CN114384557A - 星基增强***的服务性能评估方法及装置 - Google Patents

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CN114384557A CN202111559324.5A CN202111559324A CN114384557A CN 114384557 A CN114384557 A CN 114384557A CN 202111559324 A CN202111559324 A CN 202111559324A CN 114384557 A CN114384557 A CN 114384557A
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Abstract

本申请实施例公开了一种星基增强***的服务性能评估方法及装置，该方法包括：计算用户的解算位置，并将用户的解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差；计算保护级；根据定位误差、保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数。根据该方法所确定的危险误导信息出现次数能够评估星基增强***的服务性能，实现了对星基增强***的服务性能的长期监测，并且该星基增强***的服务性能评估方法独立于地面监测***，不会带给全球导航卫星***额外的误差。

Description

星基增强***的服务性能评估方法及装置
技术领域
本申请实施例涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种星基增强***的服务性能评估方法及装置。
背景技术
全球卫星导航***(英文：GlobalNavigation Satellite System，简称：GNSS)可为用户提供实时、全天候、高精度的导航定位服务，已广泛应用于航空、航海、测绘、汽车导航等领域。
受制于卫星导航误差以及用户位置等多方面的影响，部分区域如地形复杂的山谷等仅依赖GNSS并不能到达理想的导航定位效果，同时一些对导航性能有特殊要求的领域如航空等，单独使用GNSS也不能完成相应要求的导航定位服务。基于以上原因，星基增强***(英文：Satellite-BasedAugmentation System，简称：SBAS)应运而生，通过星基增强***的辅助配合GNSS的使用，使GNSS的定位精度等导航性能进一步提升，以满足不同区域不同领域特殊的定位服务需求。
但是，SBAS在进行导航或进近的过程中，一些受到周围环境影响所产生***误差项有时难以被用户观测到，这些误差会给SBAS服务带来一定的影响，进而给用户带来一定的风险。
发明内容
本申请实施例通过提供一种星基增强***的服务性能评估方法及装置，解决了现有技术中星基增强***受到周围环境影响所产生的误差有时难以被用户观测到的技术问题，实现了对星基增强***的服务性能的长期监测。
第一方面，本申请实施例提供了一种星基增强***的服务性能评估方法，所述方法包括：计算用户的解算位置，并将用户的所述解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差；计算保护级；根据所述定位误差、所述保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述计算用户的解算位置包括：获取平滑时间参数、伪距观测量和载波相位观测量；探测并修复所述载波相位观测量中的周跳，并利用所述载波相位观测量和所述平滑时间参数平滑所述伪距观测量；利用平滑后的所述伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的所述解算位置。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，执行所述利用平滑后的所述伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的所述解算位置前，还包括：获取时钟改正数和星历改正数；利用所述星历改正数和所述时钟改正数分别修正所述星历位置和所述时钟偏差。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述计算保护级包括：获取协方差矩阵；根据用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数计算加权矩阵；根据卫星的仰角和方位角计算观测矩阵；根据所述观测矩阵、所述加权矩阵和所述协方差矩阵确定所述保护级。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：获取观测数据，并从所述观测数据中读取所述伪距观测量和所述载波相位观测量；和/或，获取并解算导航电文，获得卫星的导航信息；其中，所述导航信息包括所述星历位置和所述时钟偏差；和/或，获取并解算增强电文，获得卫星的增强信息；其中，所述增强信息包括卫星参数、所述时钟改正数、所述星历改正数、所述用户差分距离误差、所述格网电离层垂直误差、所述协方差矩阵和所述降效参数；根据所述卫星参数计算卫星的所述仰角和所述方位角。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：获取探测门限，并使用所述探测门限剔除异常的所述伪距观测量和所述载波相位观测量。
第二方面，本申请实施例提供了一种星基增强***的服务性能评估装置，所述装置包括：定位误差确定模块，用于计算用户的解算位置，并将用户的所述解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差；保护级确定模块，用于计算保护级；评估模块，用于根据所述定位误差、所述保护级、告警门限分析出危险误导信息出现次数。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述定位误差确定模块计算用户的解算位置时，具体用于：获取平滑时间参数、伪距观测量和载波相位观测量；探测并修复所述载波相位观测量中的周跳，并利用所述载波相位观测量和所述平滑时间参数平滑所述伪距观测量；利用平滑后的所述伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的所述解算位置。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：改正数获取模块，用于获取时钟改正数和星历改正数；修正模块，用于利用所述星历改正数和所述时钟改正数分别修正所述星历位置和所述时钟偏差。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，保护级确定模块具体用于：获取协方差矩阵；根据用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数计算加权矩阵；根据卫星的仰角和方位角计算观测矩阵；根据所述观测矩阵、所述加权矩阵和所述协方差矩阵确定所述保护级。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：卫星数据获取模块，用于获取观测数据，并从所述观测数据中读取所述伪距观测量和所述载波相位观测量；和/或，用于获取并解算导航电文，获得卫星的导航信息；其中，所述导航信息包括所述星历位置和所述时钟偏差；和/或，用于获取并解算增强电文，获得卫星的增强信息；其中，所述增强信息包括卫星参数、所述时钟改正数、所述星历改正数、所述用户差分距离误差、所述格网电离层垂直误差、所述协方差矩阵和所述降效参数；并用于根据所述卫星参数计算卫星的所述仰角和所述方位角。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：输入数据模块，用于获取探测门限；剔除模块，用于使用所述探测门限剔除异常的所述伪距观测量和所述载波相位观测量。
第三方面，本申请实施例提供了一种星基增强***的服务性能评估设备，所述设备包括存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机可执行指令；所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，能够实现如第一方面以及第一方面任一可能的实现方式所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现如第一方面以及第一方面任一可能的实现方式所述的方法。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法，通过计算定位误差和保护级，然后根据定位误差、保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数，进行根据危险误导信息出现次数能够评估星基增强***的服务性能，实现了对星基增强***的服务性能的长期监测，并且该星基增强***的服务性能评估方法独立于地面监测***，不会带给全球导航卫星***额外的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的计算用户的解算位置的流程图；
图3为本申请实施例提供的修正星历位置、时钟偏差和电离层延迟的流程图；
图4为本申请实施例提供的计算保护级的流程图；
图5A为本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置的结构示意图一；
图5B为本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置的结构示意图二；
图6为本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估设备的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估设备的应用场景示意图。
具体实施方式
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的一部分实施例，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做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。
本申请实施例提供了一种星基增强***的服务性能评估方法，该方法主要应用于星基增强***的服务性能评估设备600中，该设备的应用场景如图7所示。卫星800向监测站700发送信号；星基增强***的服务性能评估设备600与监测站700连接，能够从监测站700读取数据，所读取的数据包括卫星观测数据、导航电文和增强电文等。图6示出了星基增强***的服务性能评估设备600的结构，包括处理器601和存储器602，存储器602用于存储计算机可执行指令，处理器601用于执行计算机可执行指令，能够实现本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法。具体地，该星基增强***的服务性能评估设备600可以为个人电脑、单片机等。
参照图1所示，本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法包括步骤S101至步骤S103，具体如下。
步骤S101：计算用户的解算位置，并将用户的解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差。用户的解算位置是指根据接收到的卫星观测数据以及预先设定的参数所计算获得的用户位置。用户的真实位置是指用于用户实际所在的位置。图2示出了步骤S101中的计算用户的解算位置的具体步骤，包括步骤S201至步骤S202。
步骤S201：获取平滑时间参数、伪距观测量和载波相位观测量。其中，平滑时间参数是预先设定的参数，其可以通过触摸屏、键盘等设备预先设定，并可以根据实际情况进行修改。具体地，星基增强***的服务性能评估设备600的处理器601从触摸屏、键盘等输入设备中获取该平滑时间参数。伪距观测量和载波相位观测量可以从卫星的观测数据中读取出来。步骤S202：探测并修复载波相位观测量中的周跳，并利用载波相位观测量和平滑时间参数平滑伪距观测量。步骤S203：利用平滑后的伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的解算位置。其中，星历位置和时钟偏差可以由导航电文解算后获得；利用电离层格网改正数计算获得电离层延迟，具体为用户与卫星观测方向上的电离层延迟，并且电离层格网改正数可以由增强电文解算获得；对流层延迟可以由对流层模型计算获得。
在执行步骤S203前还可以进行如图3所示的步骤S301和步骤S302，具体描述如下。步骤S301：获取时钟改正数和星历改正数。其中，时钟改正数和星历改正数可以由增强电文解算获得。步骤S302：利用星历改正数、时钟改正数分别修正星历位置和时钟偏差。通过对星历位置和时钟偏差的修正，使得解算位置的计算结果更加准确。
步骤S102：计算保护级。保护级的具体计算步骤如图4所示，包括步骤S401至步骤S404。
步骤S401：获取协方差矩阵。其中，协方差矩阵可以由增强电文解算获得。步骤S402：根据用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数计算加权矩阵。用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数均可以由增强电文解算获得。步骤S403：根据卫星的仰角和方位角计算观测矩阵。步骤S404：根据观测矩阵、加权矩阵和协方差矩阵确定保护级。
步骤S103：根据定位误差、保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数。
本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法还包括：获取观测数据，并从观测数据中读取伪距观测量和载波相位观测量；和/或，获取并解算导航电文，获得卫星的导航信息；其中，导航信息包括星历位置和时钟偏差；和/或，获取并解算增强电文，获得卫星的增强信息；其中，增强信息包括卫星参数、时钟改正数、星历改正数、用户差分距离误差、格网电离层垂直误差、协方差矩阵和降效参数；并根据卫星参数计算卫星的仰角和方位角。
本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法方法还包括：获取探测门限，并使用探测门限剔除异常的伪距观测量和载波相位观测量。探测门限是预先设定的参数，其也可以通过触摸屏、键盘等输入设备预先设定，并可以根据实际情况进行修改。具体地，星基增强***的服务性能评估设备600的处理器601从触摸屏、键盘等输入设备中获取该探测门限。
本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估方法，通过计算定位误差和保护级，然后根据定位误差、保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数，进行根据危险误导信息出现次数能够评估星基增强***的服务性能，实现了对星基增强***的服务性能的长期监测，并且该星基增强***的服务性能评估方法独立于地面监测***，不会带给全球导航卫星***额外的误差。
虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。本实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时,可以按照本实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本申请实施例还提供了一种星基增强***的服务性能评估装置500，如图5A所示，该星基增强***的服务性能评估装置500包括定位误差确定模块501和保护级确定模块502。
定位误差确定模块501用于计算用户的解算位置，并将用户的解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差。用户的解算位置是指根据接收到的卫星观测数据以及预先设定的参数所计算获得的用户位置。用户的真实位置是指用于用户实际所在的位置。定位误差确定模块501计算用户的解算位置时，具体用于如下步骤。
获取平滑时间参数、伪距观测量和载波相位观测量。其中，平滑时间参数是预先设定的参数，其可以通过触摸屏、键盘等设备预先设定，并可以根据实际情况进行修改。具体地，星基增强***的服务性能评估装置500从触摸屏、键盘等输入设备中获取该平滑时间参数。伪距观测量和载波相位观测量可以从卫星的观测数据中读取出来。探测并修复载波相位观测量中的周跳，并利用载波相位观测量和和平滑时间参数平滑伪距观测量；利用平滑后的伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的解算位置。星历位置和时钟偏差可以由导航电文解算后获得；利用电离层格网改正数计算获得电离层延迟，具体为用户与卫星观测方向上的电离层延迟，并且电离层格网改正数可以由增强电文解算获得；对流层延迟可以由对流层模型计算获得。
如图5B所示，本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置500还包括改正数获取模块504和修正模块505。在定位误差确定模块501工作前，改正数获取模块504用于获取时钟改正数和星历改正数；修正模块505用于利用星历改正数和时钟改正数分别修正星历位置和时钟偏差。其中，时钟改正数和星历改正数可以由增强电文解算获得。修正模块505通过对星历位置和时钟偏差的修正，使得解算位置的计算结果更加准确。
保护级确定模块502用于计算保护级。保护级确定模块502具体用于执行以下步骤。获取协方差矩阵；其中，协方差矩阵可以由增强电文解算获得。根据用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数计算加权矩阵；用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数均可以由增强电文解算获得。根据卫星的仰角和方位角计算观测矩阵；根据观测矩阵、加权矩阵和协方差矩阵确定保护级。
评估模块503用于根据定位误差、保护级、告警门限分析出危险误导信息出现次数。
如图5B所示，本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置500还包括卫星数据获取模块506，用于获取观测数据，并从观测数据中读取伪距观测量和载波相位观测量；和/或，用于获取并解算导航电文，获得卫星的导航信息；其中，导航信息包括星历位置和时钟偏差；和/或，用于获取并解算增强电文，获得卫星的增强信息；其中，增强信息包括卫星参数、时钟改正数、星历改正数、用户差分距离误差、格网电离层垂直误差、协方差矩阵和降效参数；并用于根据卫星参数计算卫星的仰角和方位角。
继续参照图5B所示，本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置500还包括输入数据模块507和剔除模块508。输入数据模块507用于获取探测门限。探测门限是预先设定的参数，其也可以通过触摸屏、键盘等输入设备预先设定，并可以根据实际情况进行修改。具体地，输入数据模块507从触摸屏、键盘等输入设备中获取该探测门限，然后将探测门限传输至剔除模块508。此外，输入数据模块507还可以从触摸屏、键盘等输入设备中获取平滑时间参数，然后将平滑时间参数传输至定位误差确定模块501。剔除模块508用于使用探测门限剔除异常的伪距观测量和载波相位观测量。
本申请实施例提供的星基增强***的服务性能评估装置500，通过计算定位误差和保护级，然后根据定位误差、保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数，进行根据危险误导信息出现次数能够评估星基增强***的服务性能，实现了对星基增强***的服务性能的长期监测，并且该星基增强***的服务性能评估方法独立于地面监测***，不会带给全球导航卫星***额外的误差。
上述实施例阐明的装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便,描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。当然,也可以将实现某功能的模块由多个子模块或子单元组合实现。本申请装置中的部分模块可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行可执行指令时能够实现如第一方面以及第一方面任一可能的实现方式的方法。
上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(英文：Random Access Memory；简称：RAM)、只读存储器(英文：Read-Only Memory；简称：ROM)、缓存(英文：Cache)、硬盘(英文：Hard Disk Drive；简称：HDD)或者存储卡(英文：Memory Card)。存储器可以用于存储计算机程序指令。
本申请中的方法、装置或模块可以以计算机可读程序代码方式实现控制器按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit；简称：ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、AtmelAT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的硬件的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,也可以通过数据迁移的实施过程中体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。本申请的全部或者部分可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、移动通信终端、多处理器***、基于微处理器的***、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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申请技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，包括：
计算用户的解算位置，并将用户的所述解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差；
计算保护级；
根据所述定位误差、所述保护级和告警门限分析出危险误导信息出现次数。
2.根据权利要求1所述的星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，所述计算用户的解算位置包括：
获取平滑时间参数、伪距观测量和载波相位观测量；
探测并修复所述载波相位观测量中的周跳，并利用所述载波相位观测量和所述平滑时间参数平滑所述伪距观测量；
利用平滑后的所述伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的所述解算位置。
3.根据权利要求2所述的星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，执行所述利用平滑后的所述伪距观测量，结合星历位置、时钟偏差、电离层延迟和对流层延迟计算用户的所述解算位置前，还包括：
获取时钟改正数和星历改正数；
利用所述星历改正数和所述时钟改正数分别修正所述星历位置和所述时钟偏差。
4.根据权利要求3所述的星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，所述计算保护级包括：
获取协方差矩阵；
根据用户差分距离误差、格网电离层垂直误差和降效参数计算加权矩阵；
根据卫星的仰角和方位角计算观测矩阵；
根据所述观测矩阵、所述加权矩阵和所述协方差矩阵确定所述保护级。
5.根据权利要求4所述的星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，还包括：
获取观测数据，并从所述观测数据中读取所述伪距观测量和所述载波相位观测量；和/或，
获取并解算导航电文，获得卫星的导航信息；其中，所述导航信息包括所述星历位置和所述时钟偏差；和/或，
获取并解算增强电文，获得卫星的增强信息；其中，所述增强信息包括卫星参数、所述时钟改正数、所述星历改正数、所述用户差分距离误差、所述格网电离层垂直误差、所述协方差矩阵和所述降效参数；
根据所述卫星参数计算卫星的所述仰角和所述方位角。
6.根据权利要求2所述的星基增强***的服务性能评估方法，其特征在于，还包括：
获取探测门限，并使用所述探测门限剔除异常的所述伪距观测量和所述载波相位观测量。
7.一种星基增强***的服务性能评估装置，其特征在于，包括：
定位误差确定模块，用于计算用户的解算位置，并将用户的所述解算位置与用户的真实位置做差，确定定位误差；
保护级确定模块，用于计算保护级；
评估模块，用于根据所述定位误差、所述保护级、告警门限分析出危险误导信息出现次数。
8.一种星基增强***的服务性能评估设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机可执行指令；
所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，能够实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
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