CN111198386A - 一种gnss增强***的完好性监测***及方法 - Google Patents

一种gnss增强***的完好性监测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，包括：第一级监测模块和第二级监测模块，所述第一级监测模块与所述第二级监测模块连接；所述第一级监测模块包括播发前完好性监测模块，所述第二级监测模块包括播发后完好性监测模块。本发明还提供一种GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，包括：T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测的步骤；对播发前完好性监测结果进行电文编码播发的步骤；在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测的步骤；对播发后完好性监测结果进行电文编码并播发的步骤。本发明的GNSS增强***的完好性监测***及方法，能够在高精度服务中提供完好性监测解决方案，并且用户段受到故障影响的概率大大小于现有技术的完好性监测解决方案，因此具有极高的产业应用价值。

Description

一种GNSS增强***的完好性监测***及方法
技术领域
本发明涉及一种定位***的完好性监测***及方法，尤其涉及一种GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星***)增强***的完好性监测***及方法。
背景技术
完好性是指当导航***的误差超过允许限值，不能用途规定的导航工作时，***及时报警，过知用户或终止此信号的功能。完好性主要用于满足生命安全相关应用的使用需求。由于实时定位中，无法获知定位误差的真值，可能由于故障的出现导致定位误差超过预期。***通过完好性算法估计误差的极限，若极限值超过告警门限，则向用户发出告警。若完好性算法估计的极限偏小，则会出现完好性风险，若完好性算法估计的极限偏大，则会出现告警，降低了服务可用率，这两种情况均会使得服务无法用于生命安全相关应用。
GPS、GLONASS、Galileo***和北斗卫星导航***等GNSS无法满足生命安全相关应用的需求，需要额外的增强***来提高卫星导航服务的精度和完好性。已有的完好性监测方案均源自于民航领域，民航领域使用伪距观测量进行定位解算，其完好性监测方案针对米级精度需求进行设计，采用单级完好性监测确保完好性风险指标，即不同时间播发的完好性参数采用同一种算法求得，且用户采用同一种换算关系转换为改正误差的估计值或“不可用”状态。由于定位精度要求低，民航的改正误差估计值较为保守，主要目的在于保障完好性。
以民航的单频星基增强***为例，其轨道和钟差改正误差在测距域的完好性参数为UDREI，该参数的换算关系如下表所列，明显不适用于高精度服务。
Figure BDA0001869287920000011
Figure BDA0001869287920000021
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GNSS增强***的完好性监测***及方法，用于解决现有技术不适应生命安全相关的高精度定位应用的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，包括：第一级监测模块和第二级监测模块，所述第一级监测模块与所述第二级监测模块串联；所述第一级监测模块包括播发前完好性监测模块，所述第二级监测模块包括播发后完好性监测模块。
本发明还提供一种GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，包括：T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测的步骤；对播发前完好性监测结果进行电文编码播发的步骤；在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测的步骤；对播发后完好性监测结果进行电文编码并播发的步骤。
一种GNSS增强***的完好性监测终端，该终端用于接收完好性监测平台或***播发的监测结果并进行解析；其中所述完好性监测平台或***分别在T0时刻和T0+TP时刻进行对完好性监测；所述监测结果包括四种状态：状态1为T0时刻监测结果为“不可用”且尚未进行T0+TP时刻完好性监测；状态2为T0时刻监测结果为“可用”且尚未进行T0+TP时刻完好性监测；状态3为T0时刻完好性监测结果为“可用”且T0+TP时刻完好性监测结果为“可用”；状态4为T0时刻完好性监测结果为“可用”且T0+TP时刻完好性监测结果为“不可用”；所述终端对所述监测结果的处理方法为：接收T0时刻完好性监测结果；判断T0时刻完好性监测结果状态，若监测结果为状态1，则直接不使用所述T0时刻监测结果中的改正参数。
如上所述，本发明的GNSS增强***的完好性监测***及方法，能够在高精度服务中提供完好性监测解决方案，并且用户段受到故障影响的概率大大小于现有技术的完好性监测解决方案，因此具有极高的产业应用价值。
附图说明
图1是本发明的GNSS增强***的完好性监测***逻辑框图；
图2是本发明的GNSS增强***的完好性监测***处理流程框图；
图3是本发明的GNSS增强***的完好性监测终端对接收到的监测结果的处理流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
首先参阅1，图1是本发明的GNSS增强***的完好性监测***逻辑框图。本发明的完好性监测***包括播发前监测模块和播发后监测模块，以前播发模块。需要注意的是，图中虽然播发前监测模块和播发后监测模块分别连接了播发模块，但本领域技术人员可以理解的是，播发前监测模块和播发后监测模块在实践中可以共享单个播发模块。
播发前监测模块和播发后监测模块构成两级监测，并且这两级采用异源异构设置。其中，异构是指两级完好性监测模块所采用的算法不同，异源是指两级完好性监测模块所使用的观测数据采集自不同的时刻。通过分配整体的漏检概率，可以使整个***的漏检指标大大低于每一级完好性监测，从而减小了改正误差估计值的裕度，进而实现服务的高精度、高完好性和高可用率。本领域技术人员可以理解的是：本实施例的两级监测模块仅为举例的目的，实践中可以设置更多级的监测模块。
下面参阅图2，图2是本发明的完好性监测***流程框图。本发明的完好性监测***中，第一级监测模块包括播发前完好性监测模块，第二级监测模块包括播发后完好性监测模块，完好性监测结果为改正参数是否可用，包括四种状态：状态1为播发前完好性监测结果为“不可用”且尚未进行播发后完好性监测、状态2为播发前完好性监测结果为“可用”且尚未进行播发后完好性监测、状态3为播发前完好性监测结果为“可用”且播发后完好性监测结果为“可用”、状态4播发前完好性监测结果为“可用”且播发后完好性监测结果为“不可用”。状态1和状态2由播发前完好性监测模块给出，状态3和状态4由播发后完好性监测模块给出。
播发前完好性监测模块在改正电文播发前对改正数进行完好性监测，以确保改正数在量化为电文中的改正参数之前能够满足指标要求。该模块的触发方式为事件触发(事件指有新的改正参数生成)，当需要播发新的改正参数时，该模块对即将播发的改正数进行监测，监测结果可以随着改正参数一同播发。
播发后完好性监测模块在改正电文播发后对改正参数进行完好性监测，以确保电文中的改正参数能够满足指标要求。该模块的触发方式为时间触发，触发的时间间隔记为Tp，可以在不超过告警时间的范围内取值，优选地可以取改正参数的最小更新周期的一半和告警时间这两者之间的较小值。该模块的监测对象为播发前完好性监测结果为状态2的改正参数，若T0时刻播发的某类改正参数的播发前完好性监测结果为状态1，则其播发后完好性监测模块不监测T0时刻播发的改正参数，而是保持该改正参数的完好性监测结果为状态1。该模块的监测结果可独立于改正参数播发。若在T0～T0+Tp时间内***没有生成改正参数，则无需进行播发前完好性监测，而是由播发后完好性监测继续对之前的改正数进行监测。触发时间间隔TP可在信号协议中进行约束并内置于用户接收机，也可通过电文告知用户接收机。
本发明还提供了一种GNSS增强***的完好性监测方法，包括如下步骤：
S1：T0时刻，由平台或***端对即将播发的改正数进行播发前完好性监测。
本步骤触发方式为事件触发，其中事件指有新的改正参数生成。当需要播发新的改正参数时，该模块对即将播发的改正数进行监测。
S2：对播发前完好性监测结果播发给用户。
优选地，监测结果通过电文编码后再播发给用户，电文中的完好性参数可以随着改正参数一同播发给用户。
S3：T0+Tp时刻，由平台或***对已播发的改正参数进行播发后完好性监测。
本步骤由时间触发，触发的时间Tp可以在不超过告警时间的范围内取值，优选地可以取改正参数的最小更新周期的一半和告警时间这两者之间的较小值。该触发时间间隔可在信号协议中进行约束并内置于用户接收机，也可通过电文告知用户接收机。
S4：由平台或***对播发后完好性监测结果进行电文编码，并播发给用户。
其中：完好性监测结果为改正参数是否可用，包括四种状态：状态1为播发前完好性监测结果为“不可用”且尚未进行播发后完好性监测、状态2为播发前完好性监测结果为“可用”且尚未进行播发后完好性监测、状态3为播发前完好性监测结果为“可用”且播发后完好性监测结果为“可用”、状态4播发前完好性监测结果为“可用”且播发后完好性监测结果为“不可用”。
状态1和状态2由步骤S1给出，状态3和状态4由步骤S3给出。步骤S3的监测对象为播发前完好性监测结果为状态2的改正参数，若T0时刻播发的某类改正参数的播发前完好性监测结果为状态1，则S3不监测T0时刻播发的改正参数，而是保持该改正参数的完好性监测结果为状态1。步骤S4可以将监测结果独立于改正参数播发。若在T0～T0+Tp时间内***没有生成改正参数，则步骤S3无需进行播发前完好性监测，而是由播发后完好性监测继续对之前的改正数进行监测。
本发明还提供了一种GNSS增强***的完好性监测终端，该终端用于接收完好性监测结果并进行解析。其中完好性监测的监测结果为改正参数是否可用，监测结果包括四种状态：状态1为T0时刻监测结果为“不可用”且尚未进行T0+TP时刻完好性监测，状态2为T0时刻监测结果为“可用”且尚未进行T0+TP时刻完好性监测；状态3为T0时刻完好性监测结果为“可用”且T0+TP时刻完好性监测结果为“可用”；状态4为T0时刻完好性监测结果为“可用”且T0+TP时刻完好性监测结果为“不可用”。需要说明的是，这里的“可用”、“不可用”，可以设置成预定义的标志位来表示。
终端的处理流程如图3所示，处理步骤如下：
S1：T0时刻，收到播发的改正参数以及播发前完好性监测结果。
S2：判断T0时刻监测结果状态，若监测结果为状态1，则直接不使用T0时刻的改正参数。
S3：若T0时刻监测结果为状态2，则在T0+Tp时刻接收T0+TP时刻完好性监测结果。
S4：判断在T0+TP时刻完好性监测结果状态，若监测结果为状态为3，则用户可以使用T0时刻的改正参数，否则，用户不可使用T0时刻的改正参数。
综上所述，本发明的GNSS增强***的完好性监测***及方法，能够大大降低用户端受到故障影响的概率，设
Figure BDA0001869287920000061
为用户段受到故障影响的概率，
Figure BDA0001869287920000062
为故障发生概率，
Figure BDA0001869287920000063
和
Figure BDA0001869287920000064
分别为播发前完好性监测模块和播发后完好性监测模块的漏检概率，则用户端受到故障影响的概率为：
Figure BDA0001869287920000065
显然要低于现有技术中的单级监测方案。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (27)

1.一种GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，包括：
第一级监测模块和第二级监测模块，所述第一级监测模块与所述第二级监测模块连接；
所述第一级监测模块包括播发前完好性监测模块，所述第二级监测模块包括播发后完好性监测模块。
2.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述第一级监测模块和所述第二级监测模块异源。
3.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述第一级监测模块和所述第二级监测模块异构。
4.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述监测***的监测结果包括四种状态：状态1为所述播发前完好性监测结果为第一标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态2为所述播发前完好性监测结果为第二标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态3为播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第三标识值；状态4播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第四标识值。
5.根据权利要求4所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述状态1和状态2由所述播发前完好性监测模块给出，所述状态3和状态4由所述播发后完好性监测模块给出。
6.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发前完好性监测模块在改正电文播发前对改正参数进行完好性监测。
7.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发前完好性监测模块的触发方式为事件触发。
8.根据权利要求7所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述事件是新的改正参数生成；当需要播发新的改正参数时，所述播发前完好性监测模块对所述改正数进行监测。
9.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发后完好性监测模块在所述改正参数播发后对所述改正参数进行完好性监测。
10.根据权利要求1所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发后完好性监测模块的触发方式为时间触发。
11.根据权利要求10所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述触发的时间不超过告警时间。
12.根据权利要求9所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发后完好性监测模块的监测对象为所述播发前完好性监测结果为状态2的改正参数，若T0时刻播发的改正参数的播发前完好性监测结果为状态1，则所述播发后完好性监测模块不监测T0时刻播发的改正参数并保持该改正参数的完好性监测结果为状态1。
13.根据权利要求9所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述播发后完好性监测模块的监测结果独立于改正参数播发。
14.根据权利要求9所述的GNSS增强***的完好性监测***，其特征在于，所述触发时间间隔在信号协议中进行约束，或通过电文告知接收机。
15.一种GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，包括：
T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测；
对播发前完好性监测结果进行播发；
在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测；
对播发后完好性监测结果进行播发。
16.根据权利要求15所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测的步骤中，触发方式为事件触发。
17.根据权利要求16所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述事件是新的改正参数生成；当需要播发新的改正参数时，所述播发前完好性监测模块对所述改正数进行监测。
18.根据权利要求15所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测的步骤由时间触发。
19.根据权利要求18所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述触发时间不超过改正参数的最小更新周期。
20.根据权利要求19所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述触发时间间隔在信号协议中进行约束，或通过电文告知接收机。
21.根据权利要求15所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述完好性监测方法的监测结果包括四种状态：状态1为所述播发前完好性监测结果为第一标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态2为所述播发前完好性监测结果为第二标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态3为播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第三标识值；状态4播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第四标识值。
22.根据权利要求21所述的GNSS增强***的完好性监测方法，其特征在于，所述状态1和状态2由所述T0时刻对即将播发的改正数进行播发前完好性监测的步骤给出；所述状态3和状态4由所述在T0+TP时刻对已播发的改正参数进行播发后完好性监测的步骤给出。
23.一种GNSS增强***的完好性监测终端，该终端用于接收监测结果并进行解析，所述监测结果包括四种状态：状态1为所述播发前完好性监测结果为第一标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态2为所述播发前完好性监测结果为第二标识值且尚未进行播发后完好性监测；状态3为播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第三标识值；状态4播发前完好性监测结果为第二标识值且播发后完好性监测结果为第四标识值；
所述终端对所述监测结果的处理方法为：
接收T0时刻完好性监测结果；
判断T0时刻完好性监测结果状态，若监测结果为状态1，则直接不使用所述T0时刻监测结果中的改正参数。
24.根据权利要求23所述的GNSS增强***的完好性监测终端，其特征在于，所述判断T0时刻完好性监测结果状态的步骤中，若所述T0时刻监测结果为状态2，则在T0+TP时刻接收T0+Tp时刻完好性监测结果。
25.根据权利要求24所述的GNSS增强***的完好性监测终端，其特征在于，若所述T0时刻监测结果为状态2，则在所述T0时刻至T0+TP时刻之间使用T0时刻监测的改正参数。
26.根据权利要求23所述的GNSS增强***的完好性监测终端，其特征在于，所述判断T0时刻完好性监测结果状态的步骤之后，还包括判断在T0+TP时刻完好性监测结果状态，若所述T0+TP时刻完好性监测结果为状态3，则使用所述T0时刻监测结果中的改正参数。
27.根据权利要求23所述的GNSS增强***的完好性监测终端，其特征在于，所述判断在T0+TP时刻完好性监测结果状态的步骤中，若所述T0+TP时刻完好性监测结果为状态4，则不可使用所述T0时刻监测结果中的改正参数。
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