具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本实施例中的一种GBAS电离层延迟梯度的双平滑伪距域检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、构建随时间变化逐渐收敛至电离层延迟梯度的检验统计量；

采用两组不同的时间常数，分别对地面和飞机上观测的载波进行相位平滑滤波，对地面上的载波进行相位平滑滤波后得到两组差分校正值，对飞机上观测的载波进行相位平滑滤波后得到两组平滑伪距；采用差分校正值校正平滑伪距得到两组时间常数下的差分校正伪距；将两组差分校正伪距作差后除以两倍的时间常数之差，构建出检验统计量；

步骤S2、根据检验统计量的误差分布和III类精密进近的误警率构建检验统计量的阈值；

步骤S3、通过比较检验统计量与阈值，检测伪距观测量中是否含有电离层梯度。

具体的，如图2所示，步骤S1包括以下子步骤：

步骤S101、采用两组不同的时间常数，对地面上观测的载波进行相位平滑滤波得到两组差分校正值；

GBAS地面子系统有M个位置已知的参考接收机，对地面子系统的参考接收机分别进行两组载波相位平滑滤波；

优选的，两组平滑滤波时间常数分别设置为100s和30s。

对于接收机获得的GPS的L1伪距和载波相位观测量可以表达如下：

其中，R是接收机天线到卫星的真实距离，C是星钟、星历和对流层误差之和，是ρ₁和中公共的误差分量，i₁是L1频率上的电离层误差，N₁是L1载波的整周模糊度，n_ρ1和分别是码伪距和载波相位的接收机噪声和多径误差之和。

地面子系统的参考接收机得到差分校正值的计算过程，包括：

1)对M个设置在地面上接收机k时刻的载波观测量进行相位平滑得到接收机m对卫星n的平滑码伪距ρ_s,m,n(k)；通过平滑滤波消除大部分接收机热噪声和多径的影响。

其中，对观测量进行载波相位平滑得到k时刻接收机m对卫星n的平滑码伪距公式如下式

其中，N＝τ/T，τ是平滑滤波时间常数，T是原始观测量的采样间隔；ρ_m,n(k)、分别是k时刻接收机m对卫星n的码伪距和载波相位观测量。

2)计算出卫星n到接收机m的真实距离R，根据平滑码伪距ρ_s,m,n(k)和真实距离R得到k时刻的伪距校正值ρ_sc,m,n(k)；

对于地面子系统的M个接收机，根据导航电文计算出每颗卫星的位置，从而计算出卫星n到接收机m的真实距离R；

将平滑码伪距ρ_s,m,n(k)与R作差得到k时刻的伪距校正值ρ_sc,m,n(k)，具体表示如下：

ρ_sc,m,n(k)＝ρ_s,m,n(k)-R_m,n(k)+τ_m,n(k) (3)

其中，τ_m,n(k)是k时刻的星钟校正值。

3)对伪距校正值ρ_sc,m,n(k)中包含的接收机钟差进行调整得到ρ_sca,m,n(k)；

由于某一参考接收机收到的所有卫星的观测量之中都含有同样的接收机钟差，因此，将该参考接收机对所有卫星差分校正值进行平均作为其钟差的估计值，并在校正值中减去该估计值以得到不含接收机钟差的校正值。经调整接收机钟差的校正值为：

其中，ρ_sc,m,j(k)为k时刻的接收机m对卫星j伪距校正值；S_m(k)为k时刻接收机m观测到的全部卫星的集合，N_m(k)是S_m(k)所包含的卫星的数量。

4)对所有M个地面参考接收机计算出的卫星n伪距校正值平均得到卫星n的伪距校正值ρ_corr,n(k)。

具体的计算公式如下所示：

其中，S_n(k)是k时刻观测到卫星n的参考接收机的集合，M_n(k)是S_n(k)中所包含的参考接收机的个数。

步骤S102、采用与步骤S101相同的两组时间常数，对飞机上观测的载波进行相位平滑滤波得到两组平滑伪距；

对飞机上的接收机分别进行两组载波相位平滑滤波；两组平滑滤波时间常数与地面上的参考接收机相同，分别设置为100s和30s。

平滑后，可以得到平滑码伪距ρ_s,air,n(k)。

步骤S103、采用差分校正值校正平滑伪距得到两组时间常数下的差分校正伪距；

差分校正伪距ρ_sc,air,n(k)的公式如下：

ρ_sc,air,n(k)＝ρ_s,air,n(k)-ρ_corr,n(k) (6)

对于设置的两组不同时间常数的平滑滤波，最终可以得到两组差分校正后的伪距值，分别为ρ_sc1,air,n(k)、ρ_sc2,air,n(k)。

步骤S104、根据两组时间常数下的差分校正伪距，构建出检验统计量S。

具体的，构建出的检验统计量S为将两组差分校正伪距作差后除以两倍的时间常数之差。

构建出的检验统计量S随时间变化逐渐收敛至电离层延迟梯度。对ρ_sc1,air,n(k)和ρ_sc2,air,n(k)作差，其稳态响应可表示如下：

式中，dΨ_a是检验统计量，即ρ_sc1,air,n与ρ_sc2,air,n作差的频域表达式；

是其稳态响应，d_ρ和分别是伪距和载波相位测量值的发散值；

由于电离层梯度对伪距是延迟作用，对载波相位存在超前作用，ΔI为电离层延迟的梯度。

由此可知，ρ_sc1,air,n(k)和ρ_sc2,air,n(k)作差后除以两倍的时间常数之差得到的k时刻检验统计量S(k)，可知S(k)随时间变化可逐渐收敛至ΔI。

具体的，步骤S2根据检验统计量的误差分布和III类精密进近的误警率构建检验统计量的阈值；

CAT III精密进近的完好性需求的分配的误警率由实际系统需求决定，当误警率为P_FA时，检验统计量S的阈值需要包络出他的实际分布函数后，由满足分布尾部的概率小于P_FA决定，这里采用极值分布进行包络。具体实施步骤如下：

1)以预设的角度为步长，对不同仰角下检验统计量误差样本进行分组，得到检验统计量的误差样本分布；

S理论上呈薄尾的分布，意味着可以得到标准差比原误差分布标准差更小的极值分布包络。由于不同卫星仰角下的多径和接收机热噪声不同，因此对不同卫星仰角的检验统计量误差样本进行分组，以10°为步长，得到不同仰角下的检验统计量误差分布样本；即间隔10°，对检验统计量误差样本进行分组。不同仰角下的卫星观测量需要大量的历史数据以保证误差分布的准确性。

2)采用广义极值分布包络住所述误差样本分布的尾部；

目前，常用的极值分布有Gumbel分布、Fréchet分布和Weibull分布。在本实施例中，优选经过适当变换后统一表示的广义极值分布：

其中，μ是位置参数，σ是尺度参数，相当于高斯分布的标准差，ξ是形状参数。

通过调整μ，σ和ξ三个参数，得到最优的极值分布，使其包络住步骤1)的误差样本分布尾部。

3)以所述广义极值分布满足尾部概率为P_FA的分位数为检验统计量的阈值。

步骤S3通过比较检验统计量与阈值，检测伪距观测量中是否含有电离层梯度的监控流程包括：

判断在检测时间的阈值内计算的检验统计量是否超出阈值；是，则伪距观测量中含有电离层梯度；否，则改变飞机的飞行速度，重新计算检验统计量；若仍未超过阈值，则认为伪距观测量中不含有电离层梯度；若超过阈值，则伪距观测量中含有电离层梯度。

根据步骤104可知，检验统计量S时随时间变化逐渐收敛至电离层延迟梯度，迭代的时间越长则，检验统计量S越收敛至电离层延迟梯度。

优选的，如图3所示的仿真结果，所述检测时间的阈值选取1-2min，检验统计量S有很好的收敛效果。在该阈值的范围内计算的检验统计量S可以满足检测检验统计量S是否收敛至电离层延迟梯度。

通过不同飞机在不同速度下的检验统计量S的检测，可以提高检测精度可以更加准确的检测出该伪距观测量是否含有电离层梯度延迟。

优选的，所述改变飞机的飞行速度的范围为20m/s～40m/s。

综上所述，本实施例的GBAS电离层延迟梯度的双平滑伪距域检测方法，在伪距域对电离层梯度进行检测，通过在地面和飞机分别设置两组载波相位平滑滤波器，从而飞机计算得到两组差分校正后的伪距值，将其作差除以两倍的平滑时间常数之差，得到检验统计量，通过与设定的阈值进行比较，识别超过阈值的伪距量并排除，并且监测出电离层延迟的梯度值。

本方法有更快的电离层异常检测速度。与传统的CCD监测方法相比，该方法有更短的响应时间和收敛时间，意味着可以更快检测到电离层延迟梯度。

本方法的检测精度更高。相比于CCD和双平滑的定位域检测方法，可以更加准确的检测出该伪距观测量是否含有电离层梯度延迟。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。