一種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限值確定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限值確定方法,根據(jù)局域增強(qiáng)系統(tǒng)的虛警率要求計(jì)算對(duì)應(yīng)的分位數(shù);然后按照實(shí)際使用需要將衛(wèi)星仰角區(qū)間進(jìn)行劃分,并將采集到的觀測(cè)量數(shù)據(jù)按區(qū)間進(jìn)行分組;計(jì)算每組數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,并進(jìn)行歸一化處理;然后利用膨脹的高斯分布去包絡(luò)歸一化數(shù)據(jù)的概率密度分布從而計(jì)算出膨脹因子;利用分位數(shù)、均值、標(biāo)準(zhǔn)差和膨脹因子計(jì)算出每個(gè)區(qū)間的門(mén)限值;最后利用各區(qū)間的門(mén)限值進(jìn)行擬合得到門(mén)限值曲線(xiàn)。本發(fā)明滿(mǎn)足了局域增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)虛警率的要求;同時(shí),因?yàn)槭鞘褂孟到y(tǒng)本身采集的數(shù)據(jù)來(lái)確定門(mén)限值,也更加符合系統(tǒng)的實(shí)際特性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限值確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域,涉及一種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限值確定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星導(dǎo)航具有全天候、廣覆蓋和低成本等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為導(dǎo)航體系中最主要的導(dǎo) 航手段。隨著導(dǎo)航應(yīng)用的不斷深入,單純利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位服務(wù)已經(jīng)不能 滿(mǎn)足各種用戶(hù)所需的精度和完好性等要求。這就需要建立增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航性能進(jìn)行增強(qiáng), 局域增強(qiáng)系統(tǒng)就是其中之一。局域增強(qiáng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)對(duì)飛機(jī)的進(jìn)近引導(dǎo)上,它是 一種地基增強(qiáng)系統(tǒng),其地面基準(zhǔn)站利用多個(gè)已知精確位置的基準(zhǔn)接收機(jī)(通常為3至4個(gè)) 接收可視衛(wèi)星的測(cè)距信號(hào),綜合計(jì)算出每顆衛(wèi)星的碼偽距校正量、載波相位校正量等增強(qiáng) 信息,并將這些信息發(fā)送給機(jī)載子系統(tǒng)。機(jī)載子系統(tǒng)利用差分增強(qiáng)原理,在定位解算中用這 些信息來(lái)減小相關(guān)誤差的影響,可以獲得性能得到增強(qiáng)的導(dǎo)航服務(wù)。
[0003] 精密進(jìn)近對(duì)定位精度和完好性要求很高,II類(lèi)、III類(lèi)精密進(jìn)近對(duì)完好性風(fēng)險(xiǎn)的 要求達(dá)到2XKT9/進(jìn)近,即每10億次進(jìn)近中,發(fā)生引導(dǎo)信息不可用且機(jī)載子系統(tǒng)沒(méi)有得到 報(bào)警的次數(shù)不得超過(guò)2次??量痰耐旰眯燥L(fēng)險(xiǎn)要求局域增強(qiáng)系統(tǒng)在將各種增強(qiáng)信息發(fā)送給 機(jī)載子系統(tǒng)之前,必須要進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè),避免將不可用的引導(dǎo)信息發(fā)出。導(dǎo)致引導(dǎo)信息不 可用的因素主要包括地面站設(shè)備和空間衛(wèi)星信號(hào)的故障及異常,對(duì)應(yīng)到完好性監(jiān)測(cè)中,就 要進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量監(jiān)測(cè),包括信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和測(cè)量值質(zhì)量監(jiān)測(cè)。在局域增強(qiáng) 系統(tǒng)中,進(jìn)行以上質(zhì)量監(jiān)測(cè)的做法是用地面站基準(zhǔn)接收機(jī)采集的各種觀測(cè)量與其相應(yīng)的門(mén) 限值進(jìn)行比較,若觀測(cè)量的大小超出了門(mén)限值,則認(rèn)為該觀測(cè)量發(fā)生了異常,從而可以進(jìn)行 異常值剔除或進(jìn)一步確定對(duì)應(yīng)的觀測(cè)通道出現(xiàn)了故障。
[0004] 在進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)時(shí),門(mén)限值的確定成為關(guān)鍵。若門(mén)限值取得過(guò)大,則異常觀測(cè)量無(wú) 法被完全檢測(cè)出,會(huì)造成錯(cuò)誤的引導(dǎo)信息;若門(mén)限值取得過(guò)小,則正常觀測(cè)量也會(huì)被當(dāng)做異 常值處理,系統(tǒng)的連續(xù)性會(huì)受到影響。在局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)中,觀測(cè)量質(zhì)量監(jiān)測(cè)對(duì)門(mén) 限值的要求是:讓正常觀測(cè)量超出門(mén)限值范圍的概率小到一定程度(通常要求達(dá)到1〇_ 9的 量級(jí))以滿(mǎn)足系統(tǒng)整體連續(xù)性的要求,此概率稱(chēng)之為虛警率。以往確定門(mén)限值的做法主要 有兩種:一種是依靠工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為各種觀測(cè)量設(shè)定門(mén)限值,這種做法缺少理論依據(jù)而無(wú) 法保證虛警率,同時(shí),以往的經(jīng)驗(yàn)通常都是基于GPS衛(wèi)星及其接收機(jī)的,對(duì)于我國(guó)北斗導(dǎo)航 系統(tǒng)及其接收機(jī),可能并不適用。另一種是根據(jù)各種觀測(cè)量門(mén)限值模型來(lái)確定門(mén)限值,但由 于實(shí)際使用時(shí)的各種條件(如地面基準(zhǔn)站的位置、接收機(jī)的性能、環(huán)境的差異、所用的衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng))可能與門(mén)限值模型建立時(shí)有較大的出入,因此按照模型來(lái)確定門(mén)限值的做法并 不一定正確。通常,這兩種做法被結(jié)合起來(lái)使用,但還是無(wú)法保證完全適用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限 值確定方法,根據(jù)觀測(cè)量數(shù)據(jù)的概率密度分布,結(jié)合虛警率要求計(jì)算出對(duì)應(yīng)的門(mén)限值。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007](1)計(jì)算局域增強(qiáng)系統(tǒng)要求的虛警率p對(duì)應(yīng)的分位數(shù)a= (p/2),其中函數(shù)Q(s) 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布S的分位數(shù)函數(shù),s彡0,Q(S)代表S的取值大于s的概率,即Q(S) =P(S>s);
[0008]⑵將衛(wèi)星仰角按照L度作為一區(qū)間進(jìn)行劃分,則得到的各個(gè)仰角區(qū)間為(0,L], (L,2L],(2L,3L]…(90-L,90],共有M= 90/L個(gè)仰角區(qū)間,L取5度或10度;
[0009] (3)對(duì)采集到的觀測(cè)量數(shù)據(jù),將屬于同一個(gè)仰角區(qū)間的分為一組,得到M組觀測(cè)量 數(shù)據(jù)D1, D2, Dm;
[0010] (4)計(jì)算每組觀測(cè)量數(shù)據(jù)的均值iii,ii2,ii3*"iiM和標(biāo)準(zhǔn)差〇i,〇 2,〇 3*" 〇 M;
[0011] (5)對(duì)每一組觀測(cè)量數(shù)據(jù)Di的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)減去該組數(shù)據(jù)的均值yi后,再除以 該組觀測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差Oi,得到M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)Dn1,Dn2,Drv"DnM,i= 1, 2,3…M;
[0012] (6)計(jì)算M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)Dn1, Dn2, Drv"DnM的膨脹因子f\,f2, ff fM ; 具體做法是將每一組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)的概率密度分布Yni和高斯分布Gni?N (0, f2) 畫(huà)于同一幅圖中,并讓f的初值為1并以設(shè)定步長(zhǎng)增長(zhǎng),直到所畫(huà)出的高斯分布能夠剛好包 絡(luò)住概率密度分布Yni的兩側(cè)尾部,此時(shí)的f值即為對(duì)應(yīng)的膨脹因子&;
[0013]⑵計(jì)算每個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值Ti = ii 〇i(i=1,2, 3*"M);
[0014] (8)按照各個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合,得到門(mén)限值曲線(xiàn);在實(shí)際使用時(shí), 根據(jù)衛(wèi)星仰角在曲線(xiàn)上取對(duì)應(yīng)仰角下的值作為門(mén)限值即可。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:
[0016](1)本發(fā)明提出的門(mén)限值確定方法,相比于以往依靠工程經(jīng)驗(yàn)或門(mén)限值模型的做 法,按照虛警率計(jì)算對(duì)應(yīng)的分位數(shù),滿(mǎn)足了局域增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)虛警率的要求;
[0017](2)本發(fā)明提出的門(mén)限值確定方法,相比于以往依靠工程經(jīng)驗(yàn)或門(mén)限值模型的做 法,使用系統(tǒng)本身采集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)確定門(mén)限值,更符合系統(tǒng)的實(shí)際特性。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明進(jìn)行門(mén)限值確定的處理流程圖;
[0019] 圖2是具體實(shí)施例中的原始載波加速度數(shù)據(jù)示意圖;
[0020] 圖3是具體實(shí)施例中的進(jìn)行了歸一化處理后的載波加速度數(shù)據(jù)示意圖;
[0021] 圖4是具體實(shí)施例中進(jìn)行膨脹因子計(jì)算的示意圖;
[0022] 圖5是具體實(shí)施例中計(jì)算得到的門(mén)限值曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明,本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0024] 本發(fā)明利用高斯分布去包絡(luò)住觀測(cè)量數(shù)據(jù)的概率密度分布,并結(jié)合虛警率要求計(jì) 算出對(duì)應(yīng)的門(mén)限值,具體步驟如下:
[0025] (1)計(jì)算虛警率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)
[0026] 局域增強(qiáng)系統(tǒng)要求的虛警率為p,對(duì)高斯分布X?N(y,〇2),取門(mén)限值為T(mén)= U±a* 〇,其中a為虛警率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)(a>0),則X取值超過(guò)門(mén)限值的概率為P(|X-ii >a*〇) =P(|S| >a) =p,其中S為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,S?N(0,1),則可計(jì)算得虛警率對(duì)應(yīng) 的分位數(shù)a= (T(p/2),其中函數(shù)Q(S)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布S的分位數(shù)函數(shù)(s>0),Q(S)代 表S的取值大于s的概率,即Q(S) =P(S>s),GT1為Q的逆函數(shù)。
[0027] (2)衛(wèi)星仰角區(qū)間劃分
[0028] 局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)中各種觀測(cè)量的大部分統(tǒng)計(jì)特性都與衛(wèi)星的仰角有關(guān)。 仰角越低,多徑現(xiàn)象越嚴(yán)重,電離層和對(duì)流層的傾斜因子越大,導(dǎo)致觀測(cè)量誤差也越大。因 此在確定門(mén)限值時(shí),有必要對(duì)衛(wèi)星仰角區(qū)間進(jìn)行劃分。衛(wèi)星仰角在〇到90度之間變化,將L 度的仰角范圍劃分為一個(gè)區(qū)間,則得到的各個(gè)仰角區(qū)間為(〇,L],(L,2L],(2L,3L]…(90-L, 90],共有M= 90/L個(gè)仰角區(qū)間,L一般取5度或10度(通常衛(wèi)星仰角小于5度的數(shù)據(jù)并 不使用)。
[0029] (3)觀測(cè)量數(shù)據(jù)分組
[0030] 對(duì)采集到的觀測(cè)量數(shù)據(jù),將屬于同一個(gè)仰角區(qū)間的分為一組,得到M組觀測(cè)量數(shù) 據(jù)D1,D2,D3 …Dm。
[0031] (4)計(jì)算每組數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差
[0032] 對(duì)按照衛(wèi)星仰角區(qū)間分組得到的M組觀測(cè)量數(shù)據(jù)D1,D2,D^Dm,計(jì)算每組數(shù)據(jù)的 均值UpU2,Ii 3...IiM和標(biāo)準(zhǔn)差 〇 1,〇 2,〇 3... 〇M。
[0033] (5)歸一化處理
[0034] 對(duì)按照衛(wèi)星仰角區(qū)間分組得到的M組觀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。即對(duì)每一個(gè)數(shù) 據(jù)組DiQ= 1,2,3…M),將其每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)減去該組數(shù)據(jù)的均值1^后,再除以該組數(shù)據(jù)的 標(biāo)準(zhǔn)差〇i,得到M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)Dn1,Dn2,Drv"DnM。
[0035] (6)計(jì)算膨脹因子
[0036] 對(duì)M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)Dn1,Dn2,Drv"DnM,計(jì)算其對(duì)應(yīng)的膨脹因子f\,f2, fV"fM。具體做法是:對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)組DniQ= 1,2, 3…M),將其概率密度分布Yni和高斯 分布Gni?N(0,f2)畫(huà)于同一幅圖中,并讓f?的初值為1并以一定步長(zhǎng)增長(zhǎng),直到所畫(huà)出的 高斯分布能夠剛好包絡(luò)住分布Yni的兩側(cè)尾部(越到外側(cè)概率越小,超出門(mén)限值范圍的數(shù) 據(jù)都落在此區(qū)域),此時(shí)的f值即為對(duì)應(yīng)的膨脹因子。此時(shí),在兩側(cè)尾部,分布Yni的概率 值小于高斯分布Gni?N(0,A2)的概率值。
[0037] (7)計(jì)算每個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值
[0038] 對(duì)按照衛(wèi)星仰角劃分得到的M個(gè)仰角區(qū)間,每個(gè)區(qū)間的門(mén)限值取為T(mén)i= ii 〇Ji= 1,2,3*"M),其中iii和〇i為步驟⑷中計(jì)算出的第i個(gè)仰角區(qū)間數(shù) 據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,a為步驟(1)中計(jì)算出的虛警率對(duì)應(yīng)的分位數(shù),&為步驟¢)中計(jì)算出 的第i個(gè)區(qū)間的膨脹因子。經(jīng)過(guò)步驟¢)中膨脹因子的計(jì)算,Di的概率密度分布Yi的兩側(cè) 尾部能夠被高斯分布Gi?N(yi,(A* 〇J2)包絡(luò)住。此時(shí)有Di超過(guò)其門(mén)限值Ti的概率為 PidDi-iiJ=PJlSl>a) =2Q(a) =p,其中S 和Q的含義與步驟(1)中的相同。即有Pi(IDi-ii」>a*fjOi) <p,滿(mǎn)足Di超過(guò)其門(mén)限 值Ti的概率小于虛警率p的要求。
[0039] (8)門(mén)限值曲線(xiàn)擬合
[0040] 經(jīng)過(guò)以上步驟已經(jīng)得到各個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值Ti(i= 1,2,3…M),進(jìn)行曲線(xiàn)擬合 后得到門(mén)限值曲線(xiàn)。在實(shí)際使用時(shí),根據(jù)衛(wèi)星仰角在曲線(xiàn)上取對(duì)應(yīng)仰角下的值作為門(mén)限值 即可。
[0041] 下面以局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)中測(cè)量值質(zhì)量監(jiān)測(cè)的載波加速度監(jiān)測(cè)為例,對(duì)本 發(fā)明的門(mén)限值確定方法的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。載波加速度監(jiān)測(cè)屬于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完 好性監(jiān)測(cè)中對(duì)載波相位測(cè)量值的一種監(jiān)測(cè),它利用原始載波相位測(cè)量值計(jì)算其在各個(gè)歷元 間變化的加速度,然后與門(mén)限值比較,若加速度超出門(mén)限,則認(rèn)為載波相位測(cè)量值出現(xiàn)了異 常,從而完成監(jiān)測(cè)。利用本發(fā)明提出的方法,在某次實(shí)際使用中確定載波加速度監(jiān)測(cè)所使用 的門(mén)限值的具體步驟如下:
[0042] (1)計(jì)算虛警率對(duì)應(yīng)的分位數(shù)
[0043] 局域增強(qiáng)系統(tǒng)的虛警率取為? = 1父10'則其對(duì)應(yīng)的分位數(shù)為3 = (^(?/2)= Q-1(IX10_9/2) 6. 1095〇
[0044] (2)衛(wèi)星仰角區(qū)間劃分
[0045]將衛(wèi)星仰角按照10度一個(gè)區(qū)間進(jìn)行劃分,則得到9個(gè)仰角區(qū)間,分別為(0, 10]、 (10,20]、 (20,30]、 (30,40]、 (40,50]、 (50,60]、 (60,70]、 (70,80]和(80,90]。
[0046] (3)觀測(cè)量數(shù)據(jù)分組
[0047] 將采集得到的載波相位加速度數(shù)據(jù)按照步驟(2)中的仰角區(qū)間進(jìn)行分組,得到9 組加速度數(shù)據(jù)AcciQ= 1,2,3…9),如圖2所示。在圖2中,由于實(shí)際采集數(shù)據(jù)的局域增強(qiáng) 系統(tǒng)地面站的地理位置的限制,衛(wèi)星仰角小于10度的情況基本上觀測(cè)不到,因此在本實(shí)施 例中對(duì)于仰角從〇到10度的區(qū)間不作處理。
[0048] (4)計(jì)算每組數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差
[0049]對(duì)每組載波加速度數(shù)據(jù)AcciQ= 2,3*"9),計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的均值iiJi= 1,2,3… 9)和標(biāo)準(zhǔn)差〇i(i= 2, 9),結(jié)果如表1所示。
[0050] 表1各仰角區(qū)間加速度數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差
[0051]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于局域增強(qiáng)系統(tǒng)完好性監(jiān)測(cè)的門(mén)限值確定方法,其特征在于包括下述步驟: (1)計(jì)算局域增強(qiáng)系統(tǒng)要求的虛警率P對(duì)應(yīng)的分位數(shù)a = (Γ (p/2),其中函數(shù)Q (S)為 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布s的分位數(shù)函數(shù),s彡0, Q (s)代表S的取值大于s的概率,即Q (s) = P (S > s); ⑵將衛(wèi)星仰角按照L度作為一區(qū)間進(jìn)行劃分,則得到的各個(gè)仰角區(qū)間為(0, L],(L, 2L],(2L,3L]…(90-L,90],共有M = 90/L個(gè)仰角區(qū)間,L取5度或10度; (3) 對(duì)采集到的觀測(cè)量數(shù)據(jù),將屬于同一個(gè)仰角區(qū)間的分為一組,得到M組觀測(cè)量數(shù)據(jù) D1, D2, D3 …Dm ; (4) 計(jì)算每組觀測(cè)量數(shù)據(jù)的均值μ P μ 2, μ 3…μ M和標(biāo)準(zhǔn)差〇 i,σ 2,σ 3··· σ M ; (5) 對(duì)每一組觀測(cè)量數(shù)據(jù)Di的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)減去該組數(shù)據(jù)的均值Ui后,再除以該組 觀測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差〇 i,得到M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)Dn1, Dn2, Drv"DnM, i = 1,2, 3··· M ; (6) 計(jì)算M組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)DnpDrvDrvDnM的膨脹因子f2, fV"fM ;具體 做法是將每一組經(jīng)過(guò)歸一化處理的數(shù)據(jù)的概率密度分布Yni和高斯分布Gni?N(0, f2)畫(huà) 于同一幅圖中,并讓f的初值為1并以設(shè)定步長(zhǎng)增長(zhǎng),直到所畫(huà)出的高斯分布能夠剛好包絡(luò) 住概率密度分布Yn i的兩側(cè)尾部,此時(shí)的f值即為對(duì)應(yīng)的膨脹因子& ; ⑵計(jì)算每個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值Ti = μ = 1,2,3···Μ); (8)按照各個(gè)仰角區(qū)間的門(mén)限值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合,得到門(mén)限值曲線(xiàn);在實(shí)際使用時(shí),根據(jù) 衛(wèi)星仰角在曲線(xiàn)上取對(duì)應(yīng)仰角下的值作為門(mén)限值即可。
【文檔編號(hào)】G01S19/42GK104318089SQ201410537847
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】熊帥, 呂超, 李斌, 王曉旺, 路陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所