[发明专利]一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法

说明书

本发明公开一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法，其中系统包括多个低轨卫星，每个低轨卫星作为天基监测站接收导航信号，每个低轨卫星的每个接收通道上均设置数据处理模块；数据处理模块对接收的导航信号进行导航电文完好性监测和观测量完好性监测的处理，并通过星间链路与附近能够观测同一导航卫星的低轨卫星进行通信，通过其中任一低轨卫星上设置的综合处理逻辑模块对能够观测同一导航卫星的所有低轨卫星的处理结果进行冗余判决，给出最终的导航完好性监测结果。

技术领域

本发明设计卫星导航技术，特别涉及一种基于低轨卫星星座的导航完好性监测方法。

背景技术

完好性是卫星导航系统的核心服务性能之一，是指当导航系统服务误差超限或不能提供服务时，系统发出及时告警的能力。全球卫星导航系统(GNSS) 发展到今天，保障全球完好性服务已经成为制约其进一步深入应用的瓶颈。

目前，GNSS完好性监测共分为四部分：

(1)全球系统层完好性监测

全球系统层完好性监测基于GNSS信号发射段卫星存在的误差进行的完好性监测主要处理的误差包括卫星轨道误差、卫星钟差和导航信号误差，卫星自主完好性监测(SAIM)是其主要手段。但是SAIM未能考虑信号在空间传输段所产生的异常，且单星处理告警风险较高。虽然基于星间链路的SAIM能在一定程度上降低告警风险，但是其不直接监测与用户相关的伪距及载波相位观测量，仍存在一定的缺陷。

(2)广域增强层完好性监测

利用所布设监测站的并行观测数据，进行卫星星历、钟差以及电离层格网改正数的完好性分析处理，用户在进行广域差分定位处理的同时，进行相应的完好性分析处理。广域增强系统可以在一定范围内实现一类精密进近(CAT I) 的要求，但是若要全球实施则需要全球设置导航卫星监测站。

(3)局域增强层完好性监测

局域增强层完好性监测利用局域增强系统，对导航卫星观测量进行完好性分析处理，在小范围内实现CAT II/III的要求，目前的局域增强系统仅有美国的 LAAS。

(4)用户终端层完好性监测。

用户终端层完好性监测主要利用接收机自主完好性监测(RAIM)技术，将增强系统的增强信号与卫星系统信号观测数据相结合，根据冗余量进行用户接收系统自身完好性监测。但是RAIM至少需要5颗以上可见卫星才能完成冗余检测，对星座构型具有一定的要求，完好性监测性能相对较弱。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明的目的在于提供一种基于低轨星座的导航完好性监测系统及方法，首先通过低轨星座实现对导航星座的全球监测，其次利用低轨卫星的多重冗余观测降低完好性风险，最后由于信号从导航卫星至低轨卫星至用户为单向传输，避免了地基监测中信号的多次星地传输，降低了传输时延。

本发明的技术解决方案是：一种基于低轨星座的导航完好性监测系统，包括多个低轨卫星，每个低轨卫星作为天基监测站接收导航信号，每个低轨卫星的每个接收通道上均设置数据处理模块；数据处理模块对接收的导航信号进行导航电文完好性监测和观测量完好性监测的处理，并通过星间链路与附近能够观测同一导航卫星的低轨卫星进行通信，通过其中任一低轨卫星上设置的综合处理逻辑模块对能够观测同一导航卫星的所有低轨卫星的处理结果进行冗余判决，给出最终的导航完好性监测结果。

进一步的，所述的导航电文完好性监测包括新旧星历一致性检验，通过下述方式实现：

当低轨卫星接收到的导航电文更新后，通过新旧星历在相同时刻计算出的卫星位置，计算新-旧星历误差；

当新-旧星历误差在预设的门限值范围内时，则新导航卫星即新星历是正确的；当新-旧星历误差超过预设的门限值时，则认为导航电文故障，并针对该导航卫星产生完好性标志。