[发明专利]一种应用于星基增强系统的星历星钟改正参数及空间信号完好性参数方法

说明书

本发明提出了一种应用于星基增强系统的星历星钟改正参数及空间信号完好性参数方法，包括步骤一：获取实时观测量，并计算伪距残差；步骤二：计算星历星钟先验误差；步骤三：融合先验误差和实时伪距残差；步骤四：对步骤三的融合结果进行卡尔曼滤波，得到星历星钟误差估计值；步骤五：对星历星钟误差估计值进行拟合量化，从而得到星历星钟改正数广播值；步骤六：计算使用星历星钟改正数广播值后的伪距残差；步骤七：利用步骤六得到的伪距残差计算星历星钟协方差；步骤八：分解步骤七得到的星历星钟协方差，并量化得到完好性参数广播值。本发明提供的方法能够仅依赖于GPS系统就基本满足一类精密进近服务的需求。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体地说，是一种应用于星基增强系统的星历星钟改正参数及空间信号完好性参数方法。

背景技术

现有的单频星基增强系统(SBAS)主要面向民航用户，基于广泛布设的地面观测网监测全球导航卫星系统(GNSS)并生成星历星钟改正数和伪距改正数，以及对应的空间信号完好性参数等增强信息，通过SBAS卫星向大范围区域内用户广播这些增强信息，提升卫星导航服务的定位精度和完好性，进而提升服务连续性和可用性，使得卫星导航能够作为主用导航手段为民航提供服务。

SBAS的核心目标是增强卫星导航服务的完好性，在卫星导航服务不可用时，SBAS必须及时向服务区域内用户发出告警，因此SBAS系统段算法有完好性和实时性的约束：1)完好性：在计算改正参数的同时，必须给出相应的完好性参数，实现对改正误差的准确包络，确保用户保护级能够准确描述定位误差，从而实现对服务可用与否的准确判断；2)实时性：APV-II及CAT-I精密进近阶段对告警时间(从卫星发生故障到用户接收机发出告警所消耗的时间)的要求为6秒。为了满足告警时间的约束，主控站至少每秒执行一次系统段完好性监测算法，从而实现及时告警。

在完好性和实时性的约束下，GNSS所采用的基于精密动力学模型的定轨算法不再适用于SBAS，这是因为动力学模型过于复杂，难以实时计算，且这种算法难以给出完好性信息，不能用于完好性监测。为了满足完好性和实时性的要求，SBAS系统段算法主要利用基于码伪距的几何定轨法计算星历星钟改正参数和空间信号完好性参数，在观测条件较差时将出现星历星钟改正参数的改正精度较低的问题。

为了充分利用未来的北斗系统、伽利略系统等GNSS，以及位于L1和L5的双频民用信号，SBAS供应商正在制定双频多星座(DFMC)SBAS的接口控制文件。与单频SBAS相比，DFMCSBAS支持同时增强多达91颗卫星，在相同的下行带宽条件下，不播发与单频SBAS的快速改正数(最大更新周期为6秒)类似的伪距改正数，因此以往的星历星钟改正参数及对应的空间信号完好性参数算法不再适用，星历星钟改正参数及对应的空间信号完好性参数需要更为精确地估计和预测。

GNSS系统段根据长时段的历史观测数据，结合高精度的星历星钟模型，对未来的星历星钟值进行预测，并根据星历星钟预测值拟合得到广播电文的星历星钟模型参数。因此星历星钟误差包括了两部分，即星历星钟预测误差和广播电文拟合误差：星历星钟预测误差是指星历星钟预测值与真值之间的差值，由历史观测数据的观测误差和星历星钟模型的不精确性导致；广播电文拟合误差是指由广播电文参数计算得到的星历星钟值与星历星钟预测值之间的差值，由广播电文模型的不精确性导致。当前GPS卫星的URE均方根值约为2米，而星历星钟预测误差属于厘米级，因此广播电文拟合误差是星历星钟误差的主要来源。

发明内容

本发明提出了一种应用于星基增强系统的星历星钟改正参数及空间信号完好性参数方法，该方法的核心思想是利用星历星钟预测值消除广播电文拟合误差，并利用实时观测量校正星历星钟预测误差，从而实现星历星钟改正参数及对应的空间信号完好性参数的准确估计。

本发明的一种应用于星基增强系统的星历星钟改正参数及空间信号完好性参数方法，包括以下几个步骤：

步骤一：获取实时观测量，并计算伪距残差；