CN113281786B - 全空域多级触发式gnss空间信号质量监测评估方法 - Google Patents

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CN113281786B CN202110612086.3A CN202110612086A CN113281786B CN 113281786 B CN113281786 B CN 113281786B CN 202110612086 A CN202110612086 A CN 202110612086A CN 113281786 B CN113281786 B CN 113281786B
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Abstract

本发明公开了一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，属于GNSS空间信号质量监测技术领域。该方法采用iGMAS全球跟踪站实时数据流数据，发现全空域内可视疑似故障卫星，对疑似故障卫星再调用中等口径天线开展相关域和测量域相关指标分析，确认是否是故障卫星，确定故障卫星后，自动调用大口径天线对故障卫星进行高增益接收和射频信号低失真采集，开展时域、频域、调制域、相关域、测量域等详细监测评估，分析卫星的具体故障原因。该方法能够利用全球分布的监测站实现全球范围内的GNSS全***监测，满足全空域故障快速发现的需求。

Description

全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法
技术领域
本发明属于GNSS空间信号质量监测技术领域，特别是指一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法。
背景技术
GNSS空间信号质量精确监测评估问题，是全球卫星导航***建设及安全运行的重要环节，也是国际公认的重大难题。随着我国北斗三号卫星导航***建设的完成，北斗卫星数量大幅增加、有效载荷复杂度提升、信号体制发生重大变化、星座日渐复杂，如何高质量的实时监测评估GNSS空间信号质量，保障北斗***稳定运行，是***性能提升面临的重大难题。
传统的基于大口径天线的空间信号质量监测评估方法，只能在可视范围内对单颗卫星进行事后评估，无法实现全球范围内的GNSS全***快速监测。传统的基于全向天线的空间信号质量监测评估方法，无法从时域、频域、调制域、相关域、测量域等多个维度全面监测导航信号质量，无法保证空间信号质量监测评估的精准性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法。该方法能够利用全球分布的监测站实现全球范围内的GNSS全***监测，满足全空域故障快速发现的需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，包括如下步骤：
(1)基于全球分布的监测站采集GNSS卫星的观测数据和星历数据；
(2)综合各监测站的观测数据和星历数据，对全球观测卫星实时数据流进行数据域监测评估，评价卫星是否为疑似故障卫星；
(3)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，通过中等口径天线监测***对疑似故障卫星进行测量域和相关域闪拍式准实时监测处理，评价该卫星是否为故障卫星；
(4)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，对卫星信号进行时域、频域、调制域、相关域、测量域、数据域和服务域的高精度后处理，确定卫星故障原因。
进一步的，所述监测站为iGMAS监测站。
进一步的，步骤(2)的具体方式为：
(201)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，计算伪距跳变值和载波相位跳变值，第n个监测站的码伪距跳变值或载波相位跳变值的计算方式为：
Figure BDA0003096028600000021
式中，下标X取code或carrier，取code时表示码伪距，取carrier时表示载波相位；dPRX,n(t)表示t时刻的码伪距/载波相位跳变值，PRX,n(·)表示相应时刻的码伪距/载波相位的测量结果，N为计算伪距基准统计的伪距数据点数量；
将dPRX,n(t)的值与阈值
Figure BDA0003096028600000022
进行比较，统计大于阈值
Figure BDA0003096028600000023
的dPRX,n(i)的个数CNTX,dPR，若X取code或carrier时的CNTX,dPR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(202)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，分别计算t时刻以及时间间隔T条件下，第n个监测站的码伪距的差ΔPRcode,n(t,t+T)以及载波相位的差ΔPRcarrier,n(t,t+T)：
Figure BDA0003096028600000031
计算电离层对不同频率测距的影响值I(t)：
Figure BDA0003096028600000032
式中，fcode(t)表示扩频码频率，fcarrier(t)表示载波频率；
计算t时刻各个监测站的码伪距和载波相位的偏差：
ΔPRcarrier,n(t,t+T)-ΔPRcode,n(t,t+T)-2(I(t+T)-I(t))
将该偏差与阈值TCCD,n进行比较，统计大于阈值TCCD,n的偏差的个数CNTCCD，若CNTCCD≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(203)基于监测站的星历数据实时数据流，从上一小时星历和下一小时星历中提取钟差、钟速、钟漂移率卫星钟误差系数af0、af1、af2，利用下式计算t时刻的广播钟差clkeph,n：
clkeph,n＝af0+af1(t-toc)+af2(t-toc)2
其中，toc为参考时间；
此外，获取卫星精密钟差文件，采用拉格朗日插值法计算相应时刻某颗卫星的精密钟差clkpre,n，并计算广播钟差与精密钟差之间的差值dclkn：
dclkn＝clkeph,n-clkpre,n+(dzeph,n-dzpre,n)
式中，dzeph,n为广播钟差的Z方向天线相位中心改正数，dzpre,n为精密钟差的Z方向天线相位中心改正数；
将dclkn的值与阈值Tclk,n进行比较，统计大于阈值Tclk,n的dclkn的个数CNTdclk，若CNTdclk≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(204)从监测站的星历数据实时数据流中提取广播轨道参数，计算卫星的广播轨道Reph,n；此外，获取卫星的精密轨道文件，计算相应时刻的卫星精密轨道Rpre,n，并实时计算广播轨道相对于精密轨道的误差dRn：
dRn＝Reph,n-(Rpre,n+A·PCOeph,n)
式中，A为卫星姿态矩阵，PCOeph,n为监测站所采用的卫星天线相位中心改正数；
将dRn的值与阈值TR,n进行比较，统计大于阈值TR,n的dRn的个数CNTdR，若CNTdR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(205)重复步骤(201)至(204)，直至监测到疑似故障卫星，然后执行步骤(3)。
进一步的，步骤(3)的具体方式为：
(301)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，并将疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻传输给中等口径天线监测***，生成中等口径天线工作指令；
(302)中等口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，然后闪拍式采集该卫星的导航信号；
(303)基于采集的疑似故障卫星的导航信号，计算导航信号的相关峰畸变、导航信号功率变化、电文信息比特错误率三项指标；
(304)基于空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求和三项指标的历史阈值统计值，确定三项指标的各自阈值，若三项指标中有一项指标超过其阈值，则判断疑似故障卫星为故障卫星；若排除疑似故障为故障卫星，则返回步骤(1)。
进一步的，步骤(303)中，相关峰畸变PD的计算方法如下：
Figure BDA0003096028600000051
式中，R(·)为本地伪码和零中频信号间的互相关函数，τs和τe分别表示采用的码相位偏差起始值和结束值，N表示采用的码相位偏差延迟间隔；
导航信号功率变化PC的计算方法如下：
Figure BDA0003096028600000052
式中，P(i)和P(j)表示i和j时刻对应的信号功率，K表示计算过程采用的最终的时刻；
电文信息比特错误率
Figure BDA0003096028600000053
的计算方法为：
Figure BDA0003096028600000054
式中，X表示卫星轨道误差的径向R、切向T或法向N，
Figure BDA0003096028600000055
和
Figure BDA0003096028600000056
分别表示i时刻的地面遥测设备估算的卫星位置和通过卫星星历计算的X方向卫星位置，N1为计数上限，
Figure BDA0003096028600000057
表示地面遥测设备估算卫星位置和卫星星历计算卫星位置X方向偏差阈值；
或者，电文信息比特错误率
Figure BDA0003096028600000058
的计算方法为：
Figure BDA0003096028600000059
式中，
Figure BDA0003096028600000061
和
Figure BDA0003096028600000062
分别表示i时刻新星历和旧星历计算的X方向卫星位置，
Figure BDA0003096028600000063
表示新星历和旧星历计算的卫星位置X方向偏差阈值。
进一步的，步骤(304)中，确定步骤(303)中三项指标的各自阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取三项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取三项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到三项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
进一步的，步骤(4)的具体方式为：
(401)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，并将故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻传输给大口径天线监测***；
(402)大口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，采集该卫星的导航信号并进行存储；
(403)对存储的数据进行时域、频域、调制域、相关域、测量域评估，频域评估包括的指标有功率谱、扩频信号带内功率、单支路扩频信号带内功率、单载波功率、单载波质量，单载波质量包括相噪、载波抑制、带内杂散、谐波功率、带外功率；频域评估包括的指标有眼图、扩频码误码率、扩频码时域波形、信号波形失真、波形正电平和负电平持续时间偏差；相关域评估包括的指标有相关峰、相关损失、SCB曲线、恒包络复用效率、鉴相器斜率失真；调制域评估包括的指标为星座图；测量域评估的指标包括载波相位关系、码相位一致性、码与载波相干性、信号间功率比、扩频码码片错误检测、信号功率稳定度评估；
(404)依据空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求以及历史阈值统计值，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值；将步骤(403)中实际计算的各项指标分别与步骤(404)中获得阈值进行比较，超过阈值的指标项即为导航卫星故障原因。
进一步的，步骤(404)中，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取各项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取各项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到各项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
1、本发明充分利用天线口径和信号观测尺度触发式逐级切换机理，提升了监测覆盖范围和监测效率。
2、本发明利用不同时间观测尺度逐级递进信号质量监测，解决了不同维度全面监测的问题，提升了GNSS空间信号质量监测的精准性。
附图说明
图1为本发明实施例中GNSS空间信号质量监测评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，包括如下步骤：
(1)基于全球分布的监测站采集GNSS卫星的观测数据和星历数据；
(2)综合各监测站的观测数据和星历数据，对全球观测卫星实时数据流进行数据域监测评估，评价卫星是否为疑似故障卫星；
(3)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，通过中等口径天线监测***对疑似故障卫星进行测量域和相关域闪拍式准实时监测处理，评价该卫星是否为故障卫星；
(4)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，对卫星信号进行时域、频域、调制域、相关域、测量域、数据域和服务域的高精度后处理，确定卫星故障原因。
进一步的，所述监测站为iGMAS监测站。
进一步的，步骤(2)的具体方式为：
(201)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，计算伪距跳变值和载波相位跳变值，第n个监测站的码伪距跳变值或载波相位跳变值的计算方式为：
Figure BDA0003096028600000081
式中，下标X取code或carrier，取code时表示码伪距，取carrier时表示载波相位；dPRX,n(t)表示t时刻的码伪距/载波相位跳变值，PRX,n(·)表示相应时刻的码伪距/载波相位的测量结果，N为计算伪距基准统计的伪距数据点数量；
将dPRX,n(t)的值与阈值
Figure BDA0003096028600000082
进行比较，统计大于阈值
Figure BDA0003096028600000083
的dPRX,n(i)的个数CNTX,dPR，若X取code或carrier时的CNTX,dPR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(202)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，分别计算t时刻以及时间间隔T条件下，第n个监测站的码伪距的差ΔPRcode,n(t,t+T)以及载波相位的差ΔPRcarrier,n(t,t+T)：
Figure BDA0003096028600000091
计算电离层对不同频率测距的影响值I(t)：
Figure BDA0003096028600000092
式中，fcode(t)表示扩频码频率，fcarrier(t)表示载波频率；
计算t时刻各个监测站的码伪距和载波相位的偏差：
ΔPRcarrier,n(t,t+T)-ΔPRcode,n(t,t+T)-2(I(t+T)-I(t))
将该偏差与阈值TCCD,n进行比较，统计大于阈值TCCD,n的偏差的个数CNTCCD，若CNTCCD≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(203)基于监测站的星历数据实时数据流，从上一小时星历和下一小时星历中提取钟差、钟速、钟漂移率卫星钟误差系数af0、af1、af2，利用下式计算t时刻的广播钟差clkeph,n：
clkeph,n＝af0+af1(t-toc)+af2(t-toc)2
其中，toc为参考时间；
此外，获取卫星精密钟差文件，采用拉格朗日插值法计算相应时刻某颗卫星的精密钟差clkpre,n，并计算广播钟差与精密钟差之间的差值dclkn：
dclkn＝clkeph,n-clkpre,n+(dzeph,n-dzpre,n)
式中，dzeph,n为广播钟差的Z方向天线相位中心改正数，dzpre,n为精密钟差的Z方向天线相位中心改正数；
将dclkn的值与阈值Tclk,n进行比较，统计大于阈值Tclk,n的dclkn的个数CNTdclk，若CNTdclk≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(204)从监测站的星历数据实时数据流中提取广播轨道参数，计算卫星的广播轨道Reph,n；此外，获取卫星的精密轨道文件，计算相应时刻的卫星精密轨道Rpre,n，并实时计算广播轨道相对于精密轨道的误差dRn：
dRn＝Reph,n-(Rpre,n+A·PCOeph,n)
式中，A为卫星姿态矩阵，PCOeph,n为监测站所采用的卫星天线相位中心改正数；
将dRn的值与阈值TR,n进行比较，统计大于阈值TR,n的dRn的个数CNTdR，若CNTdR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(205)重复步骤(201)至(204)，直至监测到疑似故障卫星，然后执行步骤(3)。
进一步的，步骤(3)的具体方式为：
(301)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，并将疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻传输给中等口径天线监测***，生成中等口径天线工作指令；
(302)中等口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，然后闪拍式采集该卫星的导航信号；
(303)基于采集的疑似故障卫星的导航信号，计算导航信号的相关峰畸变、导航信号功率变化、电文信息比特错误率三项指标；
(304)基于空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求和三项指标的历史阈值统计值，确定三项指标的各自阈值，若三项指标中有一项指标超过其阈值，则判断疑似故障卫星为故障卫星；若排除疑似故障为故障卫星，则返回步骤(1)。
进一步的，步骤(303)中，相关峰畸变PD的计算方法如下：
Figure BDA0003096028600000111
式中，R(·)为本地伪码和零中频信号间的互相关函数，τs和τe分别表示采用的码相位偏差起始值和结束值，N表示采用的码相位偏差延迟间隔；
导航信号功率变化PC的计算方法如下：
Figure BDA0003096028600000112
式中，P(i)和P(j)表示i和j时刻对应的信号功率，K表示计算过程采用的最终的时刻；
电文信息比特错误率
Figure BDA0003096028600000113
的计算方法为：
Figure BDA0003096028600000114
式中，X表示卫星轨道误差的径向R、切向T或法向N，
Figure BDA0003096028600000115
和
Figure BDA0003096028600000116
分别表示i时刻的地面遥测设备估算的卫星位置和通过卫星星历计算的X方向卫星位置，N1为计数上限，
Figure BDA0003096028600000117
表示地面遥测设备估算卫星位置和卫星星历计算卫星位置X方向偏差阈值；
或者，电文信息比特错误率
Figure BDA0003096028600000118
的计算方法为：
Figure BDA0003096028600000119
式中，
Figure BDA00030960286000001110
和
Figure BDA00030960286000001111
分别表示i时刻新星历和旧星历计算的X方向卫星位置，
Figure BDA00030960286000001112
表示新星历和旧星历计算的卫星位置X方向偏差阈值。
进一步的，步骤(304)中，确定步骤(303)中三项指标的各自阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取三项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取三项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到三项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
进一步的，步骤(4)的具体方式为：
(401)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，并将故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻传输给大口径天线监测***；
(402)大口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，采集该卫星的导航信号并进行存储；
(403)对存储的数据进行时域、频域、调制域、相关域、测量域评估，频域评估包括的指标有功率谱、扩频信号带内功率、单支路扩频信号带内功率、单载波功率、单载波质量，单载波质量包括相噪、载波抑制、带内杂散、谐波功率、带外功率；频域评估包括的指标有眼图、扩频码误码率、扩频码时域波形、信号波形失真、波形正电平和负电平持续时间偏差；相关域评估包括的指标有相关峰、相关损失、SCB曲线、恒包络复用效率、鉴相器斜率失真；调制域评估包括的指标为星座图；测量域评估的指标包括载波相位关系、码相位一致性、码与载波相干性、信号间功率比、扩频码码片错误检测、信号功率稳定度评估；
(404)依据空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求以及历史阈值统计值，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值；将步骤(403)中实际计算的各项指标分别与步骤(404)中获得阈值进行比较，超过阈值的指标项即为导航卫星故障原因。
进一步的，步骤(404)中，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取各项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取各项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到各项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
该方法实现了全空域内全向天线、中等口径天线、大口径天线有机协同工作，以及GNSS导航信号实时流处理+闪拍式准实时处理+回放式事后处理，多模式间自动触发与运行参数自适应确定，无需人为干预，在复杂星座、复杂信号、复杂环境下的导航信号快速精确监测评估具有较大的优势。
以下为一个更具体的例子：
一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，该方法基于全球分布的监测站采集卫星的观测数据和星历数据，综合全球分布监测站的观测数据和星历数据，开展III类监测发现疑似故障卫星，开展II类监测确定故障卫星，通过I类监测确定卫星故障原因。如图1所示，该方法包括如下步骤：
(1)采用全球部署的23个iGMAS跟踪站采集的GNSS观测数据和星历数据；
(2)基于iGMAS及部署的专用监测站观测值实时数据流计算伪距和载波跳变存在异常的站点数目，CNTCarrier,dPR＜3，CNTCode,dPR＜3，判断Galileo卫星E03卫星为正常卫星；
基于iGMAS及部署专用监测站观测值实时数据流分别计算时间t时刻一定时间间隔T多个监测站点卫星码伪距和载波伪距的差是否异常，CNTdPR＝9，CNTdPR＞3，判断Galileo卫星E03为疑似异常卫星；
基于iGMAS监测站星历数据实时数据流从上一小时星历和下一小时星历，计算卫星钟差异常数据，CNTdclk＝9，CNTdclk＞3，判断Galileo卫星E03为疑似异常卫星；
基于iGMAS监测站及部署专用监测站星历数据实时数据流从上一小时星历和下一小时星历，计算卫星钟差异常数据，CNTdR＝12，判断Galileo卫星E03为疑似异常卫星。
(3)将疑似故障卫星Galileo、PRN03、UTC 2020年07月12日，22：00：00传输给中等口径天线监测***，并触发中等口径天线工作。
下载精密预报星历数据，计算卫星轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、采样间隔、采样率参数分别为1575.42MHz、24.522MHz、5s、30MHz，并对信号进行采集。
对采集的信号进行准实时处理，计算相关峰畸变率、导航信号偏差、导航信号电文符号错误率、电文信息比特错误率分别为5.62％、1.55dB、100％、100％，确定E03卫星确定为故障卫星。
(4)将故障卫星Galileo、PRN03、UTC 2020年07月12日，22：00：00传输给大口径天线监测***，并触发大口径天线工作。
下载精密预报星历数据，计算卫星轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、采样间隔、采样率、采样持续时间分别为1575.42MHz、24.522MHz、0s、2GHz、10s，并对信号进行采集，对采集数据进行存储。
对存储的数据进行时域、频域、调制域、相关域、测量域、数据域和服务域评估，并与监测评估模板比较分析，时域、频域、调制域、相关域、测量域均正常，数据域和服务域指标均异常，E03卫星无电文。
本发明可对GNSS空间信号质量进行快速高精度评估，能够利用全球分布的监测站实现全球范围内的GNSS全***监测，满足全空域故障快速发现的需求。同时，该方法采用了多级触发式天线口径切换方式，有效保障了从发现、确认，到原因分析的无缝故障追踪，能够有效解决传统监测方法监测范围、监测效率和监测质量相矛盾的难题，从而同时满足监测覆盖全、监测处理精与监测速度快的应用需求。

Claims (7)

1.一种全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)基于全球分布的监测站采集GNSS卫星的观测数据和星历数据；
(2)综合各监测站的观测数据和星历数据，对全球观测卫星实时数据流进行数据域监测评估，评价卫星是否为疑似故障卫星；
(3)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，通过中等口径天线监测***对疑似故障卫星进行测量域和相关域闪拍式准实时监测处理，评价该卫星是否为故障卫星；具体方式为：
(301)确定疑似故障卫星后，自动触发中等口径天线，并将疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻传输给中等口径天线监测***，生成中等口径天线工作指令；
(302)中等口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据疑似故障卫星的导航***编号、卫星扩频码编号、发现疑似故障卫星时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，然后闪拍式采集该卫星的导航信号；
(303)基于采集的疑似故障卫星的导航信号，计算导航信号的相关峰畸变、导航信号功率变化、电文信息比特错误率三项指标；
(304)基于空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求和三项指标的历史阈值统计值，确定三项指标的各自阈值，若三项指标中有一项指标超过其阈值，则判断疑似故障卫星为故障卫星；若排除疑似故障为故障卫星，则返回步骤(1)；
(4)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，对卫星信号进行时域、频域、调制域、相关域、测量域、数据域和服务域的高精度后处理，确定卫星故障原因。
2.根据权利要求1所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，所述监测站为iGMAS监测站。
3.根据权利要求1所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：
(201)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，计算伪距跳变值和载波相位跳变值，第n个监测站的码伪距跳变值或载波相位跳变值的计算方式为：
Figure FDA0003568737870000021
式中，下标X取code或carrier，取code时表示码伪距，取carrier时表示载波相位；dPRX,n(t)表示t时刻的码伪距/载波相位跳变值，PRX,n(·)表示相应时刻的码伪距/载波相位的测量结果，N为计算伪距基准统计的伪距数据点数量；
将dPRX,n(t)的值与阈值
Figure FDA0003568737870000024
进行比较，统计大于阈值
Figure FDA0003568737870000025
的dPRX,n(i)的个数CNTX,dPR，若X取code或carrier时的CNTX,dPR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(202)基于监测站对卫星的观测值实时数据流，分别计算t时刻以及时间间隔T条件下，第n个监测站的码伪距的差ΔPRcode,n(t,t+T)以及载波相位的差ΔPRcarrier,n(t,t+T)：
Figure FDA0003568737870000022
计算电离层对不同频率测距的影响值I(t)：
Figure FDA0003568737870000023
式中，fcode(t)表示扩频码频率，fcarrier(t)表示载波频率；
计算t时刻各个监测站的码伪距和载波相位的偏差：
ΔPRcarrier,n(t,t+T)-ΔPRcode,n(t,t+T)-2(I(t+T)-I(t))
将该偏差与阈值TCCD,n进行比较，统计大于阈值TCCD,n的偏差的个数CNTCCD，若CNTCCD≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(203)基于监测站的星历数据实时数据流，从上一小时星历和下一小时星历中提取钟差、钟速、钟漂移率卫星钟误差系数af0、af1、af2，利用下式计算t时刻的广播钟差clkeph,n：
clkeph,n＝af0+af1(t-toc)+af2(t-toc)2
其中，toc为参考时间；
此外，获取卫星精密钟差文件，采用拉格朗日插值法计算相应时刻某颗卫星的精密钟差clkpre,n，并计算广播钟差与精密钟差之间的差值dclkn：
dclkn＝clkeph,n-clkpre,n+(dzeph,n-dzpre,n)
式中，dzeph,n为广播钟差的Z方向天线相位中心改正数，dzpre,n为精密钟差的Z方向天线相位中心改正数；
将dclkn的值与阈值Tclk,n进行比较，统计大于阈值Tclk,n的dclkn的个数CNTdclk，若CNTdclk≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(204)从监测站的星历数据实时数据流中提取广播轨道参数，计算卫星的广播轨道Reph,n；此外，获取卫星的精密轨道文件，计算相应时刻的卫星精密轨道Rpre,n，并实时计算广播轨道相对于精密轨道的误差dRn：
Figure FDA0003568737870000031
式中，A为卫星姿态矩阵，PCOeph,n为监测站所采用的卫星天线相位中心改正数；
将dRn的值与阈值TR,n进行比较，统计大于阈值TR,n的dRn的个数CNTdR，若CNTdR≥3，则判断卫星为疑似故障卫星；
(205)重复步骤(201)至(204)，直至监测到疑似故障卫星，然后执行步骤(3)。
4.根据权利要求1所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，步骤(303)中，相关峰畸变PD的计算方法如下：
Figure FDA0003568737870000041
式中，
Figure FDA0003568737870000048
为本地伪码和零中频信号间的互相关函数，τs和τe分别表示采用的码相位偏差起始值和结束值，N表示采用的码相位偏差延迟间隔；
导航信号功率变化PC的计算方法如下：
Figure FDA0003568737870000042
式中，P(i)和P(j)表示i和j时刻对应的信号功率，K表示计算过程采用的最终的时刻；
电文信息比特错误率
Figure FDA0003568737870000043
的计算方法为：
Figure FDA0003568737870000044
式中，X表示卫星轨道误差的径向R、切向T或法向N，
Figure FDA0003568737870000045
和
Figure FDA0003568737870000046
分别表示i时刻的地面遥测设备估算的卫星位置和通过卫星星历计算的X方向卫星位置，N1为计数上限，
Figure FDA0003568737870000047
表示地面遥测设备估算卫星位置和卫星星历计算卫星位置X方向偏差阈值；
或者，电文信息比特错误率
Figure FDA0003568737870000051
的计算方法为：
Figure FDA0003568737870000052
式中，
Figure FDA0003568737870000053
和
Figure FDA0003568737870000054
分别表示i时刻新星历和旧星历计算的X方向卫星位置，
Figure FDA0003568737870000055
表示新星历和旧星历计算的卫星位置X方向偏差阈值。
5.根据权利要求1所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，步骤(304)中，确定步骤(303)中三项指标的各自阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取三项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取三项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到三项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
6.根据权利要求1所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，步骤(4)的具体方式为：
(401)确定故障卫星后，自动触发大口径天线，并将故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻传输给大口径天线监测***；
(402)大口径天线监测***下载精密预报星历数据，并根据故障卫星的导航***、卫星扩频码编号、发现疑似故障时刻计算卫星的轨道信息，调整天线俯仰角和方位角，自适应确定采集频点、带宽、抽样频率、采样率，采集该卫星的导航信号并进行存储；
(403)对存储的数据进行时域、频域、调制域、相关域、测量域评估，频域评估包括的指标有功率谱、扩频信号带内功率、单支路扩频信号带内功率、单载波功率、单载波质量，单载波质量包括相噪、载波抑制、带内杂散、谐波功率、带外功率；频域评估包括的指标有眼图、扩频码误码率、扩频码时域波形、信号波形失真、波形正电平和负电平持续时间偏差；相关域评估包括的指标有相关峰、相关损失、SCB曲线、恒包络复用效率、鉴相器斜率失真；调制域评估包括的指标为星座图；测量域评估的指标包括载波相位关系、码相位一致性、码与载波相干性、信号间功率比、扩频码码片错误检测、信号功率稳定度评估；
(404)依据空间导航信号接口控制文件、卫星研制要求以及历史阈值统计值，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值；将步骤(403)中实际计算的各项指标分别与步骤(404)中获得阈值进行比较，超过阈值的指标项即为导航卫星故障原因。
7.根据权利要求6所述的全空域多级触发式GNSS空间信号质量监测评估方法，其特征在于，步骤(404)中，生成步骤(403)中各指标项对应的阈值的具体方式为：从空间导航信号接口控制文件中获取各项指标的第一阈值，从卫星研制要求中获取各项指标的第二阈值，对各项指标的历史阈值统计值进行求平均，得到各项指标的第三阈值；对于每项指标，取第一、第二、第三阈值的最小值作为该指标的最终阈值。
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