一種空間信號連續(xù)性評估方法與流程

文檔序號：11862116閱讀：644來源：國知局

本發(fā)明涉及導航系統(tǒng)可靠性安全性技術領域，具體涉及一種空間信號連續(xù)性評估方法。

背景技術：

衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成后，系統(tǒng)面臨為廣大用戶提供公開服務性能承諾，維持必備性能指標等任務。除精度指標外，國際民航、海事等用戶要求的必備性能指標還包括完好性、連續(xù)性和可用性。

目前，針對衛(wèi)星導航系統(tǒng)連續(xù)性的評估主要集中于對服務連續(xù)性的評估，2008年美國率先將空間信號連續(xù)性列為評估GPS空間信號性能的規(guī)范指標，并已在導航及相關應用領域認可，但尚無明確、統(tǒng)一的空間信號連續(xù)性評估方法。目前，美國聯(lián)邦航空局(FAA)在對GPS每季度的性能評估報告中給出的空間信號連續(xù)性指標，采用的方法相當于可用性評估方法，與連續(xù)性的定義和內涵出入較大。歐盟Galileo在系統(tǒng)設計文件中，提出了以可靠度公式計算連續(xù)性指標的方法。我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)已開通運行，在系統(tǒng)運行內部和外部監(jiān)測兩個方面均可以獲得信號中斷數(shù)據(jù)，如何將這些數(shù)據(jù)有效利用，準確評估和預測連續(xù)性指標，亟需一種可操作、易實現(xiàn)地空間信號連續(xù)性指標評估方法指導對該指標的預測及評估。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種空間信號連續(xù)性評估方法，能夠為空間信號連續(xù)性指標評估提供一種可操作、易實現(xiàn)的有效方法。

本發(fā)明的空間信號連續(xù)性評估方法，包括如下步驟：

步驟1，根據(jù)北斗導航系統(tǒng)的地面系統(tǒng)日常運行操作的中斷數(shù)據(jù)，得到在北斗系統(tǒng)時間基準下的空間信號可用狀態(tài)序列S_AV(t_BDT)，S_AV(t_BDT)＝{(t_BDT，‘X’)}，其中，t_BDT為北斗時；X為‘0’或‘1’，‘0’表示可用，‘1’表示不可用；

并根據(jù)中斷原因，將S_AV(t_BDT)分為計劃中斷序列S_TS(t_BDT)與非計劃中斷序列S_TU(t_BDT)；

步驟2，計算由非計劃中斷引起的連續(xù)性的理論預估值C_cal-1：

C_cal-1＝exp(-T/MTBO)

其中，T為設定的連續(xù)性計算窗口；MTBO_i為各中斷原因下的平均中斷間隔時間；n為非計劃中斷的中斷原因的總個數(shù)；

步驟3，采集導航衛(wèi)星可跟蹤弧段下行導航信號中的健康字信息，獲得北斗系統(tǒng)時間基準下的健康字狀態(tài)序列S_H(t_BDT)，S_H(t_BDT)＝{(t_BDT，‘Y’)}，其中，Y為‘0’或‘1’，‘0’表示健康，‘1’表示不健康；

步驟4，根據(jù)健康字狀態(tài)序列，計算由非計劃中斷引起的連續(xù)性風險的實測值C_mon：

$<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>ta</mi> <mi>r</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mo>{</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mi>b</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>S</mi> <mo>_</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>U</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> <mo>/</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>ta</mi> <mi>r</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mi>b</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>S</mi> <mo>_</mo> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>U</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>$

其中，[t_start,t_end]為測試時間段；t_p為用戶機采樣間隔；bool()函數(shù)中，若t時刻，健康字狀態(tài)為健康，則bool()函數(shù)值為1；否則bool()函數(shù)值為0；S_H_TU(t_BDT)為排除計劃中斷的健康字狀態(tài)序列，S_H_TU(t_BDT)＝S_H(t_BDT)-S_TS(t_BDT)；

步驟5，根據(jù)步驟1中的信號可用狀態(tài)序列中的非計劃中斷序列S_TU(t_BDT)，計算連續(xù)性的理論測算值C_cal-2：

$<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>a</mi> <mi>l</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>ta</mi> <mi>r</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mo>{</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mi>b</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>S</mi> <mo>_</mo> <mi>T</mi> <mi>U</mi> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> <mo>/</mo> <munderover> <mo>Σ</mo> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>ta</mi> <mi>r</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munderover> <mi>b</mi> <mi>o</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>S</mi> <mo>_</mo> <mi>T</mi> <mi>U</mi> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mi>D</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>$

步驟6，對理論預估值C_cal-1、理論測算值C_cal-2與實測值C_mon進行對比，實現(xiàn)對空間信號的連續(xù)性評估。

有益效果：

(1)本發(fā)明解決了衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間信號連續(xù)性指標從概念、理論方法到測試評估實現(xiàn)的問題。

(2)根據(jù)不同用戶的數(shù)據(jù)源差異，分別提出了適用于日常運行數(shù)據(jù)與可靠性設計數(shù)據(jù)的理論計算方法，和適用于普通用戶接收機實測數(shù)據(jù)的實測統(tǒng)計方法，方便快捷地評估、統(tǒng)計確定空間信號連續(xù)性指標。

(3)利用本方法和評估步驟，不僅可以確定空間信號連續(xù)性指標，還能擴展應用于空間信號差分連續(xù)性，以及服務連續(xù)性指標確定，補充完善我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務可靠性領域指標監(jiān)測評估體系，為系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和設計改進提供重要的專業(yè)技術支持。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程圖。

圖2為兩種方法連續(xù)性統(tǒng)計結果對比圖。

圖3為兩種數(shù)據(jù)源連續(xù)性統(tǒng)計結果對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種空間信號連續(xù)性評估方法，利用導航衛(wèi)星系統(tǒng)日常維護數(shù)據(jù)、下行信號監(jiān)測數(shù)據(jù)和可靠性基礎理論，為空間信號連續(xù)性指標評估提供一種可操作、易實現(xiàn)的有效方法。

本發(fā)明首先獲得系統(tǒng)日常運行中斷數(shù)據(jù)和接收機實測的連續(xù)健康字信息，根據(jù)分析日常運行中的計劃中斷情況，得到僅非計劃中斷影響下的運行狀態(tài)序列和實測健康字序列，分別根據(jù)理論預估法和實測評價法得到兩種數(shù)據(jù)源的連續(xù)性風險，并利用非計劃中斷影響下的運行狀態(tài)序列采用實測統(tǒng)計法得到連續(xù)性風險，最后對比三種風險計算結果。具體流程如圖1所示，包括如下步驟：

步驟1，采集系統(tǒng)運行信號中斷數(shù)據(jù)，獲取信號中斷序列。

本步驟中，收集北斗導航系統(tǒng)地面系統(tǒng)日常運行操作的中斷數(shù)據(jù)，中斷數(shù)據(jù)包括中斷開始與結束時間、中斷原因描述；在北斗系統(tǒng)時間基準下，得到空間信號可用狀態(tài)序列S_AV(t_BDT)，S_AV(t_BDT)＝{(t_BDT，‘X’)}，其中，X為‘0’或‘1’，‘0’表示可用，‘1’表示不可用。同時，根據(jù)中斷原因，將空間信號可用狀態(tài)序列分為計劃中斷序列S_TS(t_BDT)與非計劃中斷序列S_TU(t_BDT)；

其中，北斗系統(tǒng)時間采用“周+周內秒”(“WN+SOW”)方式表示，WN用“wwww”表示，SOW用“ssssss”表示，即北斗時t_BDT表示為“wwww.ssssss”，信號可用狀態(tài)序列S_AV(t_BDT)＝{(wwww.ssssss，‘X’)}，X∈{0，1}

步驟2，根據(jù)步驟1獲得的非計劃中斷序列，采用可靠度計算公式計算由非計劃中斷引起的連續(xù)性風險理論預估值：

步驟2.1，按照非計劃中斷的中斷原因對中斷進行分類，并按中斷類型分別計算各類型中斷的平均中斷間隔時間MTBO_i，下標i表示第i種中斷原因；中斷間隔時間即為同種中斷類型下，相鄰兩次中斷間的間隔時間。

步驟2.2，根據(jù)各類型非計劃中斷的平均中斷間隔時間MTBO_i，計算綜合影響下的MTBO，n表示共有n種非計劃中斷類型。

綜合影響下的MTBO：空間信號中斷可能由多種原因引起，每種中斷間隔時間規(guī)律存在差別，根據(jù)可靠性基本理論，產品在n種故障原因綜合影響下的故障率而

步驟2.3，根據(jù)公式C_cal-1＝exp(-T/MTBO)計算連續(xù)性，其中，T表示設定的連續(xù)性計算窗口。

步驟3，采集用戶端實測的空間信號健康字序列。

本步驟中，利用接收機全天時采集導航衛(wèi)星可跟蹤弧段下行導航信號，獲得可跟蹤弧段信號中實時、連續(xù)的健康字信息，得到北斗系統(tǒng)時間基準下，健康字狀態(tài)序列，記作S_H(t_BDT)，S_H(t_BDT)＝{(t_BDT，‘Y’)}，其中，Y為‘0’或‘1’，‘0’表示健康，‘1’表示不健康。

下行導航信號：包含偽距觀測量和導航電文數(shù)據(jù)；

導航電文數(shù)據(jù)：包含信號發(fā)射時的北斗時、衛(wèi)星健康字、衛(wèi)星星歷、鐘差、電離層模型參數(shù)等；

健康字：衛(wèi)星信號健康字只有1比特的二進制位，取值范圍為{0，1}，‘0’表示可用，‘1’表示不可用；

健康字序列狀態(tài)：S_H(t_BDT)＝{(wwww.ssssss，‘Y’)}，Y∈{0，1}。

步驟4，根據(jù)步驟3中的接收機實測數(shù)據(jù)，采用滑動遞推公式計算由非計劃中斷引起的連續(xù)性風險的實測值：

步驟4.1，對比健康字狀態(tài)序列S_H(t_BDT)和空間信號可用狀態(tài)的計劃中斷序列S_TS(t_BDT)，得到排除計劃中斷的實測數(shù)據(jù)健康字狀態(tài)序列S_H_TU(t_BDT)，其中，S_H_TU(t_BDT)＝S_H(t_BDT)-S_TS(t_BDT)，S_H_TU(t_BDT)＝{(t_BDT，‘Z’)}，其中，Z為‘0’或‘1’，‘0’表示健康，‘1’表示不健康；

步驟4.2，假設測試時間段為[t_start,t_end]，用戶機采樣間隔為t_p，采用公式

計算由非計劃中斷引起的連續(xù)性風險的實測值。其中，T為連續(xù)性計算的窗口時間。bool()函數(shù)中，若k時刻健康字狀態(tài)為健康，則取1；否則取0。

步驟5，對比分析兩種方法、兩種數(shù)據(jù)源的計算結果：

步驟5.1，根據(jù)步驟1中的信號可用狀態(tài)序列中的非計劃中斷序列S_TU(t_BDT)開展計算。假設整個統(tǒng)計時間段為[t_start,t_end]，信號狀態(tài)采樣間隔為t_p，采用公式

計算連續(xù)性，T表示連續(xù)性計算的窗口時間，若k時刻信號狀態(tài)為可用，則bool()函數(shù)取1，否則取0。

步驟5.2，分別比較C_cal-1、C_cal-2與C_mon所得結果，其中C_cal-1與C_cal-2為同一數(shù)據(jù)源下兩種方法的對比結果，C_cal-2與C_mon為相同方法下兩種數(shù)據(jù)源的對比結果，對空間信號的連續(xù)性進行評估。

理論計算方法適用于掌握系統(tǒng)可靠性設計數(shù)據(jù)和系統(tǒng)日常運行數(shù)據(jù)，而缺乏接收機實測數(shù)據(jù)的情況，主要用于根據(jù)歷史經驗數(shù)據(jù)或設計數(shù)據(jù)對現(xiàn)有在軌衛(wèi)星或后續(xù)新設計衛(wèi)星空間信號連續(xù)性進行預估；實測統(tǒng)計方法適用于開展了長時間連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可以獲得了計劃中斷及時通知的普通用戶，主要用于根據(jù)實測用戶數(shù)據(jù)的對在軌衛(wèi)星一段時間內的空間信號連續(xù)性進行評價。本發(fā)明針對在衛(wèi)星導航系統(tǒng)中出現(xiàn)的可靠性領域新概念，根據(jù)涉及參數(shù)的定義，結合可靠性基礎理論，根據(jù)不同用戶的數(shù)據(jù)源差異，分別提出了適用于日常運行數(shù)據(jù)與可靠性設計數(shù)據(jù)的理論計算方法，和適用于普通用戶接收機實測數(shù)據(jù)的實測計算方法，解決了確定空間信號連續(xù)性指標的問題，可為我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務性能指標設計預測和測試評估提供重要的專業(yè)技術支持。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。

完整全部詳細技術資料下載

當前第1頁1 2 3