CN104732085A - 卫星导航星基增强系统可用性预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星导航星基增强系统可用性预测方法，包括：计算每颗卫星可见的距离修正和完好性监测站个数；计算每个电离网格网点可见的电离层穿透点个数；根据可见的距离修正和完好性监测站个数和可见的电离层穿透点个数计算星基增强系统的保护级；根据星基增强系统的保护级判断星基增强系统的可用性。本发明提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，能够快速预测卫星导航星基增强系统的可用性，提高卫星导航系统定位精度。

Description

卫星导航星基增强系统可用性预测方法

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种卫星导航星基增强系统可用性预测方法。

背景技术

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，简称SBAS)，通过地球静止轨道(synchronous orbit，简称GEO)卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。保护级(Protect Level，简称PL)用来保证卫星导航星基增强系统正常和非正常情况下的完好性。PL大小需要确保仅仅有非常小部分(小于或者等于完好性风险概率)的误差位于包络之外。为了保证系统的可用性，一般期望PL非常“紧”，即在保证完好性前提下尽可能的小。当PL大于阈值(告警限)时，星基增强系统是不可用的，即导航系统的定位误差过大，超过了星基增强系统容许的误差范围，用户需借助其他手段来辅助定位，以满足其应用需求。也即，通过计算PL，可以判断星基增强系统的可用性。

目前，航空无线电技术委员会(dio Technical Commission for Aeronautics，简称RTCA)全球定位系统/广域增强系统机载设备最低操作性能标准(RTCA/DO-229D)中规定了SBAS PL的详细计算方法，算法所需的核心参数为增强系统实时播发的两个参数：用户差分距离误差(User Difference RangeError，简称UDRE)和格网电离层垂直误差(Grid Ionospheric Vertical Error，简称GIVE)，通过从导航电文中解析得到UDRE和GIVE两个参数，进而按照RTCA/DO-229D计算PL，进而判断星基增强系统的可用性。

然而，目前的UDRE和GIVE两个参数需实时从导航电文中解析，一是无法对星基增强系统的可用性进行预判；二是在给定时间范围内，连续不断地从导航电文中解析UDRE和GIVE两个参数，运算量大，时效性差，从而无法快速预测卫星导航星基增强系统的可用性，导致卫星导航系统定位精度不高。

发明内容

本发明提供一种卫星导航星基增强系统可用性预测方法，能够快速预测卫星导航星基增强系统的可用性，提高卫星导航系统定位精度。

本发明提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，包括：

计算每颗卫星可见的RIMS个数；

计算每个IGP可见的IPP个数；

根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL；

根据星基增强系统的PL判断星基增强系统的可用性。

在本发明一实施例中，前述根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL，包括：

根据可见的RIMS个数得到UDRE；

根据可见的IPP个数得到GIVE；

根据得到的UDRE和GIVE计算星基增强系统的PL。

在本发明一实施例中，前述根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL，还包括：

根据卫星的历书推算卫星位置；

根据得到的UDRE、GIVE和卫星位置计算星基增强系统的PL。

在本发明一实施例中，前述计算每颗卫星可见的RIMS个数，包括：

通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置；

遍历每颗卫星所有的RIMS；

计算每个RIMS到每颗卫星的仰角；

将仰角与每个RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性；

其中，截止角为5度或10度；

统计每颗卫星可见的RIMS个数。

在本发明一实施例中，前述将仰角与每个RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性，包括：

若仰角大于截止角，则RIMS可见；

若仰角小于或等于截止角，则RIMS不可见。

在本发明一实施例中，前述计算每个IGP可见的IPP个数，包括：

通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置，结合RIMS位置推算IPP分布；

遍历每个IGP所有的IPP；

计算每个IPP到每个IGP的距离；

将每个IPP到每个IGP的距离与截止距离比较，判断每个IPP的可用性；

其中，截止距离为600千米；

统计每个IGP可用的所有IPP个数。

在本发明一实施例中，前述将每个IPP到每个IGP的距离与截止距离比较，判断每个IPP的可用性，包括：

若IPP到IGP的距离小于截止距离，则IPP可用；

若IPP到IGP的距离大于或等于截止距离，则IPP不可用。

在本发明一实施例中，前述根据星基增强系统的PL判断星基增强系统的可用性，包括：

将星基增强系统的PL与保护级阈值比较；

若星基增强系统的PL小于或等于保护级阈值，则星基增强系统可用；

若星基增强系统的PL大于保护级阈值，则星基增强系统不可用。

本发明提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，通过计算每颗卫星可见的RIMS个数，以及每个IGP可见的IPP个数，即可计算得到星基增强系统的PL，而不再需要实时解析导航电文，从而能够快速对卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了卫星导航系统定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为EGNOS的系统结构图；

图2为本发明一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图3为EGNOS的RIMS和IGP分布图；

图4为本发明另一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图5为本发明又一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图6为本发明再一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图；

图7为可见RIMS个数和UDREI的拟合关系图；

图8为可见IPP个数和GIVEI的拟合关系图；

图9为星基增强系统的保护级计算流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，简称SBAS)主要实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进，目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的广域增强系统(Wide Area Augmentation System，简称WAAS)、俄罗斯的差分校正和监测系统(System for Differential Corrections andMonitoring，简称SDCM)、欧洲的静地轨道卫星导航重叠服务(EuropeanGeostationary Navigation Overlay Service，简称EGNOS)、日本的多功能卫星增强系统(Multi-functional Satellite Augmentation System，简称MSAS)以及印度的静地轨道增强导航系统(GPS Aided Geo Augmented Navigation，简称GAGAN)。本发明主要以EGNOS为例阐述本发明卫星导航星基增强系统可用性预测方法，但是本发明的卫星导航星基增强系统可用性预测方法适用于各种SBAS系统，不只仅限于适用EGNOS。

图1为EGNOS的系统结构图。如图1所示，EGNOS的系统结构包括：空间段、地面段和用户段。空间段主要由全球定位系统(Global PositioningSystem，简称GPS)卫星、全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，简称GLONASS)卫星和地球静止轨道(synchronous orbit，简称GEO)卫星组成，用于保持和实现与地面的距离修正和完好性监测站(Ranging andIntegrity Monitoring Stations，简称RIMS)和中心站(Master Control Center，简称MCC)之间的通信联系，以及完成由MCC发送给用户的指令信息。地面段主要由RIMS、MCC和导航地面站(Navigation Land Earth Station，简称NLES)组成，用于对EGNOS系统进行全面控制和数据处理。用户段由EGNOS标准接收机组成，用户段涉及到航空、航海和地面交通等应用，用户所使用的接收机需要能同时接收EGNOS和GPS/GLONASS的信号，并具有对EGNOS和GPS/GLONASS的信息进行定位数据综合处理的功能。

图2为本发明一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图2所示，本实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，包括：

S101：计算每颗卫星可见的RIMS个数；

其中，基于星基增强系统中RIMS位置，和从卫星历书计算出来的卫星位置，统计计算每颗卫星可见的RIMS个数。

具体的，RIMS是指监测站测量所有可见的伪距值，并完成部分完好性监测的监测站。需要说明的是，由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，一般称测量出的距离为伪距。

举例来说，目前，EGNOS共有39个RIMS。但是，其中部分RIMS尚处于测试阶段，未投入运行，部分RIMS仅用于UDRE监测或者仅用于GIVE监测，实际用于UDRE监测的RIMS共有31个。图3为EGNOS的RIMS和IGP分布图，如图3所示，基于EGNOS系统中RIMS位置，可精确获知RIMS位置。另一方面，通过卫星的历书可以推算卫星短期内任一时刻的位置。从而，根据RIMS位置和卫星位置可以得到卫星和RIMS的几何分布，从而可以统计计算得到每颗卫星可见的RIMS数。

S102：计算每个IGP可见的IPP个数；

其中，基于星基增强系统中RIMS位置和卫星位置，计算IPP位置，根据IGP和IPP位置，统计计算每个IGP可见的IPP个数。

需要说明的是，卫星和RIMS的连线与电离层球面形成的交点即为IPP，因此，根据RIMS位置和卫星位置可计算获得IPP位置。

举例来说，目前，EGNOS中使用了4个垂向格网带(南北方向)和1个横向格网带(东西方向)。其中，垂向格网带包括第3带(55个IGP)、第4带(85个IGP)、第5带(78个IGP)、第6带(21个IGP)；横向格网带为第9带(80个IGP)。如图3所示，基于EGNOS系统中IGP位置，可精确获知IGP位置。另一方面，通过卫星的历书可以推算卫星短期内任一时刻的位置。根据RIMS和卫星位置即可得到IPP位置，根据IGP位置和IPP位置可以得到IGP和IPP的几何分布，从而可以统计计算得到每个IGP可用的IPP数。

S103：根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL；

具体的，根据计算得到的可见的RIMS个数和可见的IPP个数，可直接计算得到星基增强系统的PL。

需要说明的是，本实施例中根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL可以通过多种方式实现，如根据计算得到的可见的RIMS个数和可见的IPP个数直接计算得到星基增强系统的PL只是其中一种实现方式，也可以通过计算得到的可见的RIMS个数和可见的IPP个数间接计算星基增强系统的PL，具体的根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL实现方式本实施例在此不进行限制。

S104：根据星基增强系统的PL判断星基增强系统的可用性。

具体的，只要计算得到星基增强系统的PL，将PL与星基增强系统的保护级阈值(也称告警限)比较，即可判断星基增强系统的可用性。

需要说明的是，星基增强系统的保护级阈值是固定的，保护级阈值具体的可参照RTCA/DO-229D规定，本发明在此不再赘述。

在该步骤中，可选的，根据星基增强系统的PL判断星基增强系统的可用性，包括：

将星基增强系统的PL与保护级阈值比较；

若星基增强系统的PL小于或等于保护级阈值，则星基增强系统可用；

若星基增强系统的PL大于保护级阈值，则星基增强系统不可用。

本实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，通过计算每颗卫星可见的RIMS个数，以及每个IGP可见的IPP个数，即可计算得到星基增强系统的PL，而不再需要实时解析导航电文，从而能够快速对卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了卫星导航系统定位精度。

图4为本发明另一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图4所示，在上述S101的基础上，计算每颗卫星可见的RIMS个数，包括：

S101a：通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置；

S101b：遍历每颗卫星所有的RIMS；

S101c：计算每个RIMS到每颗卫星的仰角；

具体的，对某一时刻下的某颗卫星，首先利用历书解算其位置，然后遍历所有RIMS，计算每个RIMS到该卫星的仰角。

S101d：将仰角与每个RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性；

其中，所述截止角为5度或10度。

具体的，将仰角与每个RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个RIMS的可见性，包括：

若仰角大于截止角，则RIMS可见；

若仰角小于或等于截止角，则RIMS不可见。

S101e：统计每颗卫星可见的所有RIMS个数。

本实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，在上述实施例的基础上，通过判断每个RIMS的可见性，具体计算每颗卫星可见的RIMS个数，确保了统计计算每颗卫星可见的RIMS个数的精确性，进而确保了计算得到星基增强系统的PL的精确性，从而能够快速对卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，提高了卫星导航系统定位精度。

图5为本发明又一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图5所示，在上述S102的基础上，计算每个IGP可见的IPP个数，包括：

S102a：通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置，结合RIMS位置推算IPP分布；

S102b：遍历每个IGP所有的IPP；

S102c：计算每个IPP到每个IGP的距离；

具体的，首先，利用历书计算卫星位置，结合RIMS位置推算IPP分布；然后，对某一时刻下的某个IGP，遍历所有IPP，计算每个IPP到该IGP据距离。

S102d：将每个IPP到每个IGP的距离与截止距离比较，判断每个IPP的可用性；

其中，所述截止距离为600千米(km)。

具体的，将每个IPP到每个IGP的距离与截止距离比较，判断每个IPP的可用性，包括：

若IPP到IGP的距离小于截止距离，则IPP可用；

若IPP到IGP的距离大于或等于截止距离，则IPP不可用。

S102e：统计每个IGP可用的所有IPP个数。

本实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，在上述实施例的基础上，通过判断每个IPP的可用性，具体计算每个IGP可见的IPP个数，确保了统计每个IGP可见的IPP个数的精确性，进而确保了计算得到星基增强系统的PL的精确性，从而能够快速对卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，提高了卫星导航系统定位精度。

图6为本发明再一实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法流程图。如图6所示，在上述S103的基础上，根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL，包括：

S103a：根据可见的RIMS个数得到UDRE；

具体的，根据可见RIMS个数和UDREI的拟合关系图，通过可见的RIMS个数可以获得UDREI，进而根据获得的UDREI得到UDRE。图7为可见RIMS个数和UDREI的拟合关系图，如图7所示，其中，UDREI是用户差分距离误差标记值(User Difference Range Error Indicator，简称UDREI)，表示对UDRE值进行分档，UDREI值从0到15，0-13代表UDRE的不同分档值，14代表没有监测到该卫星，15代表UDRE数据不可用。

S103b：根据可见的IPP个数得到GIVE；

具体的，根据可见IPP个数和GIVEI的拟合关系图，通过可见的IPP个数可以获得GIVEI，进而根据获得的GIVEI得到GIVE。图8为可见IPP个数和GIVEI的拟合关系图，如图8所示，其中，GIVEI是格网电离层垂直误标记值(Grid Ionospheric Vertical Error Indicator，简称GIVEI)，表示对GIVE值分档输出。GIVEI值从0到15，0-14代表GIVE的不同分档值，15代表该格网点未被监测到。

S103c：根据得到的UDRE和GIVE计算星基增强系统的PL。

其中，根据得到的UDRE和GIVE，星基增强系统的PL的计算按照RTCA/DO-229D给出PL的计算公式：

$\mathrm{HP}{L}_{\mathrm{SBAS}}=\left\{\begin{array}{c}{K}_{H,\mathrm{NPA}}\·d_{\mathrm{major}}\\ K_{H,\mathrm{PA}}\·d_{\mathrm{major}}\end{array}\right\}---\left(1\right)$

VPL_SBAS＝K_v·d_U(2)

上式中， $d_{\mathrm{major}}=\sqrt{\frac{d_{\mathrm{est}}^2+d_{\mathrm{north}}^2}{2}+\sqrt{\frac{{(d_{\mathrm{est}}^2-d_{\mathrm{north}}^2)}^2}{2}+d_{\mathrm{EN}}^2}},d_U^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_U^2,{\mathrm{\σ}}_i^2,$ $d_{\mathrm{est}}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{east},i}^2{\mathrm{\σ}}_i^2,d_{\mathrm{north}}^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{north}}^2,{\mathrm{\σ}}_i^2,d_{\mathrm{EN}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{east},i}{S}_{\mathrm{north},i}{\mathrm{\σ}}_i^2,S=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{\mathrm{east},1}& S_{\mathrm{east},2}& ...& S_{\mathrm{east},N}\\ S_{\mathrm{north},1}& S_{\mathrm{north},2}& ...& S_{\mathrm{north},N}\\ S_{U,1}& S_{U,2}& ...& S_{U,N}\\ S_{t,1}& S_{t,2}& ...& S_{t,N}\end{array}\right],$ ${\mathrm{\σ}}_i^2={\mathrm{\σ}}_{i,\mathrm{flt}}^2+{\mathrm{\σ}}_{i,\mathrm{UIRE}}^2+{\mathrm{\σ}}_{i,\mathrm{air}}^2+{\mathrm{\σ}}_{i,\mathrm{tropo}}^2.$

其中，HPL_SBAS为星基增强系统水平定位误差保护级，VPL_SBAS为星基增强系统垂直定位误差保护级，K_H,NPA为非精密进近(Non-Precision Approach,简称NPA)情况下计算HPL的比例系数，K_H,PA为精密进近(PrecisionApproach，简称PA)情况下计算HPL的比例系数，K_v为计算VPL的比例系数，d_major为误差椭圆的半长轴方向的误差不确定度，d_U，d_east、d_north分别为包络真实误差分布的分布模型在天、东、北方向上的标准差，d_EN为分布模型在东方向和北方向上的协方差，S为定位误差对伪距误差的偏导矩阵，σ_i为伪距标准差，σ_i,flt为伪距差分改正数标准差，σ_i,UIRE为电离层误差标准差，σ_i,air为机载接收机误差标准差，σ_i,tropo为对流层误差标准差。

可选的，根据可见的RIMS个数和可见的IPP个数计算星基增强系统的PL，还包括：

根据卫星的历书推算卫星位置；

根据得到的UDRE、GIVE和卫星位置计算星基增强系统的PL。

具体的，图9为星基增强系统的保护级计算流程图，如图9所示，计算星基增强系统的保护级PL具体过程可以为：

首先，根据RIMS个数计算UDRE，根据IPP个数计算GIVE，根据卫星历书推算卫星位置；

其次，根据UDRE计算σ_i,flt，根据GIVE计算σ_i,UIRE，根据卫星位置计算观测矩阵G；

然后，根据σ_i,flt和σ_i,UIRE计算σ_i，根据观测矩阵G计算偏导矩阵S；

再次，根据σ_i和S计算d_est，d_north，d_EN，d_major，d_U；

最后，根据d_est，d_north，d_EN，d_major，d_u计算VPL_SBAS和VPL_SBAS。

需要说明的是，定位误差对伪距误差的偏导矩阵S由观测矩阵G(取决于卫星的几何结构)计算得到，由卫星播发的UDREI及GIVEI计算得到，具体的，根据得到的UDRE和GIVE计算星基增强系统的PL与现有中按照RTCA/DO-229D给出PL的计算公式的计算方法和计算过程一致，在此不再赘述。

本实施例提供的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，在上述实施例的基础上，通过计算每颗卫星可见的RIMS个数，以及每个IGP可见的IPP个数，UDRE根据每颗卫星可见的RIMS个数推断预测得到，以及GIVE根据每个IGP可见的IPP个数推断预测得到，UDRE、GIVE不再需要实时解析导航电文得到，即可计算得到星基增强系统的PL，从而能够快速对卫星导航星基增强系统的可用性进行预判，进而提高了卫星导航系统定位精度。

需要说明的是，在上述实施例中，UDRE与卫星可见RIMS个数相关，GIVEI与IGP可见IPP个数相关，可通过以下方式计算分析：

对UDRE与卫星可见RIMS个数相关进行计算分析，具体计算分析步骤如下：

(1)监测站测量的多频观测伪距在监测站经预处理后发送给中心站，在中心站完成对各监测站接收机的钟差解算。经监测站接收机钟差改正，得到的观测距离以R_m表示，这时R_m中仅包含卫星钟差。

(2)计算距离由监测站已知坐标和经过改正的卫星坐标计算得到，并用接收的钟差快变和慢变改正数进行改正，计算距离以R表示。计算距离R中包含的误差有卫星星历残差与卫星钟差。

(3)对R_m和R取差，其差值dR为：dR＝R_m-R      (3)

其中，dR中仅包含该卫星的卫星星历残差与星钟残差。

(4)中心站对监测同一颗卫星的不同监测站的所有差值dR进行统计，可得到相应卫星的UDRE值，即 $\mathrm{UDRE}=\stackrel{\‾}{\mathrm{dR}}+\mathrm{\κ}\left(\mathrm{Pr}\right){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dR}}---\left(4\right)$

其中，为平均值，σ_dR为对应的标准差，κ(Pr)为对应置信度99.9％的分位数。

从UDRE与卫星可见RIMS个数相关计算分析可以看出，对于同一颗卫星，其UDRE值与其可见的RIMS个数相关，可见RIMS个数越多，dR越多，从公式(4)可以发现，此时的UDRE对卫星星钟/星历误差的反应也越精确。

对GIVE与IGP可见IPP个数相关进行计算分析，具体计算分析步骤如下：

(1)监测站观测数据通过预处理得到第i个穿透点IPP在t时刻的电离层视线延迟估值，该值通过倾斜因子转换得到电离层垂直延迟估值。同时，由前一更新周期内插出第i个IPP在t时刻的电离层垂直延迟然后计算该IPP电离层的垂直延迟误差

$e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t\right)=I_{{\mathrm{IPP}}_i}\left(t\right)-{\hat{I}}_{I{\mathrm{PP}}_i}\left(t\right)---\left(5\right)$

(2)假设星基增强系统中监测站向中心站传输观测数据的更新率是10秒(s)，而中心站向用户广播网格点垂直延迟和GIVE的更新率是3分钟(min)，那么，对于每个IPP都会得到由18个e_I PP(t)为一组的电离层垂直延迟的误差序列，其中e_I PP(t)为一组的电离层垂直延迟的误差序列。

(3)中心站判断第j个网格点IGP周围相邻四个单元中的误差序列数目。

如果其中至少有3个网格单元，每个单元中至少含有1个垂直误差序列，才可计算该IGP点的GIVE值；否则，标记该IGP的GIVE在下一个3min内是“不可用”的。

(4)对3min内满足以上条件的每一条IPP误差序列构造误差限差

$E_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t\right)=\left|\stackrel{\‾}{e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(y\right)}\right|+\mathrm{\κ}\left(\mathrm{Pr}\right)\·S_t---\left(6\right)$

上式中， $\stackrel{\‾}{e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t\right)}=\frac{1}{m}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{e}_{\mathrm{IP}{P}_k}\left(t_k\right),S_i=\sqrt{\frac{1}{m-1}\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t_k\right)-\stackrel{\‾}{e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t\right)})}^2}.$

其中，为垂直延迟误差的平均数，S_i为垂直延迟误差的标准差，m为误差序列个数，此时m＝18，κ(Pr)为对应置信度99.9％的分位数。

(5)由中心站计算网格点处绝对垂直误差：

$\widehat{e_{\mathrm{IGP}\left(j\right)}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)}{d_{\mathrm{ij}}}\right)\·\left|e_{\mathrm{IP}{P}_I}\left(t\right)\right|}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}_k\right)}{d_{\mathrm{kj}}}}---\left(7\right)$

其中，θ_i是测站对卫星的高度角，d_ij是第i个IPP到第j个IGP间的距离。n为邻近网格的穿透点个数。

(6)计算网格点IGP点处的GIVE：

$\mathrm{GIV}{E}_j=\max \left(E_{\mathrm{IPP},j}\right)+{\hat{e}}_{\mathrm{iGP}\left(j\right)}+q/2---\left(8\right)$

其中，max(E_IPP,j)为所有穿透点误差限值的最大值，为网格点电离层延迟的绝对误差，q/2是最大量化误差。

从GIVE与IGP可见IPP个数相关计算分析可以看出，对于某一确定的IGP，其对应的GIVE值与其周围的可用(考虑到EGNOS格网大小为5度，“可用”是指与IGP距离小于600km)IPP相关，可用IPP个数越多，其对电离层延迟误差的估计越精确。

需要说明的是，在上述实施例中，UDREI与卫星可见RIMS个数之间的拟合关系图，GIVEI与IGP可见IPP个数之间的拟合关系图，可通过以下方式分析获得：

本发明为了获得UDREI与卫星可见RIMS个数之间的拟合关系图，以及GIVEI与IGP可见IPP个数之间的拟合关系图，通过统计处理EGNOS系统长达一月的增强数据，建立了由RIMS个数推算UDREI的模型，由IPP个数推算GIVEI的模型。

建立由RIMS个数推算UDREI的模型，具体过程如下：

(1)计算每颗卫星可见的RIMS数目

具体的，具体计算每颗卫星可见的RIMS数目与上述实施例中计算每颗卫星可见的RIMS数的方法和过程一样，上述实施例已详细具体说明了计算每颗卫星可见的RIMS数目的方法和过程，在此不再赘述。

需要说明的是，为了避免单次试验带来的偶然误差，需扩大样本容量，并将仿真时间取为一月，就可以充分统计不同卫星在不同地理位置、不同时刻下的可见RIMS个数。

(2)解析每颗卫星的UDREI值

具体的，解析EGNOS系统GEO卫星播发的导航电文，可以得到星钟/星历校正等增强信息，其数据中就含有每颗GPS卫星实时的UDREI值。

(3)建立由RIMS个数预测UDREI的模型

以RIMS个数为自变量，UDREI为因变量，拟合二者函数关系。

建立由IPP个数推算GIVEI的模型，具体过程如下：

(1)计算每个IGP可用的IPP数目

具体的，具体每个IGP可用的IPP数目与上述实施例中计算每个IGP可用的IPP数目的方法和过程一样，上述实施例已详细具体说明了每个IGP可用的IPP数目的方法和过程，在此不再赘述。

需要说明的是，为了避免单次试验带来的偶然误差，需扩大样本容量，并将仿真时间取为一月，就可以充分统计IGP在不同地理位置、不同时刻下可用IPP个数。

(2)解析每个IGP的GIVEI值

具体的，解析EGNOS系统GEO卫星播发的导航电文，可以得到电离层校正等增强信息，其数据中就含有每个IGP实时的GIVEI值。

(3)建立由IPP个数预测GIVEI的模型

以可见IPP个数为自变量，GIVEI为因变量，拟合二者函数关系。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，包括：

计算每颗卫星可见的距离修正和完好性监测站RIMS个数；

计算每个电离网格网点IGP可见的电离层穿透点IPP个数；

根据所述可见的RIMS个数和所述可见的IPP个数计算星基增强系统的保护级PL；

根据所述星基增强系统的保护级PL判断所述星基增强系统的可用性。

2.根据权利要求1所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述根据所述可见的RIMS个数和所述可见的IPP个数计算星基增强系统的保护级PL，包括：

根据所述可见的RIMS个数得到用户差分距离误差UDRE；

根据所述可见的IPP个数得到格网电离层垂直误差GIVE；

根据得到的所述UDRE和所述GIVE计算星基增强系统的保护级PL。

3.根据权利要求2所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述根据所述可见的RIMS个数和所述可见的IPP个数计算星基增强系统的保护级PL，还包括：

根据卫星的历书推算卫星位置；

根据得到的所述UDRE、所述GIVE和所述卫星位置计算星基增强系统的保护级PL。

4.根据权利要求1～3任一项所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述计算每颗卫星可见的距离修正和完好性监测站RIMS个数，包括：

通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置；

遍历每颗卫星所有的距离修正和完好性监测站RIMS；

计算每个距离修正和完好性监测站RIMS到每颗卫星的仰角；

将所述仰角与每个距离修正和完好性监测站RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个距离修正和完好性监测站RIMS的可见性；

其中，所述截止角为5度或10度；

统计每颗卫星可见的所有距离修正和完好性监测站RIMS个数。

5.根据权利要求4所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述将所述仰角与每个距离修正和完好性监测站RIMS到每颗卫星的截止角比较，判断每个距离修正和完好性监测站RIMS的可见性，包括：

若所述仰角大于所述截止角，则所述距离修正和完好性监测站RIMS可见；

若所述仰角小于或等于所述截止角，则所述距离修正和完好性监测站RIMS不可见。

6.根据权利要求1～3任一项所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述计算每个电离网格网点IGP可见的电离层穿透点IPP个数，包括：

通过卫星的历书推算每颗卫星短期内某一时刻的位置，结合所述距离修正和完好性监测站RIMS位置推算电离层穿透点IPP分布；

遍历每个电离网格网点IGP所有的电离层穿透点IPP；

计算每个电离层穿透点IPP到每个电离网格网点IGP的距离；

将所述每个电离层穿透点IPP到每个电离网格网点IGP的距离与截止距离比较，判断每个电离层穿透点IPP的可用性；

其中，所述截止距离为600千米；

统计每个电离网格网点IGP可用的所有电离层穿透点IPP个数。

7.根据权利要求6所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述将所述每个电离层穿透点IPP到每个电离网格网点IGP的距离与截止距离比较，判断每个电离层穿透点IPP的可用性，包括：

若所述电离层穿透点IPP到电离网格网点IGP的距离小于所述截止距离，则所述电离层穿透点IPP可用；

若所述电离层穿透点IPP到电离网格网点IGP的距离大于或等于所述截止距离，则所述电离层穿透点IPP不可用。

8.根据权利要求1～3任一项所述的卫星导航星基增强系统可用性预测方法，其特征在于，所述根据所述星基增强系统的保护级PL判断所述星基增强系统的可用性，包括：

将所述星基增强系统的保护级PL与保护级阈值比较；

若所述星基增强系统的保护级PL小于或等于所述保护级阈值，则所述星基增强系统可用；

若所述星基增强系统的保护级PL大于所述保护级阈值，则所述星基增强系统不可用。