[发明专利]一种基于星基增强系统快速布站方法

说明书

本发明提出一种基于星基增强系统快速布站方法，属于卫星导航技术领域。包括：首先设定用户信息，设置SBAS服务区域、SBAS服务区域内GMS数量、SBAS服务区域内的必选GMS位置和卫星星座；将设定的用户信息作为约束条件，对设置满足星历、星钟改正数解算需求的GMS布局优化目标函数以及电离层延迟改正数解算需求的GMS布局优化目标函数进行求解；在求解时，先后根据两个优化目标函数，确定GMS布局实现整个星基增强系统站点布局优化过程。本发明通过设置站点数量、必选站点位置等初始条件，通过优化算法求解，既保证了星历、星钟差分改正数的解算需求，又满足了电离层延迟改正解算过程对电离层穿透点分布的需求。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及多星座、多区域的星基增强系统地面监测站的布局优化方法。

背景技术

现代卫星导航系统已成为获取高精度导航定位信息的重要空间基础设施。随着卫星导航系统应用的不断推广和深入，现有的全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)在定位精度、可用性、完好性等方面还无法满足一些高端用户的使用需求，比如民用航空用户的使用需求。为了使GNSS能够可靠的服务于民用航空交通运输、军用航空导航及国土安全等领域，完善GNSS的完好性功能，航空无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics,RTCA)提出了星基增强系统，用来实现对GNSS完好性的监测(参考文献[1])。

星基增强系统(Satellite Based Augmentation Systems，SBAS)属于卫星导航广域增强系统中的一种，目前SBAS系统包括美国的广域增强系统(Wide Area AugmentationSystem,WAAS)、欧洲的地球同步导航重叠服务(European Geostationary NavigationOverlay Service,EGNOS)、印度的GPS辅助型静地轨道增强导航系统(GPS Aided GEOAugmented Navigation,GAGAN)，俄罗斯的差分校正和监测系统(System of DifferentialCorrection and Monitoring,SDCM)以及日本的多功能卫星星基增强系统(Multi-functional Satellite Augmentation System,MSAS)等，目前这些系统的地理分布如图1所示(参考文献[2])。这些系统的建设客观上为在全球范围内提供具有高精度和完好性的无缝覆盖式的差分与增强服务提供了保障(参考文献[2])。

各个SBAS的基本技术路线大致相同，以图2所示WAAS系统为例，即通过一定数量的地面监测站(Ground Monitor Stations,GMS)，对导航卫星的下行空间信号进行连续的跟踪观测，并根据得到的观测数据对空间信号中的各种误差源进行区分和建模，然后针对每种误差源计算出与之对应的差分改正数及完好性参数，随后通过自身的数据链路，一般为地球同步静止轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)卫星播发给用户，用户接收机接收到改正数后即可对测距误差进行修正，以消除这些误差对定位结果的影响，提高卫星导航定位的精度、保障用户的完好性(参考文献[1])。完好性是指当导航系统发生任何故障或误差超过允许限值时，系统及时发出报警的能力(参考文献[1])。SBAS播发的卫星导航系统的误差改正值包括以下几个方面：(1)导航卫星星历误差改正值；(2)导航卫星星钟误差改正值；(3)导航卫星信号的电离层垂直传播延迟(参考文献[1]和[2])。

总的来说，SBAS中的差分改正数和完好性参数是主控站利用GMS网络提供的相应观测数据解算出来的。而差分改正数的求解过程中需要利用卫星到可视GMS的单位矢量以及较为密集均匀的电离层采样点信息，使得差分改正数的修正精度与卫星和GMS网络间几何构型以及GMS数量密切相关。