阅读说明：本技术 一种用于实时监测双频多星座星基增强系统性能的方法 (Method for monitoring performance of dual-frequency multi-constellation satellite-based augmentation system in real time ) 是由 邵搏 丁群 原彬 耿永超 熊帅 吴显兵 于 2020-05-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于实时监测双频多星座星基增强系统性能的方法,实时监测DFMC SBAS服务性能,确保机场附近区域内DFMC SBAS服务的可用性,利用机场附近监测站的观测数据、GNSS导航电文以及DFMC SBAS增强电文,实时解算定位误差和保护级,通过对比定位误差和保护级来实时监测DFMC SBAS在机场附近的服务性能。本发明具有较强的工程实用性,利用机场附近的监测站作为参考基准,实时解算定位误差和保护级,评估DFMC SBAS在机场的实时服务性能,解决了飞机在进近和着陆过程中因无法实时解算定位误差而导致的完好性风险,保证了DFMC SBAS服务的完好性性能。(The invention provides a method for monitoring the performance of a dual-frequency multi-constellation satellite-based augmentation system in real time, which is used for monitoring the service performance of a DFMC SBAS in real time, ensuring the availability of the DFMC SBAS service in the area near an airport, resolving a positioning error and a protection level in real time by utilizing observation data of a monitoring station near the airport, GNSS navigation messages and DFMC SBAS augmentation messages, and monitoring the service performance of the DFMC SBAS near the airport in real time by comparing the positioning error and the protection level. The method has strong engineering practicability, and utilizes the monitoring station near the airport as a reference standard to calculate the positioning error and the protection level in real time, evaluate the real-time service performance of the DFMC SBAS at the airport, solve the integrity risk caused by the fact that the positioning error cannot be calculated in real time during the approaching and landing processes of the airplane, and ensure the integrity performance of the DFMC SBAS service.)

一种用于实时监测双频多星座星基增强系统性能的方法

技术领域

本发明涉及卫星导航增强技术领域，是双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统(Satellite Based Augmentation System,SBAS)中一种实时监测服务性能的方法。

背景技术

目前正在运行的SBAS系统均为单频(Single-Frequency,SF)SBAS。由于电离层异常对服务性能的影响，SF SBAS服务性能尚未达到一类精密进近(CATegory-I,CAT-I)的指标要求。为了消除电离层异常对服务性能的影响，并利用多卫星导航系统的几何布局提高增强星座服务性能，国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)双频多星座星基增强系统标准与建议工作组(DFMC SBAS SARPS working group,DS2)正在研究并制定DFMC SBAS国际标准，以期实现CAT-I指标服务性能。DFMC SBAS播发的增强电文类型如下表所示：

表1 DFMC SBAS增强电文类型

中国、美国、欧盟、日本等国家已经根据ICAO发布的DFMC SBAS国际标准草案启动了DFMC SBAS的设计、验证和建设工作，预计2023年前后将向航空用户提供DFMC SBAS服务，并逐渐取代SF SBAS服务成为航空运输的主要导航手段。突发的DFMC SBAS服务中断将可能给航空安全带来严重的后果。为了满足航空用户对基于DFMC SBAS飞行进近的高安全性要求，需要对机场附近区域的DFMC SBAS服务性能进行实时监测，并将实时监测结果发送给机场管制员。如果DFMC SBAS服务出现异常，机场管制员将及时向机场附近的飞机发出告警，停止使用DFMC SBAS服务，改用其他导航手段。

目前，国内外尚未有公开文献对DFMC SBAS服务性能实时监测方法的描述。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于实时监测双频多星座星基增强系统性能的方法，本发明实时监测DFMC SBAS服务性能，确保机场附近区域内DFMC SBAS服务的可用性，利用机场附近监测站的观测数据、GNSS导航电文以及DFMC SBAS增强电文，实时解算定位误差和保护级，通过对比定位误差和保护级来实时监测DFMC SBAS在机场附近的服务性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤为：

步骤一：数据预处理；

机场附近的监测站采集所监测到全球卫星导航系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)卫星的观测数据、GNSS导航电文和DFMC SBAS增强电文，监测站i观测到卫星j的双频观测数据如下：

其中，和分别为L1和L5频点上的伪距观测量；和分别为L1和L5频点上的载波相位观测量；为监测站i和卫星j间的几何距离；为对流层延迟；b_i为监测站接收机时钟与GNSS系统时之间的偏差；B^j为卫星时钟与GNSS系统时之间的偏差；为电离层延迟，对伪距观测量的影响是滞后，对载波相位观测量的影响是超前；f₁＝1575.42MHz为载波L1的频率，f₅＝1176.45MHz为载波L5的频率；和为伪距观测量上的观测噪声；N₁和N₅为整周模糊度，λ₁＝C/f₁和λ₅＝C/f₅分别为载波L1和L5的波长，C为光速；和为载波相位观测量上的观测噪声；

利用监测站i观测到卫星j的双频伪距观测量和双频载波相位观测量进行数据预处理，i＝1，2，…，M，具体步骤如下：

步骤1.1：周跳探测；

周跳探测利用前5个采样时刻(t-1,t-2,t-3,t-4,t-5)的载波观测量外推出当前时刻的观测量，并将此观测量与当前时刻接收机的载波相位观测量比较，如果超出门限，则认为出现周跳；监测站i对卫星j的周跳监测有下式：

式(5)和式(6)中，a₀、a₁、a₂为拟合系数，[a₀，a₁，a₂]^T＝(F^TF)^-1F^TX_L1-L5，F取固定值；为t时刻观测量组合， 和分别为t时刻L1和L5频点上的载波相位观测量；为由多项式拟合得到的t时刻观测量组合的拟合值；T_L1-L5＝0.055为探测门限；

如果L1和L5频点同时出现相同的周跳时，无法检测出周跳，则只利用L5相位观测量进行单频点周跳探测，利用公式(7)、(8)再检测一次：

其中，b₀、b₁、b₂为拟合系数，[b₀，b₁，b₂]^T＝(F^TF)^-1F^TX_L5；T_L5＝0.35为探测门限；

步骤1.2：双频载波平滑

载波相位观测量通过周跳探测后，则认为没有周跳出现，利用载波相位观测量对伪距观测量进行平滑，首先对载波观测量进行如下变化：

式(9)、(10)中

用平滑伪距观测量中的噪声；

其中，L_k表示L1或L5频点，为相应频点的伪距观测量，为相应频点平滑后的伪距观测量，τ＝100为平滑时间；

步骤1.3：消除电离层延迟；

利用L1和L5频点平滑后的伪距观测量消除电离层延迟，消除电离层延迟后的伪距观测量为：

步骤二：导航电文解算；

GNSS卫星导航电文中播发的轨道参数为：星历参考时间t_oe，卫星轨道长半轴α_s的平方根，轨道偏心率e_s，t_oe时刻的轨道倾角i₀，周内时等于0时的轨道升交点赤经Ω₀，轨道近地角距ω，t_oe时刻的平近点角M₀，平均运动角速度校正值Δn，轨道倾角变化率i′，轨道升交点赤经变化率升交点角距余弦调和校正振幅C_uc，升交点角距正弦调和校正振幅C_us，轨道半径余弦调和校正振幅C_rc，轨道半径正弦调和校正振幅C_rs，轨道倾角余弦调和校正振幅C_ic，轨道倾角正弦调和校正振幅C_is；利用导航电文播发的轨道参数及卫星位置解算算法，得到卫星星历位置利用卫星星历位置和监测站基准位置[x_R，i，y_R，i，z_R，i]计算星历距离

利用导航电文中播发的参考时间t_oe、参考时刻的卫星时钟偏差α_f0、卫星时钟漂移速度α_f1和卫星时钟漂移速度的变化率α_f2计算t时刻的卫星时钟偏差

步骤三：增强电文解算

步骤3.1：差分改正数解算；

星历改正数解算从DFMC SBAS电文32读取星历位置改正信息，参考坐标系为地心地固坐标系，计算公式如下：

其中，[δx^j δy^j δz^j]^T为卫星j在时刻t的星历改正数；为参考时刻t_D卫星j的星历改正数，由电文32播发；为参考时刻t_D卫星j的星历改正数变化率，由电文32播发；

钟差改正数解算从DFMC SBAS电文32读取钟差改正信息，计算公式如下：

其中，为卫星j在时刻t的钟差改正数，单位：秒；为参考时刻t_D卫星j的钟差改正数，由电文32播发；为参考时刻t_D卫星j的钟差改正数变化率，由电文32播发；C为光速；

步骤3.2：完好性参数解算；

首先利用电文32播发中播发的协方差矩阵信息比例因子sc和矩阵元素E_x，y，其中，x,y为1,2,3,4，计算卫星j的计算公式如下：

R^j＝SF^j·E^j (15)

其中，I^j为卫星j到监测站的4维方向矢量，前三维是单位方向矢量，第四维是1；C_covariance由电文37播发；

完好性参数解算利用DFMC SBAS电文32和37播发的信息进行计算，计算公式如下：

其中，利用电文34、35、36播发的DFREI以及电文37播发的DFREI映射表得出；为电文32第一比特播发时间；R_CORR和I_CORR由电文37播发，由电文32播发，当t-t_CORR≤I_CORR时，当t-t_CORR＞I_CORR时，(R_CORR)_sv＝R_CORR；为向下取整；

步骤四：定位解算；

步骤4.1：对流层延迟估计

使用对流层模型进行修正，对流层延迟估计计算如下：

其中，d_hyd与d_wet分别表示对流层的干分量和湿分量， 为仰角，b＝acos[cos(φ^j-φ_i)×cos(δ^j-δ_i)]，φ^j和δ^j分别为卫星j所在位置的纬度和经度，φ_i和δ_i分别为监测站i所在位置的纬度和经度；

d_hyd与d_wet由监测站高度信息及五个气象参数的估值计算：

其中，g＝9.80665m/s²，g_m＝9.784m/s²，H为监测站海拔，单位为米，k₁＝77.604K/mbar，k₂＝382000K²/mbar，R_d＝287.054J/kg/K；

气象参数气压P(mbar)、温度T(K)、水汽压e(mbar)、温度变化率β(k/m)、水汽变化率λ由监测站的气象传感器提供；

计算P、T、e、β、λ时，将ξ分别替换为P、T、e、β、λ，按表2由下式插值得到：

表2对流层延迟的气象参数表

如果φ_i≤15或φ_i＝30或φ_i＝45或φ_i＝60或φ_i≥75，直接利用ξ₀(φ_i)和Δξ(φ_i)在表1中对应的数值通过式(25)计算，其他情况下，以φ_i＝40为例，对应的φ_k＝30，φ_k+1＝45，利用ξ₀(φ_k+1)、ξ₀(φ_k)、Δξ(φ_k+1)和Δξ(φ_k)在表2中对应的数值通过式(26)和(27)计算ξ₀(φ_i)和Δξ(φ_i)；

步骤4.2：监测站位置解算；

卫星j星历位置经星历改正数[δx^j δy^j δz^j]改正后的位置如下：

卫星j时钟偏差经钟差改正数改正后的时钟偏差如下：

其中，C为光速；

从平滑后的伪距观测量中消除对流层延迟和卫星时钟偏差得到伪距如下：

其中，[x_i，y_i，z_i]为监测站位置，t_i为监测接收机时钟偏差；

该伪距方程为非线性方程，要用泰勒级数展开，并取一阶量，将伪距方程转化为线性方程；

其中， 为监测站位置估计值，[x_i y_i z_i]为监测站位置与估计值之间的差值，为用户时钟偏差估计值，Δt_i为监测接收机时钟偏差与估计值之间的差值。

将式(31)进行变换得到：

其中，

式(32)对应的矩阵形式为：

Z＝HX (33)

其中，

X＝[Δx_i Δy_i Δz_i -C·Δt_i]^T，N为监测站观测到的卫星数量；

利用最小二乘法得到：

X＝(H^TH)^-1H^TZ (34)

则监测站位置和时钟偏差为：

取为[x_i y_i z_i]，通过多次迭代当时，得到监测站位置和时钟偏差；

步骤4.3：监测站定位误差解算

利用定位解算得到的监测站位置[x_i y_i z_i]，并结合测绘标定得到的真实位置[x_R，i，y_R，i，z_R，i]，得到地心地固(Earth-Centered Earth-Fixed,ECEF)坐标系下的监测站定位误差为：

[Δx_R，iΔy_R，iΔz_R，i]＝[x_R，i，y_R，i，z_R，i]-[x_i y_i z_i] (37)

从ECEF坐标系到东北天(East North Up,ENU)坐标系的转换矩阵为：

其中，φ_i和λ_i分别是监测站所处位置的地理纬度和经度；

得到ENU坐标系下的定位误差如下：

[ΔE_i ΔN_i ΔU_i]＝P_i·[Δx_R，i Δy_R，i Δz_R，i]^T (39)

基于式(39)得到水平定位误差(Horizontal Position Error,HPE)和垂直定位误差(Vertical Position Error,VPE)如下：

VPE＝ΔU_i (41)

步骤五：保护级解算

首先计算监测站与可观测卫星间的观测矩阵G，该矩阵的第j行如下所示：

其中，为监测站与卫星j间的仰角；为监测站与卫星j间的方位角；

监测站与第j个可观测的卫星间观测伪距的噪声方差为：

其中， 为卫星j对流层投影系数；

监测站与卫星间观测伪距的协方差矩阵为W，其对角线元素其余元素为0，通过G和W得到：

针对航路、终端区、非精密进近(Non-Precision Approach,NPA)飞行阶段，水平保护级(Horizontal Protection Level,HPL)由式(45)计算：

HPL＝K_H，NPA·d_major (45)

其中，K_H，NPA＝6.18；

针对一类垂直引导进近(APproach with Vertical guidance I,APV-I)、二类垂直引导进近(APV-II)和CAT-I飞行阶段，HPL和垂直保护级(Vertical Protection Level,VPL)由下式计算：

HPL＝K_H，PA·d_major (46)

VPL＝K_Vd_U (47)

其中，K_H，PA＝6.0，K_V＝5.33；

步骤六：服务性能评估；

对于针对航路、终端区、NPA飞行阶段，如果HPE≤HPL，表明DFMC SBAS服务正常；如果HPE＞HPL，表明DFMC SBAS服务不能用于导航；

对于APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，如果HPE≤HPL且VPE≤VPL，表明DFMC SBAS服务正常；如果HPE＞HPL或者VPE＞VPL，则DFMC SBAS服务不能够用于引导飞机进行精密进近，当DFMC SBAS服务不可用时，机场管制员将DFMC SBAS服务不可用的信息告知机场附近准备进近着陆的飞机，飞机需要采用其他导航手段进行进近。

所述步骤4.1中，气象参数气压P(mbar)、温度T(K)、水汽压e(mbar)、温度变化率β(k/m)、水汽变化率λ由当前观测站所在纬度φ_i和年积日D插值计算，年积日D为当年1月1日起开始计算的天数，插值公式如下：

其中，φ_i为北纬时，D_min＝28，φ_i为南纬时，D_min＝211，ξ₀和Δξ分别表示不同纬度的气象参数平均值和季节变化值。

本发明的有益效果在于：

1)提出了实时监测机场附近DFMC SBAS服务性能的方法，给出了明确的处理流程和实施步骤，具有较强的工程实用性，为中国民航SBAS监测与服务系统的建设提供了理论依据和实施思路；

2)利用机场附近的监测站作为参考基准，实时解算定位误差和保护级，评估DFMCSBAS在机场的实时服务性能，解决了飞机在进近和着陆过程中因无法实时解算定位误差而导致的完好性风险，保证了DFMC SBAS服务的完好性性能。

附图说明

图1是本发明DFMC SBAS服务性能实时监测步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明是一种用于实时监测双频多星座星基增强系统性能的方法，具体步骤如图1所示：

步骤一：数据预处理；

机场附近的监测站采集所监测到全球卫星导航系统(Global NavigationSatellite System,GNSS)卫星的观测数据、GNSS导航电文和DFMC SBAS增强电文，监测站i观测到卫星j的双频观测数据如下：

其中，和分别为L1和L5频点上的伪距观测量；和分别为L1和L5频点上的载波相位观测量；为监测站i和卫星j间的几何距离；为对流层延迟；b_i为监测站接收机时钟与GNSS系统时之间的偏差；B^j为卫星时钟与GNSS系统时之间的偏差；为电离层延迟，对伪距观测量的影响是滞后，对载波相位观测量的影响是超前；f1_＝1575.42MHz为载波L1的频率，f₅＝1176.45MHz为载波L5的频率；和为伪距观测量上的观测噪声；N₁和N₅为整周模糊度，由接收机失锁造成；λ₁＝c/f₁和λ₅＝C/f₅分别为载波L1和L5的波长，光速C＝299792458m/s；和为载波相位观测量上的观测噪声，该噪声远远小于伪距观测量上的观察噪声。不同时刻的数据会进行标识，未做说明的数据均为t时刻的数据。

利用监测站i(i＝1，2，…，M)观测到卫星j的双频伪距观测量和双频载波相位观测量进行数据预处理，具体步骤如下：

步骤1.1：周跳探测；

周跳探测利用前5个采样时刻(t-1,t-2,t-3,t-4,t-5)的载波观测量外推出当前时刻的观测量，并将此观测量与当前时刻接收机的载波相位观测量比较，如果超出门限，则认为出现周跳；监测站i对卫星j的周跳监测有下式：

式(5)和式(6)中，α₀、α₁、α₂为拟合系数，[α₀，α₁，α₂]^T＝(F^TF)^-1F^TX_L1-L5，F取固定值；为t时刻观测量组合， 和分别为t时刻L1和L5频点上的载波相位观测量；为由多项式拟合得到的t时刻观测量组合的拟合值；T_L1-L5＝0.055为探测门限；

如果L1和L5频点同时出现相同的周跳时，无法检测出周跳，则只利用L5相位观测量进行单频点周跳探测，利用公式(7)、(8)再检测一次：

其中，b₀、b₁、b₂为拟合系数，[b₀，b₁，b₂]^T＝(F^TF)^-1F^TX_L5；T_L5＝0.35为探测门限；

步骤1.2：双频载波平滑

载波相位观测量通过周跳探测后，则认为没有周跳出现，利用载波相位观测量对伪距观测量进行平滑，首先对载波观测量进行如下变化：

式(9)、(10)中

由于前后两个时刻的整周模糊度基本相同，用平滑伪距观测量中的噪声；

其中，L_k表示L1或L5频点，为相应频点的伪距观测量，为相应频点平滑后的伪距观测量，τ＝100为平滑时间；

步骤1.3：消除电离层延迟；

利用L1和L5频点平滑后的伪距观测量消除电离层延迟，消除电离层延迟后的伪距观测量为：

步骤二：导航电文解算；

GNSS卫星导航电文中播发的轨道参数为：星历参考时间t_oe，卫星轨道长半轴a_s的平方根，轨道偏心率e_s，t_oe时刻的轨道倾角i₀，周内时等于0时的轨道升交点赤经Ω₀，轨道近地角距ω，t_oe时刻的平近点角M₀，平均运动角速度校正值Δn，轨道倾角变化率i′，轨道升交点赤经变化率升交点角距余弦调和校正振幅C_uc，升交点角距正弦调和校正振幅C_us，轨道半径余弦调和校正振幅C_rc，轨道半径正弦调和校正振幅C_rs，轨道倾角余弦调和校正振幅C_ic，轨道倾角正弦调和校正振幅C_is；利用导航电文播发的轨道参数及卫星位置解算算法，得到卫星星历位置利用卫星星历位置和监测站基准位置[x_R，i，y_R，i，z_R，i]计算星历距离

利用导航电文中播发的参考时间t_oe、参考时刻的卫星时钟偏差α_f0、卫星时钟漂移速度α_f1和卫星时钟漂移速度的变化率α_f2计算t时刻的卫星时钟偏差

步骤三：增强电文解算

步骤3.1：差分改正数解算；

星历改正数解算从DFMC SBAS电文32读取星历位置改正信息，参考坐标系为地心地固坐标系，计算公式如下：

其中，[δx^j δy^j δz^j]^T为卫星j在时刻t的星历改正数；为参考时刻t_D卫星j的星历改正数，由电文32播发；为参考时刻t_D卫星j的星历改正数变化率，由电文32播发；

钟差改正数解算从DFMC SBAS电文32读取钟差改正信息，计算公式如下：

其中，为卫星j在时刻t的钟差改正数，单位：秒；为参考时刻t_D卫星j的钟差改正数，由电文32播发；为参考时刻t_D卫星j的钟差改正数变化率，由电文32播发；C为光速；

步骤3.2：完好性参数解算；

首先利用电文32播发中播发的协方差矩阵信息比例因子sc和矩阵元素E_x，y，其中，x,y为1,2,3,4，计算卫星j的计算公式如下：

R^j＝SF^j·E^j (15)

其中，I^j为卫星j到监测站的4维方向矢量，前三维是单位方向矢量，第四维是1；C_covariance由电文37播发；

完好性参数解算利用DFMC SBAS电文32和37播发的信息进行计算，计算公式如下：

其中，利用电文34、35、36播发的DFREI以及电文37播发的DFREI映射表得出；为电文32第一比特播发时间；R_CORR和l_CORR由电文37播发，由电文32播发，当t-t_CORR≤I_CORR时，当t-t_CORR＞I_CORR时，(R_CORR)_sv＝R_CORR；为向下取整；

步骤四：定位解算；

步骤4.1：对流层延迟估计

对流层延迟估计需要考虑当地温度、水汽压、高度和气压等的影响，使用对流层模型进行修正，对流层延迟估计计算如下：

其中，d_hyd与d_wet分别表示对流层的干分量和湿分量， 为仰角，b＝acos[cos(φ^j-φⁱ)×cos(δ^j-δⁱ)]，φ^j和δ^j分别为卫星j所在位置的纬度和经度，φ_i和δ_i分别为监测站i所在位置的纬度和经度；

d_hyd与d_wet由监测站高度信息及五个气象参数的估值计算：

其中，g＝9.80665m/s2，gm＝9.784m/s2，H为监测站海拔，单位为米，k1＝77.604K/mbar，k2＝382000K2/mbar，Rd＝287.054J/kg/K；

气象参数气压P(mbar)、温度T(K)、水汽压e(mbar)、温度变化率β(k/m)、水汽变化率λ由监测站的气象传感器提供，也可由当前观测站所在纬度φ_i和年积日D插值计算，年积日D为当年1月1日起开始计算的天数，插值公式如下：

其中，φ_i为北纬时，D_min＝28，φ_i为南纬时，D_min＝211，ξ₀和Δξ分别表示不同纬度的气象参数平均值和季节变化值，计算P、T、e、β、λ时，将ξ分别替换为P、T、e、β、λ，按表2由下式插值得到：

表2对流层延迟的气象参数表

如果φ_i≤15或φ_i＝30或φ_i＝45或φ_i＝60或φ_i≥75，直接利用ξ₀(φ_i)和Δξ(φ_i)在表1中对应的数值通过式(25)计算，其他情况下，以φ_i＝40为例，对应的φ_k＝30，φ_k+1＝45，利用ξ₀(φ_k+1)、ξ₀(φ_k)、Δξ(φ_k+1)和Δξ(φ_k)在表2中对应的数值通过式(26)和(27)计算ξ₀(φ_i)和Δξ(φ_i)；

步骤4.2：监测站位置解算；

卫星j星历位置经星历改正数[δx^j δy^j δz^j]改正后的位置如下：

卫星j时钟偏差经钟差改正数改正后的时钟偏差如下：

其中，C为光速；

从平滑后的伪距观测量中消除对流层延迟和卫星时钟偏差得到伪距如下：

其中，[x_i，y_i，z_i]为监测站位置，t_i为监测接收机时钟偏差；

该伪距方程为非线性方程，要用泰勒级数展开，并取一阶量，将伪距方程转化为线性方程；

其中， 为监测站位置估计值，[Δx_i Δy_i Δz_i]为监测站位置与估计值之间的差值，为用户时钟偏差估计值，Δt_i为监测接收机时钟偏差与估计值之间的差值。

将式(31)进行变换得到：

其中，

式(32)对应的矩阵形式为：

Z＝HX (33)

其中，

X＝[Δx_i Δy_i Δz_i -C·Δt_i]^T，N为监测站观测到的卫星数量；

利用最小二乘法得到：

X＝(H^TH)^-1H^TZ (34)

则监测站位置和时钟偏差为：

取为[x_i y_i z_i]，通过多次迭代当时，得到监测站位置和时钟偏差；

步骤4.3：监测站定位误差解算

利用定位解算得到的监测站位置[x_i y_i z_i]，并结合测绘标定得到的真实位置[x_R，i，y_R，i，z_R，i]，得到地心地固(Earth-Centered Earth-Fixed,ECEF)坐标系下的监测站定位误差为：

[Δx_R，i Δy_R，i Δz_R，i]＝[x_R，i，y_R，i，z_R，i]-[x_i y_i z_i] (37)

从ECEF坐标系到东北天(East North Up,ENU)坐标系的转换矩阵为：

其中，φ_i和λ_i分别是监测站所处位置的地理纬度和经度；

得到ENU坐标系下的定位误差如下：

[ΔE_i ΔN_i ΔU_i]＝P_i·[Δx_R，i Δy_R，i Δz_R，i]^T (39)

基于式(39)得到水平定位误差(Horizontal Position Error,HPE)和垂直定位误差(Vertical Position Error,VPE)如下：

VPE＝ΔU_i (41)

步骤五：保护级解算

首先计算监测站与可观测卫星间的观测矩阵G，该矩阵的第j行如下所示：

其中，为监测站与卫星j间的仰角；为监测站与卫星j间的方位角；

监测站与第j个可观测的卫星间观测伪距的噪声方差为：

其中， 为卫星j对流层投影系数；

监测站与卫星间观测伪距的协方差矩阵为W，其对角线元素其余元素为0，通过G和W得到：

针对航路、终端区、非精密进近(Non-Precision Approach,NPA)等飞行阶段，水平保护级(Horizontal Protection Level,HPL)由式(45)计算：

HPL＝K_H，NPA·d_major (45)

其中，K_H，NPA＝6.18；

针对一类垂直引导进近(APproach with Vertical guidance I,APV-I)、二类垂直引导进近(APV-II)和CAT-I等飞行阶段，HPL和垂直保护级(Vertical ProtectionLevel,VPL)由下式计算：

HPL＝K_H，PA·d_major (46)

VPL＝K_Vd_U (47)

其中，K_H，PA＝6.0，K_V＝5.33；

步骤六：服务性能评估；

对于针对航路、终端区、NPA飞行阶段，如果HPE≤HPL，表明DFMC SBAS服务正常；如果HPE＞HPL，表明DFMC SBAS服务不能用于导航；

对于APV-I、APV-II和CAT-I飞行阶段，如果HPE≤HPL且VPE≤VPL，表明DFMC SBAS服务正常；如果HPE＞HPL或者VPE＞VPL，则DFMC SBAS服务不能够用于引导飞机进行精密进近，当DFMC SBAS服务不可用时，机场管制员将DFMC SBAS服务不可用的信息告知机场附近准备进近着陆的飞机，飞机需要采用其他导航手段进行进近。