[发明专利]电离层异常检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种电离层异常检测方法。

背景技术

卫星导航技术采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位，卫星导航系统通常包括导航卫星、地面参考站和用户定位设备三个部分。目前，全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)已经得到了广泛的应用，飞机的精密进近和着陆引导就是其中之一。对于带有垂直引导的航向道性能(Localizer Precision with Vertical Guidance-200，简称LPV-200)精密进近而言，由于其更严格的完好性需求，导航领域研究者提出了先进的接收机自主完好性监测技术(Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitor，简称ARAIM)，以满足LPV-200精密进近的需求。

ARAIM应用中，机载用户接收机接收卫星信号，地面参考站向机载用户广播导航数据。因为存在星历误差、电离层延迟、对流层延迟等因素，会对机载用户接收到的卫星信号和地面参考站广播的导航数据造成误差。对于星历误差和对流层延迟，机载用户接收机和地面参考站始终保持着高度的相关性。然而，电离层受太阳活动的影响，会产生不规则运动体，甚至引起电离层风暴，此时，其空间相关性将受到严重影响。根据已观测到的数据，正常情况时，电离层在垂直方向上延迟的梯度为4mm/km，但是当产生电离层风暴时，电离层在垂直方向上延迟的梯度可以高达412mm/km，将可能造成20m甚至更大的垂直定位误差。因此，若不及时检测消除电离层异常，将严重影响ARAIM的性能。

电离层异常有两个基本属性：时间梯度和空间梯度。图1为LPV-200精密进近过程中的电离层异常模型示意图，如图1所示，LPV-200精密进近过程中的电离层异常模型被建模为可移动的楔形模型，主要参数为梯度、宽度以及移动速度。其中，梯度和宽度体现了空间梯度属性，移动速度体现了时间梯度属性。时间梯度是指移动用户在穿透点方向上的电离层延迟随着时间的变化而发生较快、较大的变化。空间梯度是指电离层误差在空间上的不相关性。

现有技术中存在如下缺陷：在ARAIM应用场景下，缺少有效的电离层异常检测方法。

发明内容

本发明提供一种电离层异常检测方法，用以实现ARAIM场景下的电离层异常检测。

本发明实施例提供的电离层异常检测方法，包括：

接收导航卫星发送的第一导航信号，所述第一导航信号包括卫星双频载波相位测量值和卫星双频码伪距测量值；

接收地面参考站发送的第二导航信号，所述第二导航信号包括地面双频载波相位测量值和地面双频码伪距测量值；

从可见导航卫星中选择定位卫星；

从所述第一导航信号中提取所述定位卫星对应的第一双频载波相位测量值和第一双频码伪距测量值；从所述第二导航信号中提取所述定位卫星对应的第二双频载波相位测量值和第二双频码伪距测量值；

探测并修复所述第一双频载波相位测量值和所述第二双频载波相位测量值中的周跳；

根据所述第一双频载波相位测量值进行时间梯度异常检测，得到基于时间梯度的检测结果；

判断所述基于时间梯度的检测结果是否存在异常；

若是，则确定电离层存在异常；若否，则根据所述第一双频载波相位测量值、所述第一双频码伪距测量值、所述第二双频载波相位测量值和所述第二双频码伪距测量值进行空间梯度异常检测，得到基于空间梯度的检测结果；

对所述基于空间梯度的检测结果进行滑动滤波处理，得到滤波后的基于空间梯度的检测结果；

判断所述滤波后的基于空间梯度的检测结果是否存在异常；

若是，则确定电离层存在异常；若否，则确定电离层不存在异常。

可选的，所述从可见导航卫星中选择定位卫星，包括：

根据定位需求选择卫星遮蔽角；

根据所述卫星遮蔽角，从可见导航卫星中选择定位卫星。

可选的，本发明实施例还包括：

若电离层不存在异常，则对所述第一双频载波相位测量值和所述第一双频码伪距测量值进行码载分离消除DFree滤波处理，得到电离层误差消除结果；

若电离层存在异常，则对所述第一双频载波相位测量值和所述第一双频码伪距测量值进行电离层消除IFree滤波处理，得到电离层误差消除结果。