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申请/专利权人:中国电子科技集团公司第五十四研究所;西安电子科技大学
摘要:本发明公开了一种天地协同PNT网络完好性监测方法。该方法基于地基导航系统组成的天地协同的定位、导航与授时网络,通过分析多种导航系统误差源及完好性风险模型,建立综合PNT完好性监测体系;其中,系统段监测天基导航源和地基导航源信号和信息完好性,解决北斗导航系统全球域完好性快速监测难题;服务段设计了一种服务段高精度产品完好性统一数理表示方法;用户段融合多源异构传感器,实现室内外无缝高精度定位自主完好性算法。本发明突破了天地协同PNT网络应用于无人驾驶、人工智能等领域的完好性制约瓶颈,填补当前国内外在综合PNT网络的完好性监测算法方面的技术空白。
主权项:1.一种天地协同PNT网络完好性监测方法,其特征在于,包括如下步骤:1以GNSS和伪卫星为基础构建天地协同的PNT网络,通过分析多种导航系统定位原理及误差源,建立三级完好性监测模型,依次划分为系统段完好性监测、服务段完好性监测和用户段完好性监测;2系统段完好性监测在地面布设永久观测站,监测导航源信息和信号完好性,并通过在低轨卫星上安装星载监测接收机,实现北斗导航系统全球域完好性快速监测;具体方式为:201为了监测天地协同PNT网络系统段信号和信息完好性,在室外布设GNSS监测站,在室内布设伪卫星监测站,用于监测落地信号功率偏差、S曲线过零点偏差、空间信号测距精度;分别对每个导航卫星、伪卫星进行完好性监测和完好性状态标识,当导航卫星或者伪卫星故障个数达到预设比例时,对系统完好性状态进行标识;202由于北斗地面监测站无法在全球布站,不能直接监测境外导航卫星,导致北斗系统完好性监测周期过长,采用低轨导航增强星座,并在低轨卫星上搭载监测接收机,实时监测北斗导航系统全星座完好性;3在服务段建立高精度产品,包括GNSS精密卫星轨道、精密卫星钟差和伪卫星精密钟差,通过误差建模和参数估计的方法求解基准站残差,建立服务段高精度产品完好性统一表示模型;具体方式为:301基准站连续跟踪GNSS卫星和伪卫星,通过误差建模的方法改正天线相位偏差、相对论效应、潮汐效应的误差,基于参数估计的方法确定接收机钟差、对流层延迟,使用观测值残差来表示GNSSLEO精密卫星轨道、精密卫星钟差以及伪卫星精密钟差的综合误差;302采用包络法对基准站残差进行数理统计分析,确定数学期望、方差以及概率分布密度;当基准站残差超限时,表示服务段高精度产品出现异常,否则,表示服务段高精度产品正常;通过基准站残差评价服务段高精度产品,从而建立服务段完好性的统一表示模式;4用户段完好性监测通过融合多源传感器,以抗差卡尔曼滤波的方法实时估计传感器位置,解决导航信号降效失效情况下的故障识别与处理问题,并计算用户定位保护水平,实现室内外一体化的高精度定位完好性监测;具体方式为:401通过融合多源异构传感器,构建弹性化PNT用户定位终端;联合伪距、载波相位观测值以及加速度、角速度观测值,以抗差卡尔曼滤波的方法估计弹性化PNT用户终端位置信息,对故障观测值进行识别和处理,实现用户端自主完好性定位算法;402弹性化PNT用户终端在识别和剔除故障观测值后,基于观测条件以及服务段播发的完好性参数,计算用户定位保护水平,包括垂直向保护水平和水平向保护水平,当定位保护水平超过告警阈值时,发出警告;5在天地协同PNT网络的基础上,综合系统段、服务段以及用户段完好性监测方法,建立一种在确定风险水平内,当用户定位保护水平超限时,在规定时间内向用户告警的完好性服务。
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