定位卫星的估计广域校正误差值 

其中，M表示接收机个数，1≤i≤M；

N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N。

9.根据权利要求8所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，其特征在于，所述机载用户装置包括：

地面监测保护级获取模块，用于根据所述局域导航参数，获取地面监测保护级；

比较模块，用于将所述地面监测保护级与预设的告警门限进行比较，获取比较结果，并根据所述比较结果判断所述卫星导航装置的可用性。

10.根据权利要求9所述的基于LAAS和WAAS的卫星导航监测***，其特征在于，所述地面监测保护级获取模块包括：

卫星导航装置保护级获取单元，用于根据所述局域导航参数，并采用公式

和分别获取所述卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS和卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS； 

卫星导航装置星历保护级获取单元，用于根据所述局域导航参数，并采用公式 

获取各所述定位卫星的垂直星历保护级VEB_j和各所述定位卫星的侧向星历保护级LEB_j；并将选取的定位卫星的垂直星历保护级中的最大值和定位卫星的侧向星历保护级的最大值分别作为导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB；

地面监测保护级获取单元，用于根据所述卫星导航装置的垂直保护级VPL_WLS、卫星导航装置的侧向保护级LPL_WLS、导航卫星增强***的垂直星历保护级VEB和导航卫星增强***的侧向星历保护级LEB，并采用公式VPL＝max(VPL_WLS，VEB)和LPL＝max(LPL_WLS，LEB)，获取垂直地面监测保护级VPL和侧向地面监测保护级LPL；

其中，K为误差放大因子；

M表示接收机个数，1≤i≤M；

N表示表示定位卫星颗数，1≤j≤N；

S_v(j)表示一个从伪局域到定位域的转换矩阵；

S_L(j)＝S_y(j)，其中，S_y(j)代表S矩阵中与y方向相关的第j列元素；

S_z(j)、S_x(j)和S_y(j)分别代表S矩阵中与z方向、x方向和y方向相关的第j列元素；

σ_tot(j)为用户针对第j颗定位卫星计算的总标准差；

为M个接收机的所述估计广域校正误差值的平均值；

χ_air为机载用户装置和地面基准站之间的距离，单位为米；

P_j为星历相关参数；

K_{md_e}为单颗定位卫星发生故障时的完好性风险值所对应的漏检概率系数。 

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