CN103760571A - 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法 - Google Patents

用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103760571A
CN103760571A CN201410052157.9A CN201410052157A CN103760571A CN 103760571 A CN103760571 A CN 103760571A CN 201410052157 A CN201410052157 A CN 201410052157A CN 103760571 A CN103760571 A CN 103760571A
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
monitoring
fragility
unit
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410052157.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103760571B (zh
Inventor
战兴群
赵欣
荆帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201410052157.9A priority Critical patent/CN103760571B/zh
Publication of CN103760571A publication Critical patent/CN103760571A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103760571B publication Critical patent/CN103760571B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

一种卫星导航技术领域的用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法，该***包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块。本发明解决了现有卫星导航***脆弱性影响因素的监测过程复杂且缺乏定量判断标准的技术问题，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高脆弱性影响因素的监测效率，使得全球导航卫星***的脆弱性监测与判断有***、快速、准确的实现途径。

Description

用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法
技术领域
本发明涉及的是一种卫星导航领域的***及方法，具体是一种用于GPS（GlobalPositioning System）的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法。
背景技术
全球导航卫星***脆弱性是指全球导航卫星***在各类因素影响下服务性能缺失或衰减的程度，是***的固有属性。其内涵指在各类故障、干扰因素发生时，***及服务质量受到影响的程度。其外延主要包括：卫星故障失效、星间链路通信干扰、星地链路通信干扰、大气环境影响（电离层/对流层）、多径效应、终端故障等影响因素。随着全球导航卫星***在世界范围内军事、国民经济、日常生活等几乎所有领域的广泛使用，人类越来越依赖全球卫星导航***所提供的定位、导航与授时服务。因此对于所有全球卫星导航***，分析其脆弱性程度，判断其能否提供稳定服务已成为重要研究课题。
经对现有技术文献的检索发现，Saint Germain en Laye.撰文GNSS Vulnerability andMitigation Measures[C]IALA Recommendation R-1292012.“全球卫星导航***脆弱性和缓解方法”，文中提出了一种全球卫星导航***的脆弱性主要影响因素及其影响的缓解方法，但该技术针对特定脆弱性因素过程复杂，且没有定量的衡量分类标准，不具有可操作性，因此构建有效的脆弱性监测***对于全球导航卫星***脆弱性评估问题具有重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测***及方法，解决了现有卫星导航***脆弱性影响因素的监测过程复杂且缺乏定量判断标准的技术问题，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高脆弱性影响因素的监测效率，使得全球导航卫星***的脆弱性监测与判断有***、快速、准确的实现途径。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测***，包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块，其中：控制计算模块与空间段脆弱性仿真模块相连并传输脆弱性因素生成参数，空间段脆弱性仿真模块分别向监测站模块传输电子浓度、对流层模型参数、电离层闪烁参数和/或电离层模型参数，并向软件接收机模块传输星间链路测距值，评估计算模块分别与空间段脆弱性仿真模块、监测站模块和控制计算模块连接，利用空间段脆弱性仿真模块和监测站模块生成的各种脆弱性因素模拟数据计算评估结果并将结果反馈给控制计算模块。
所述的空间段脆弱性仿真模块包括：GPS星间链路信号模拟器、电离层和对流层仿真单元，其中：GPS星间链路信号模拟器与评估计算模块相连并传输星间伪距测量值，电离层和对流层仿真单元与监测站模块中的电离层闪烁监测单元相连并传输电离层模型参数或电子浓度、电离层闪烁参数、对流层模型参数。
所述的监测站模块包括：分别与软件接收机模块连接的CORS(Continuous OperationalReference System连续运行卫星定位服务综合***)站单元、IGS(International GPS)服务器单元、四模参考站接收机单元和电离层闪烁监测单元，其中：CORS站单元向软件接收机模块输出接收机观测信息，IGS服务器单元向软件接收机模块输出卫星星历和大气环境文件，四模参考站接收机单元向软件接收机模块输出伪距测量值、信号功率、载噪比、导航电文和定位坐标，电离层闪烁监测单元向软件接收机模块输出电离层闪烁监测信息。
所述的软件接收机模块包括：分别与评估计算模块相连接的卫星自主完好性监测(SAIM，Satellite Autonomous Integrity Monitoring)单元、接收机自主完好性监测(RAIM，ReceiverAutonomous Integrity Monitoring)单元、定位结果计算单元、电文检测单元和载噪比计算单元、大气延迟计算单元，其中：卫星自主完好性监测单元向评估计算模块输出卫星在空间段的完好性信息，接收机自主完好性监测单元向评估计算模块输出卫星在用户端的完好性信息，定位结果计算单元向评估计算模块输出用户接收机的实际定位信息，电文检测单元向评估计算模块输出电文一致性检测结果，载噪比计算单元向评估计算模块输出实际得到的载噪比数据，大气延迟计算单元向评估计算模块输出大气延迟带来的传播误差。
所述的评估计算模块包括：脆弱性综合评估单元以及分别与之相连接的SAIM结果信息单元、RAIM结果信息单元、定位误差评估单元、电文一致评估单元、信号质量评估单元、大气环境评估单元以及脆弱性综合评估单元，其中：脆弱性综合评估单元根据接收到的卫星在空间段的完好性信息、卫星在用户端的完好性信息、用户接收机的实际定位信息、电文一致性检测结果、实际得到的载噪比数据、大气延迟带来的传播误差计算得到***脆弱性信息。
本发明涉及上述***的脆弱性监测方法，包括以下步骤：
步骤一、脆弱性监测***启动，在监测设备上设定需要监测的目标***信号，得到所有卫星信号的集合M={x1(t)，x2(t)，x3(t)，……，xN(t)}，并且得到初始集合的大小N，其中：xi(t)表示在选定频点上不同类型的信号，N表示信号类型总数。
步骤二、根据目标频段的***信息，从脆弱性监测***处获得GPS的卫星导航信号的信息列表；
所述的***信息是指：当前***的选定频点，包括GPS的L1、L2、L5频点。
所述的信息列表包括：当前可见星信息，当前定位精度信息，当前卫星几何分布信息（GDOP），当前实时导航电文信息，实时导航信号质量（C/No）信息，实时对流层、电离层延迟信息，当前的RAIM/SAIM结果信息，接收机定位误差信息。
步骤三、对实时导航电文进行电文一致性评估：监测来自脆弱性监测***实测的实时导航电文根据其中的轨道信息，进行当前卫星坐标的推算，将得到的卫星坐标推算结果与来自IGS服务器的精确预报星历中的卫星坐标进行对比，得到每颗卫星的当前推算坐标与预测坐标的偏差值
Figure BDA0000466176320000031
其中：x0、y0、z0分别表示根据实测导航电文推算出的卫星坐标，x、y、z表示从IGS服务器单元精确预报星历中得到的卫星坐标，当偏差值未超过设定阈值则判定导航电文正确并执行步骤四，否则判定导航电文异常并进一步判定为发生了***电文异常或者产生式欺骗干扰。因为产生式欺骗干扰会先导致接收机信号质量的下降，以至接收机失锁才能完成欺骗，故要结合步骤四的信号质量评估来判断到底是***电文异常还是产生式欺骗干扰。
步骤四、信号质量评估：监测接收到的最小信号功率是否达到或超过ICD指定数值，当小于等于ICD制定数值则认为出现产生式欺骗，否则认为是***电文异常，具体包括：监测当前可见星情况，分析与预报星历可见卫星数、卫星号的异同；对于标示为健康的卫星信号，连续不间断地监测接收机的
Figure BDA0000466176320000032
值，报告
Figure BDA0000466176320000033
突然降低或突然升高，以及偏离周期性规律值或理论值的情况，采用自适应算法：通过计算一个探测窗范围内的
Figure BDA0000466176320000034
的平均值，与设定的阈值进行比较，当平均值小于阈值则认为是***电文异常，否则认为出现产生式欺骗。
所述的比较通过判决公式实现，具体为：|mean(Z)|>|mean(Y)|+2·σ(Y)时，认定有干扰发生，其中：Z表示探测窗范围内的的平均值，Y表示设定阈值，σ表示阈值波动的标准差。
所述的阈值通过估计的计算
Figure BDA0000466176320000036
窗两边的
Figure BDA0000466176320000037
噪声来确定。
步骤五、采用IONEX和Klobuchar两个模型结合的方式进行基于电离层异常的大气环境评估，具体为：设定Klobuchar延迟的2倍作为延迟阈值，当IONEX延迟值延迟超出延迟阈值时，即当
Figure BDA0000466176320000038
时，则判定电离层异常发生，否则认为电离层正常，其中：ΔIONEX表示根据IONEX模型实时计算的电离层延迟，ΔKlobuchar表示根据Klobuchar模型计实时算的电离层延迟。
步骤六、完好性监测评估：软件接收机模块通过卫星间观测数据，利用SAIM算法，从***内判断卫星故障状况，并得到当前异常工作的卫星信息，同时利用RAIM算法判断卫星通道故障情况，并得到当前测量值错误的通道信息。
步骤七、接收机定位误差监测：软件接收机模块得到当前定位误差并与设定阈值进行比较，当当前定位误差未超过设定阈值，则判定定位误差处于可接受范围判断无脆弱性事件，否则判定定位误差过大，判断肯定存在脆弱性影响因素，最后软件接收机模块根据比较结果生成定位误差结果。
所述的定位误差结果包含：卫星可见性分歧度Δn，导航电文轨道偏差值|Δp|，载噪比偏差值电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion，完好性监测结果以及定位误差实测值。
步骤八、将步骤三到步骤七得到的卫星可见性、导航电文、信号质量、大气环境、完好性监测及定位误差结果，输入至脆弱性监测***，得到***脆弱性信息。
所述的脆弱性监测***根据门限进行逐步比对得出当前GPS脆弱与否的结论，并计算出当前脆弱度指数，经各自对应的权重进行加权计算后实现脆弱性因素的确定。
技术效果
与现有技术相比，本发明首先在监测设备上设定需要检测的目标信号，按GPS***组成的各个分段，对卫星信号进行分类，将待检测卫星信号分别与已分类的已知卫星信号进行脆弱性影响因素的监测，最终得到脆弱性影响因素的判断结果。
本发明对卫星导航信号进行脆弱性影响因素的监测，以便快速判定不同卫星导航信号的脆弱性情况。该监测***是基于卫星导航***各部分脆弱性影响因素，分别设定脆弱性门限，且实施的每一步骤都有定量的衡量分类标准，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高脆弱性各影响因素的监测效率和***性，使得全球导航卫星***的脆弱性监测与判断有快速、准确的实现途径。
附图说明
图1为本发明脆弱性监测***示意图。
图2为脆弱性因素影响结果分析图。
图3为脆弱性影响因素评估算法流程图。
图4为多卫星电离层模型延迟及对比率示意图。
图5为载噪比理论值设定和实际观测值对比示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例涉及的脆弱性监测***，包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块，其中：控制计算模块与空间段脆弱性仿真模块相连并传输脆弱性因素生成参数，空间段脆弱性仿真模块分别向监测站模块传输电子浓度、对流层模型参数、电离层闪烁参数和/或电离层模型参数，并向软件接收机模块传输星间链路测距值，评估计算模块分别与空间段脆弱性仿真模块、监测站模块和控制计算模块连接，利用空间段脆弱性仿真模块和监测站模块生成的各种脆弱性因素模拟数据计算评估结果并将结果反馈给控制计算模块。
所述的控制计算模块内置综合控制服务器单元。
所述的空间段脆弱性仿真模块包括：GPS星间链路信号模拟器、电离层和对流层仿真单元，其中：GPS星间链路信号模拟器与评估计算模块中的卫星自主完好性监测单元相连并传输星间伪距测量值，电离层和对流层仿真单元与监测站模块中的电离层闪烁监测单元相连并传输电离层模型参数或电子浓度、电离层闪烁参数、对流层模型参数。
所述的监测站模块包括：分别与软件接收机模块中对应单元连接的CORS站单元、IGS服务器单元、四模参考站接收机单元和电离层闪烁监测单元，其中：CORS站单元与接收机自主完好性监测单元和定位结果计算单元相连并传输接收机观测信息，IGS服务器单元与电文检测单元相连并传输卫星星历和大气环境文件，四模参考站接收机单元与载噪比计算单元相连并传输伪距测量值、信号功率、载噪比、导航电文和定位坐标，电离层闪烁监测单元与大气延迟计算单元相连并传输电离层闪烁监测信息。
所述的软件接收机模块包括：分别与评估计算模块中的各个对应单元相连接的卫星自主完好性监测单元、接收机自主完好性监测单元、定位结果计算单元、电文检测单元和载噪比计算单元、大气延迟计算单元，其中：卫星自主完好性监测单元与SAIM结果信息单元相连并传输卫星在空间段的完好性信息，接收机自主完好性监测单元与RAIM结果信息单元相连并传输卫星在用户端的完好性信息，定位结果计算单元与定位误差评估单元相连并传输用户接收机的实际定位信息，电文检测单元与电文一致评估单元相连并传输电文一致性检测结果，载噪比计算单元与信号质量评估单元相连并传输实际得到的载噪比数据，大气延迟计算单元与大气环境评估单元相连并传输大气延迟带来的传播误差。
所述的评估计算模块包括：脆弱性综合评估单元以及分别与之相连接的SAIM结果信息单元、RAIM结果信息单元、定位误差评估单元、电文一致评估单元、信号质量评估单元、大气环境评估单元以及脆弱性综合评估单元，其中：脆弱性综合评估单元根据接收到的卫星在空间段的完好性信息、卫星在用户端的完好性信息、用户接收机的实际定位信息、电文一致性检测结果、实际得到的载噪比数据、大气延迟带来的传播误差计算得到GNSS脆弱性信息。
本实施例根据上述***进行脆弱性影响因素的判断，具体包括以下实施条件：设计待检测卫星信号x1(t)工作在L1频段上，x1(t)信号的伪随机码码长Ｌ为1023，信号码片速率fc为1.023MHz、导航数据速率fd为50Hz。可以引起脆弱性的因素有很多，这里不妨假设当前只发生了电离层异常以及一颗卫星的信号故障。
本实施例上述***，具体通过以下步骤实现脆弱性监测：
步骤一：***启动，在监测设备上设定需要检测的目标频段为L1，得到位于该频段上的所有卫星信号的集合M={x1(t)，GPS CA，GPS L1P(Y)，GPS L1C}，并且得到初始集合的大小N=4；
步骤二：根据目标频段的***信息，获得GPS***的L1频段的卫星导航信号的信息列表；
所述的信息列表包括：当前可见星信息，当前定位精度信息，当前卫星几何分布信息（GDOP），当前实时导航电文信息，实时导航信号质量（C/No）信息，实时对流层、电离层延迟信息，当前的RAIM/SAIM结果信息，接收机定位误差信息。
步骤三、对实时导航电文进行电文一致性评估，监测来自脆弱性监测***实测的实时导航电文，根据其中的轨道信息，进行当前卫星坐标的推算，将得到的卫星坐标推算结果与来自IGS的精确预报星历中的卫星坐标进行对比，得到每颗卫星的当前推算坐标与预测坐标的偏差值
Figure BDA0000466176320000061
其中：x0、y0、z0表示根据实测导航电文推算出的卫星坐标，x、y、z表示从IGS精确预报星历中得到的卫星坐标，这一偏差值未超过设定阈值则判定导航电文正确。否则判定导航电文异常，需要进一步判定究竟发生了***电文异常或者产生式欺骗干扰。
步骤四、信号质量评估，监测接收到的最小信号功率是否达到或超过ICD上指定的数值；
监测当前可见星情况，分析与预报星历可见卫星数、卫星号的异同；对于标示为健康的卫星信号，连续不间断地监测接收机的
Figure BDA0000466176320000062
值，报告
Figure BDA0000466176320000063
突然降低或突然升高，以及偏离周期性规律值或理论值的情况，采用自适应算法：通过计算一个探测窗范围内的
Figure BDA0000466176320000064
的平均值，与设定的阈值进行比较，该阈值通过估计的计算窗两边的
Figure BDA0000466176320000066
噪声来确定。判决公式：|mean(Z)|>|mean(Y)|+2·σ(Y)时，认定有干扰发生。监测各频段上信号的码-载波发散（code-carrierdivergence）在100-7200秒时间内是否低于ICD规定的数值；监测L1频段上的军用码与其它频段上的民用信号之间的群差分延迟是否低于规定的数值；监测L1和L2频段的差分偏移量（differential bias）的稳定度是否在规定范围内；根据周期性的C/No载噪比评估信号干扰问题，需要历史记录的载噪比数据，而当用户没有记录历史载噪比情况时，可以利用理论C/No载噪比作为阈值来判定实际载噪比异常情况，来实现干扰探测。
利用本脆弱性监测***的观测数据，以2013年1月14日观测的PRN12卫星的载噪比记录为例，进行说明。
利用载噪比理论值的计算公式，根据实际参考站接收机观测情况对公式中的参数进行设置——接收机处理损耗：2dB；接收机噪声温度：290K；天线噪声温度：190K；大气损耗参数V：0.125；
接收机天线增益按如下公式计算：Crv=-5+15.5*sinEL，其中：，EL为卫星仰角。
理论上下限补偿设定：±1dB；已知参考站接收机坐标：[-2840948，4659985，3289597]；计算卫星坐标的快速预报星历文件：igr17231.sp3；载噪比理论的上下限曲线与实际参考站接收机获得的载噪比曲线基本吻合，说明理论载噪比参数设置较符合实际情况。图4中，显示的PRN12卫星载噪比数据时间为GPS时间从32500s至42500s，即当地时间17:01:40至19:48:20。在GPS时间40000s至42500s期间，实际载噪比出现快速下降，略低于设定的理论曲线的下限，即参考站天线对该时刻卫星方向可能出现了遮挡或多径的情况。连续处理10天的参考站GPS L1/L2、BeiDou B1/B2的载噪比数据，载噪比的周期性变化如图所示。
对上面记录的载噪比
Figure BDA0000466176320000071
进行数据分析，可以发现：
Figure BDA0000466176320000072
的平均差为0.6426dB，标准差为0.7028dB，分析结果表明，
Figure BDA0000466176320000073
周期性规律非常明显，两天之间的载噪比差异并不大，在设定阈值后，可以用于对信号异常情况的及时发现。此处设定阈值时，需要考虑天气的变化等不确定因素，因此应留一些裕度，2倍的标准差或者平均差作为变化范围比较合适。
步骤五、电离层延迟的评估根据电离层延迟模型和预报星历，结合参考站观测数据来进行监测。采用两个模型结合的方式，其中IONEX延迟值略大于Klobuchar校正延迟，前者比后者获得的误差值比率在1.2。设定Klobuchar延迟的2倍作为阈值，当IONEX延迟值或其他实时模型延迟超出该阈值时，则判定电离层异常发生；
步骤六、完好性监测评估：通过卫星间观测数据，利用SAIM算法，从***内判断卫星故障状况，得到当前哪一颗卫星自身发生了异常；通过接收机观测数据，利用RAIM算法，从接收机角度判断卫星通道故障情况，得到当前哪一个通道的测量值有误。
利用SAIM算法，从NASA官网上下载2011年11月22日21:21的RINEX导航文件，文件名为brdc3270.11n，计算星历预测的卫星位置，星历预测的卫星位置与星间双向测距值之和的平均值作差作为真实的轨道残差。轨道残差没有超过相应的最小可检测偏差，说明没有错误；反之，说明有故障。
步骤七、接收机定位误差监测，定位误差未超过设定阈值，则判定定位误差处于可接受范围，若超过了设定阈值，则判定定位误差过大，不能够接受。
步骤八、将步骤三到步骤七得到的卫星可见性、导航电文、信号质量、大气环境、完好性监测及定位误差结果，输入到脆弱性监测***，这些结果包含以下参数：导航电文轨道偏差值|Δp|，载噪比偏差值
Figure BDA0000466176320000081
电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion，完好性监测结果以及定位误差实测值，脆弱性监测***根据由先验信息得到的各个部分的门限进行逐步检验计算得出当前GNSS脆弱与否的结论，并列出具体是什么因素导致当前的脆弱性以及脆弱性的脆弱度指数，并实现影响因素判定。在这一实例中，可以得到导航电文轨道偏差值|Δp|和载噪比偏差值
Figure BDA0000466176320000082
未超过门限，电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion超过门限，完好性监测出一个卫星信号的异常以及定位误差超过阈值的结果。因此可以很容易得到当前脆弱性影响因素为电离层异常以及一颗卫星的信号故障，并可以综合电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion以及定位误差超过阈值的大小来计算当前的脆弱度指数。
再进行其它因素的假设判断：假设当前发生了阻塞干扰，则可以发现所有卫星的载噪比偏差值
Figure BDA0000466176320000083
异常甚至得不到载噪比的实测值，定位误差超过门限值很多，很容易得到发生了阻塞干扰的结论，且脆弱度指数相当高。假设当前是卫星电文发生了异常，那么导航电文轨道偏差值|Δp|会超过门限，可以得到是电文异常的结论。与电文异常的情况比较类似，产生式欺骗干扰也会导致导航电文轨道偏差值|Δp|超过门限，但欺骗干扰同时也会导致短时间或者持续的载噪比异常，这样可以通过噪比偏差值
Figure BDA0000466176320000084
是否有超过阈值的情况来判断到底是***电文异常还是产生式欺骗干扰。再假设当前发生的是多径干扰或者转发式欺骗干扰，那么包括载噪比偏差值
Figure BDA0000466176320000085
电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion在内的因素都不会超过阈值，完好性监测结果也是正常，只有定位误差会超过门限，此时便可以根据排除法的思想判断出当前的脆弱性影响因素为多径效应或者转发式欺骗干扰。
本实施例的脆弱性影响因素监测方法，相比现有分项技术监测方法，是一种***的脆弱性监测手段，而且得到的脆弱性分离系数误差小很多。

Claims (10)

1.一种用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测***，其特征在于，包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块，其中：控制计算模块与空间段脆弱性仿真模块相连并传输脆弱性因素生成参数，空间段脆弱性仿真模块分别向监测站模块传输电子浓度、对流层模型参数、电离层闪烁参数和/或电离层模型参数，并向软件接收机模块传输星间链路测距值，评估计算模块分别与空间段脆弱性仿真模块、监测站模块和控制计算模块连接，利用空间段脆弱性仿真模块和监测站模块生成的各种脆弱性因素模拟数据计算评估结果并将结果反馈给控制计算模块。
2.根据权利要求1所述的***，其特征是，所述的空间段脆弱性仿真模块包括：GPS星间链路信号模拟器、电离层和对流层仿真单元，其中：GPS星间链路信号模拟器与评估计算模块相连并传输星间伪距测量值，电离层和对流层仿真单元与监测站模块中的电离层闪烁监测单元相连并传输电离层模型参数或电子浓度、电离层闪烁参数、对流层模型参数。
3.根据权利要求1所述的***，其特征是，所述的监测站模块包括：分别与软件接收机模块连接的CORS站单元、IGS服务器单元、四模参考站接收机单元和电离层闪烁监测单元，其中：CORS站单元向软件接收机模块输出接收机观测信息，IGS服务器单元向软件接收机模块输出卫星星历和大气环境文件，四模参考站接收机单元向软件接收机模块输出伪距测量值、信号功率、载噪比、导航电文和定位坐标，电离层闪烁监测单元向软件接收机模块输出电离层闪烁监测信息。
4.根据权利要求1所述的***，其特征是，所述的软件接收机模块包括：分别与评估计算模块相连接的卫星自主完好性监测单元、接收机自主完好性监测单元、定位结果计算单元、电文检测单元和载噪比计算单元、大气延迟计算单元，其中：卫星自主完好性监测单元向评估计算模块输出卫星在空间段的完好性信息，接收机自主完好性监测单元向评估计算模块输出卫星在用户端的完好性信息，定位结果计算单元向评估计算模块输出用户接收机的实际定位信息，电文检测单元向评估计算模块输出电文一致性检测结果，载噪比计算单元向评估计算模块输出实际得到的载噪比数据，大气延迟计算单元向评估计算模块输出大气延迟带来的传播误差。
5.根据权利要求1所述的***，其特征是，所述的评估计算模块包括：脆弱性综合评估单元以及分别与之相连接的SAIM结果信息单元、RAIM结果信息单元、定位误差评估单元、电文一致评估单元、信号质量评估单元、大气环境评估单元以及脆弱性综合评估单元，其中：脆弱性综合评估单元根据接收到的卫星在空间段的完好性信息、卫星在用户端的完好性信息、用户接收机的实际定位信息、电文一致性检测结果、实际得到的载噪比数据、大气延迟带来的传播误差计算得到***脆弱性信息。
6.一种根据上述任一权利要求所述***的脆弱性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、脆弱性监测***启动，在监测设备上设定需要监测的目标***信号，得到所有卫星信号的集合M={x1t，x2t，x3t，……，xN(t)}，并且得到初始集合的大小N，其中：xi(t)表示在选定频点上不同类型的信号，N表示信号类型总数。
步骤二、根据目标频段的***信息，从脆弱性监测***处获得GPS的卫星导航信号的信息列表；
步骤三、对实时导航电文进行电文一致性评估：监测来自脆弱性监测***实测的实时导航电文根据其中的轨道信息，进行当前卫星坐标的推算，将得到的卫星坐标推算结果与来自IGS服务器的精确预报星历中的卫星坐标进行对比，得到每颗卫星的当前推算坐标与预测坐标的偏差值
Figure FDA0000466176310000021
其中：x0、y0、z0分别表示根据实测导航电文推算出的卫星坐标，x、y、z表示从IGS服务器单元精确预报星历中得到的卫星坐标，当偏差值未超过设定阈值则判定导航电文正确并执行步骤四，否则判定导航电文异常并进一步判定为发生了***电文异常或者产生式欺骗干扰。因为产生式欺骗干扰会先导致接收机信号质量的下降，以至接收机失锁才能完成欺骗，故要结合步骤四的信号质量评估来判断到底是***电文异常还是产生式欺骗干扰。
步骤四、信号质量评估：监测接收到的最小信号功率是否达到或超过ICD指定数值，当小于等于ICD制定数值则认为出现产生式欺骗，否则认为是***电文异常。
步骤五、采用IONEX和Klobuchar两个模型结合的方式进行基于电离层异常的大气环境评估，具体为：设定Klobuchar延迟的2倍作为延迟阈值，当IONEX延迟值延迟超出延迟阈值时，即当
Figure FDA0000466176310000022
时，则判定电离层异常发生，否则认为电离层正常，其中：ΔIONEX表示根据IONEX模型实时计算的电离层延迟，ΔKlobuchar表示根据Klobuchar模型计实时算的电离层延迟。
步骤六、完好性监测评估：软件接收机模块通过卫星间观测数据，利用SAIM算法，从***内判断卫星故障状况，并得到当前异常工作的卫星信息，同时利用RAIM算法判断卫星通道故障情况，并得到当前测量值错误的通道信息。
步骤七、接收机定位误差监测：软件接收机模块得到当前定位误差并与设定阈值进行比较，当当前定位误差未超过设定阈值，则判定定位误差处于可接受范围判断无脆弱性事件，否则判定定位误差过大，判断肯定存在脆弱性影响因素，最后软件接收机模块根据比较结果生成定位误差结果。
步骤八、将步骤三到步骤七得到的卫星可见性、导航电文、信号质量、大气环境、完好性监测及定位误差结果，输入至脆弱性监测***，得到***脆弱性信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的定位误差结果包含：卫星可见性分歧度Δn，导航电文轨道偏差值|Δp|，载噪比偏差值
Figure FDA0000466176310000031
电离层IONEX模型与Klobuchar模型比值rion，完好性监测结果以及定位误差实测值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的步骤四具体是指：监测当前可见星情况，分析与预报星历可见卫星数、卫星号的异同；对于标示为健康的卫星信号，连续不间断地监测接收机的
Figure FDA0000466176310000033
值，报告
Figure FDA0000466176310000034
突然降低或突然升高，以及偏离周期性规律值或理论值的情况，采用自适应算法：通过计算一个探测窗范围内的
Figure FDA0000466176310000035
的平均值，与设定的阈值进行比较，当平均值小于阈值则认为是***电文异常，否则认为出现产生式欺骗。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的脆弱性监测***根据门限进行逐步比对得出当前GPS脆弱与否的结论，并计算出当前脆弱度指数，经各自对应的权重进行加权计算后实现脆弱性因素的确定。
10.根据权利要求6或8所述的方法，其特征是，所述的比较通过判决公式实现，具体为：|mean(Z)|>|mean(Y)|+2·σ(Y)时，认定有干扰发生，其中：Z表示探测窗范围内的
Figure FDA0000466176310000036
的平均值，Y表示设定阈值，σ表示阈值波动的标准差。
CN201410052157.9A 2014-02-14 2014-02-14 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测方法 Active CN103760571B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410052157.9A CN103760571B (zh) 2014-02-14 2014-02-14 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410052157.9A CN103760571B (zh) 2014-02-14 2014-02-14 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103760571A true CN103760571A (zh) 2014-04-30
CN103760571B CN103760571B (zh) 2015-12-09

Family

ID=50527838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410052157.9A Active CN103760571B (zh) 2014-02-14 2014-02-14 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103760571B (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104614624A (zh) * 2015-02-13 2015-05-13 东南大学 一种基于电力通信交互影响的电力***脆弱性的检测方法
CN105388496A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 上海交通大学 基于gps的交通应用脆弱性检测***及其方法
CN107193016A (zh) * 2017-04-06 2017-09-22 广州中硕云空间信息技术有限公司 一种城市gnss导航质量评估和预测的方法及***
CN107679777A (zh) * 2017-11-16 2018-02-09 哈尔滨理工大学 基于除法运算的输电质量评价分段补偿参数设定方法
CN108120992A (zh) * 2017-12-18 2018-06-05 中国科学院深圳先进技术研究院 一种卫星欺骗检测方法、***及电子设备
CN108141277A (zh) * 2015-10-13 2018-06-08 高通股份有限公司 用于低地球轨道(leo)卫星***中的卫星间切换的方法和装置
CN109541564A (zh) * 2018-12-14 2019-03-29 中国民用航空飞行学院 基于均值滤波的ads-b地面站抗干扰性能检测方法
CN110133689A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 中国科学院国家授时中心 自适应用户自主完好性监测方法
CN110178049A (zh) * 2016-12-23 2019-08-27 法国国家太空研究中心 全球导航卫星***中的多径管理
CN111045056A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 交通运输部长江通信管理局 一种接收机消除干扰卫星信号的方法及装置
CN111381260A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 广州市泰斗电子科技有限公司 卫星导航定位信号的处理方法、装置及接收机
CN111435166A (zh) * 2019-01-11 2020-07-21 通用电气航空***有限公司 恢复导航***的导航性能
CN112526557A (zh) * 2020-11-26 2021-03-19 广东星舆科技有限公司 一种定位可靠性的获取方法、装置及计算机可读介质
CN112596078A (zh) * 2020-12-19 2021-04-02 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种基于载噪比统计的卫星导航欺骗干扰检测方法
CN113917510A (zh) * 2021-12-15 2022-01-11 腾讯科技（深圳）有限公司 数据处理方法、装置、设备、存储介质及计算机程序产品
CN114650107A (zh) * 2020-12-17 2022-06-21 北京合众思壮科技股份有限公司 信号质量的监测方法、装置、电子设备和存储介质
CN114696924A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 千寻位置网络有限公司 一种基准站信号质量监测方法、装置、设备及介质
CN116819574A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 极诺星空(北京)科技有限公司 一种gnss定位掩星反射接收机一体化测试方法和***
GB2622473A (en) * 2022-07-12 2024-03-20 Gts France Sas MAC method for monitoring, with common bias compensation, the integrity of a point positioning process using virtual beacons

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070112512A1 (en) * 1987-09-28 2007-05-17 Verizon Corporate Services Group Inc. Methods and systems for locating source of computer-originated attack based on GPS equipped computing device
CN102103210A (zh) * 2009-12-17 2011-06-22 中国石油大学(北京) 一种卫星导航***性能评估***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070112512A1 (en) * 1987-09-28 2007-05-17 Verizon Corporate Services Group Inc. Methods and systems for locating source of computer-originated attack based on GPS equipped computing device
CN102103210A (zh) * 2009-12-17 2011-06-22 中国石油大学(北京) 一种卫星导航***性能评估***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严凯: "GNSS脆弱性仿真评估平台技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, vol. 2013, no. 7, 15 July 2013 (2013-07-15) *
严凯等: "GNSS脆弱性环境仿真***设计", 《传感器与微***》, vol. 32, no. 2, 28 February 2013 (2013-02-28) *

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104614624A (zh) * 2015-02-13 2015-05-13 东南大学 一种基于电力通信交互影响的电力***脆弱性的检测方法
CN108141277A (zh) * 2015-10-13 2018-06-08 高通股份有限公司 用于低地球轨道(leo)卫星***中的卫星间切换的方法和装置
CN108141277B (zh) * 2015-10-13 2021-03-09 高通股份有限公司 用于低地球轨道(leo)卫星***中的卫星间切换的方法和装置
CN105388496A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 上海交通大学 基于gps的交通应用脆弱性检测***及其方法
CN105388496B (zh) * 2015-10-30 2017-12-19 上海交通大学 基于gps的交通应用脆弱性检测***及其方法
CN110178049B (zh) * 2016-12-23 2024-05-17 法国国家太空研究中心 全球导航卫星***中的多径管理
CN110178049A (zh) * 2016-12-23 2019-08-27 法国国家太空研究中心 全球导航卫星***中的多径管理
CN107193016B (zh) * 2017-04-06 2020-10-09 深圳中铭高科信息产业股份有限公司 一种城市gnss导航质量评估和预测的方法及***
CN107193016A (zh) * 2017-04-06 2017-09-22 广州中硕云空间信息技术有限公司 一种城市gnss导航质量评估和预测的方法及***
CN107679777A (zh) * 2017-11-16 2018-02-09 哈尔滨理工大学 基于除法运算的输电质量评价分段补偿参数设定方法
CN107679777B (zh) * 2017-11-16 2020-10-30 哈尔滨理工大学 基于除法运算的输电质量评价分段补偿参数设定方法
CN108120992A (zh) * 2017-12-18 2018-06-05 中国科学院深圳先进技术研究院 一种卫星欺骗检测方法、***及电子设备
CN109541564A (zh) * 2018-12-14 2019-03-29 中国民用航空飞行学院 基于均值滤波的ads-b地面站抗干扰性能检测方法
CN109541564B (zh) * 2018-12-14 2023-04-14 中国民用航空飞行学院 基于均值滤波的ads-b地面站抗干扰性能检测方法
CN111381260A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 广州市泰斗电子科技有限公司 卫星导航定位信号的处理方法、装置及接收机
CN111381260B (zh) * 2018-12-29 2022-05-27 广州市泰斗电子科技有限公司 卫星导航定位信号的处理方法、装置及接收机
CN111435166A (zh) * 2019-01-11 2020-07-21 通用电气航空***有限公司 恢复导航***的导航性能
CN110133689A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 中国科学院国家授时中心 自适应用户自主完好性监测方法
CN111045056B (zh) * 2019-11-29 2024-04-30 交通运输部长江通信管理局 一种接收机消除干扰卫星信号的方法及装置
CN111045056A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 交通运输部长江通信管理局 一种接收机消除干扰卫星信号的方法及装置
CN112526557A (zh) * 2020-11-26 2021-03-19 广东星舆科技有限公司 一种定位可靠性的获取方法、装置及计算机可读介质
CN114650107B (zh) * 2020-12-17 2024-05-28 北京合众思壮科技股份有限公司 信号质量的监测方法、装置、电子设备和存储介质
CN114650107A (zh) * 2020-12-17 2022-06-21 北京合众思壮科技股份有限公司 信号质量的监测方法、装置、电子设备和存储介质
CN112596078A (zh) * 2020-12-19 2021-04-02 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种基于载噪比统计的卫星导航欺骗干扰检测方法
CN114696924A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 千寻位置网络有限公司 一种基准站信号质量监测方法、装置、设备及介质
CN114696924B (zh) * 2020-12-29 2024-03-15 千寻位置网络有限公司 一种基准站信号质量监测方法、装置、设备及介质
CN113917510A (zh) * 2021-12-15 2022-01-11 腾讯科技（深圳）有限公司 数据处理方法、装置、设备、存储介质及计算机程序产品
GB2622473A (en) * 2022-07-12 2024-03-20 Gts France Sas MAC method for monitoring, with common bias compensation, the integrity of a point positioning process using virtual beacons
CN116819574B (zh) * 2023-08-29 2023-11-17 极诺星空(北京)科技有限公司 一种gnss定位掩星反射接收机一体化测试方法和***
CN116819574A (zh) * 2023-08-29 2023-09-29 极诺星空(北京)科技有限公司 一种gnss定位掩星反射接收机一体化测试方法和***

Also Published As

Publication number Publication date
CN103760571B (zh) 2015-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103760571B (zh) 用于gps的基于影响因素特征的脆弱性监测方法
US8610624B2 (en) Satellite navigation system fault detection based on biased measurements
CN101971047B (zh) 卫星导航***的实时完整性监测设备及方法
EP2529248B1 (en) Multi-constellation global navigation satellite system augmentation and assistance
CN108508461B (zh) 基于gnss载波相位高精度定位完好性监测方法
US20190080261A1 (en) Data correlation processing method based on observation data from beidou satellite
US10012737B2 (en) Method for estimating the level of error in satellite geolocation measurements and for monitoring the reliability of said estimations and associated device
US9983314B2 (en) System for excluding a failure of a satellite in a GNSS system
US20230018631A1 (en) System and method for satellite positioning
KR101433908B1 (ko) Gnss 데이터 품질 평가 방법 및 시스템
CN101419275A (zh) 基于多接收机的局域机场监视方法和***
Pesonen A framework for Bayesian receiver autonomous integrity monitoring in urban navigation
CN112937640B (zh) 基于卫星定位环境场景误差特征的列车安全包络计算方法
CN103983986A (zh) 一种基于粒子滤波的改进型raim抗欺骗式干扰方法
CN107783154A (zh) 一种接收机自主完好性故障检测及排除方法
CN115453579A (zh) 基于北斗ppp-rtk的合成星历a类故障完好性监测方法及装置
CN101545967A (zh) 卫星导航完好性参数的解算方法和监测***
CN101839986A (zh) 基于laas和waas的卫星导航监测方法和***
Rife et al. Formulation of a time-varying maximum allowable error for ground-based augmentation systems
Zhu GNSS propagation channel modeling in constrained environments: Contribution to the improvement of the geolocation service quality
Osechas et al. Carrier‐Phase Acceleration RAIM for GNSS Satellite Clock Fault Detection
CN110865425A (zh) 一种基于先验信息的雨量计粗差探测方法
Wang et al. Real-time assessment of GNSS observation noise with single receivers
RU2498335C2 (ru) Способ повышения помехоустойчивости интегрированной системы ориентации и навигации
CN113740885B (zh) 基于网络差分定位服务的基站和卫星故障模拟***

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant