一种北斗星基增强单频定位卫星筛选的方法
阅读说明：本技术 一种北斗星基增强单频定位卫星筛选的方法 (Method for screening Beidou satellite-based enhanced single-frequency positioning satellite ) 是由 熊帅 邵搏 张键 戴凯阳 原彬 雷哲哲 李平力 于 2020-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种北斗星基增强单频定位卫星筛选的方法,利用BDSBAS用户接收机接收的GPS L1C/A频点伪距、载波观测值,GPS L1C/A基本导航电文,BDSBAS B1单频增强电文进行可用定位卫星筛选,既严格遵守国际民航相关标准要求,又考虑BDSBAS系统特点,满足了用户高精度位置解算和高完好性保障的需求。本发明符合国际民航组织标准要求的增强卫星筛选方法,具有可操作性,在BDSBAS用户接收机导航定位算法设计、测试等工程应用中具有实际价值,可满足用户高精度导航定位精度与高完好性保障需求。(The invention provides a method for screening a Beidou satellite-based enhanced single-frequency positioning satellite, which utilizes a GPS L1C/A frequency point pseudo-range and a carrier observation value received by a BDSBAS user receiver, a GPS L1C/A basic navigation message and a BDSBAS B1 single-frequency enhanced message to screen an available positioning satellite, strictly complies with the requirements of international civil aviation related standards, considers the characteristics of a BDSBAS system, and meets the requirements of high-precision position resolving and high integrity guarantee of a user. The enhanced satellite screening method meeting the international civil aviation organization standard requirement has operability, has practical value in engineering application such as design and test of BDSBAS user receiver navigation positioning algorithm, and can meet the requirements of users on high-precision navigation positioning precision and high integrity guarantee.)
技术领域
本发明涉及卫星导航增强领域，是北斗星基增强系统(BeiDou Satellite BasedAugmentation System，BDSBAS)用户定位解算中一种单频增强定位卫星筛选的方法。
背景技术
BDSBAS是我国按照国际标准自主建设的星基增强系统(Satellite BasedAugmentation System,SBAS)，通过中国境内分布的监测站，实现对经过我国上空的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的完好性监测。
BDSBAS通过地球同步静止卫星(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)的B1C频点播发单频慢变改正数(由电文MT24和MT25播发)、快变改正数(由电文MT2～5播发)、电离层格网改正信息(GIVD由电文MT18和MT26播发)及用户差分距离误差索引 (UDREI由电文MT2～MT6)、降效参数相关信息(由电文MT7、MT10、MT27和 MT28播发)，实现对GPS系统的差分增强，增强服务性能将满足国际民航一类垂直引导进近(APproach with Vertical guidanceI,APV-I)指标要求。
表1 UDREI对照表
BDSBAS用户接收机同时接收GPS系统L1 C/A频点的伪距、载波观测值，L1C/A 基本导航电文和BDSBAS B1C增强电文，进行增强定位解算得到自身位置信息和保护级信息，实现用户高完好性保障的导航定位服务。BDSBAS B1C增强电文增强GPS 系统PRN编号1至37的卫星，其轨道、钟差快/慢变改正数、电离层改正数、UDREI 完好性信息根据ICAO SARPs规定具有相应的超时时限，如表2和表3所示。
表2电文信息内容超时表
表3快变改正数降效因子用户超时表
BDSBAS用户在进行增强定位解算过程中需要根据自身服务的不同等级及各信息的最大超时时限等限制进行严格的可观测卫星的筛选，以保证得到的定位结果和保护及信息真实可靠，否则将出现重大安全隐患。用户服务等级分为两大类，航路(En Route)、终端区(Terminal)、侧向导航(Lateral Navigation，LNAV)和水平/垂直导航 (LateralNavigation/Vertical Navigation，LNAV/VNAV)、定位信标性能(Localizer Performance，LP)、带垂直引导的定位信标性能(Localizer Performance Vertical guidance，LPV)。
当前BDSBAS系统正处于建设阶段，相关用户终端也处于开发测试状态，还未有针对BDSBAS系统，公开的依据国际民航标准要求的用户端增强卫星筛选具体方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种北斗星基增强单频定位卫星筛选的方法，该方法利用BDSBAS用户接收机接收的GPS L1C/A频点伪距、载波观测值，GPS L1C/A基本导航电文，BDSBAS B1单频增强电文进行可用定位卫星筛选，既严格遵守国际民航相关标准要求，又考虑BDSBAS系统特点，满足了用户高精度位置解算和高完好性保障的需求。本发明提出了一种严格依据国际民航组织标准要求且针对 BDSBAS系统具体情况的用户单频定位卫星筛选方法，以满足BDSBAS系统用户接收机设计、测试及应用等需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：
步骤1：解算时刻t，获取解算时刻t用户接收机观测到的所有卫星PRN号、GPS L1C/A基本导航电文和BDSBAS B1C增强电文；
步骤2：判断用户观测卫星PRN号是否循环完毕，若未循环完毕，进入步骤3；否则判断下一颗卫星健康状态，进入步骤13；
步骤3：判断卫星UDREI是否等于14或15；
解析B1C增强电文，获取该卫星的UDREI值，若等于14或等于15，进入步骤 12；否则，UDREI不等于14也不等于15，则进入步骤4；
步骤4：判断用户服务等级；
若用户服务等级为LPV，LP或LNAV/VNAV任意一种，进入步骤6，依据UDREI 对照表和电文信息内容超时表设置相应信息超时时限；否则进入步骤5；
步骤5：依据En Route，Terminal，LNAV级别的用户服务等级、UDREI对照表和电文信息内容超时表，设置相应信息超时时限，进入步骤7；
步骤6：判断卫星UDREI是否小于等于12，若UDREI小于等于12，进入步骤7；否则卫星UDREI大于12，进入步骤12；
步骤7：星历数据龄期(IODE)匹配；
将该卫星B1C增强电文中的IOD与L1C/A基本导航电文中的IODE进行匹配，若搜索的IODE和IOD数值相等，则匹配成功，在匹配成功的几组L1C/A基本导航电文中选择距离解算时刻t最近的一组用于后续计算，进入步骤8；否则未匹配成功，进入步骤12；
步骤8：改正数及UDREI超时判断；
进行慢变改正数、快变改正数和UDREI超时判断，若慢变改正数、快变改正数和UDREI中任意一个超时，进入步骤12；否则未超时，进入步骤9；
步骤9：电离层格网点(IGP)搜索；
依据RTCA DO-229E(Minimum Operational Performance Standards for GlobalPositioning System/Satellite-Based Augmentation System Airborne Equipment)文档中规定算法，计算用户电离层穿刺点(IPP)，寻找穿刺点周围有效的电离层格网点(IGP)，IGP的GIVE参数取值小于15且未超时，则该IGP有效，进入步骤10；
步骤10：判断搜索的有效IGP是否大于等于3个，若大于等于3个，进入步骤 11，否则进入步骤12；
步骤11：该卫星健康位标志设置为0，卫星健康可用，进入步骤2；
步骤12：该卫星健康位标志设置为1。卫星不健康不可用，进入步骤2；
步骤13：进入BDSBAS用户导航定位后续处理。
本发明的有益效果在于提出了BDSBAS用户接收机在同时接受GPS L1C/A基本导航电文和BDSBAS B1C单频增强电文条件下，符合国际民航组织标准要求的增强卫星筛选方法。该方法具有可操作性，在BDSBAS用户接收机导航定位算法设计、测试等工程应用中具有实际价值，可满足用户高精度导航定位精度与高完好性保障需求。
附图说明
图1是本发明北斗星基增强单频定位卫星筛选方法流程图。
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。
本发明是一种北斗星基增强单频定位卫星筛选方法，在解算时刻t，用户接收机接收GPS L1C/A频点伪距和载波测量值，当且仅当伪距和载波测量值同时存在时该卫星视为可见，该时刻可见卫星总数记为n。具体步骤如图1所示，步骤如下：
步骤1：解算时刻t，观测卫星与星历获取；
解算时刻t，为当前解算历元的GPS周内秒；用户观测卫星PRN号，为接收机在 t时刻观测到的所有GPS卫星PRN号集合；GPS L1C/A基本导航星历，为接收机在t 时刻，存储的最近5分钟内多组基本导航星历信息(每组星历包含星历、钟差、IODE 等信息)；BDSBAS B1C增强电文，为接收机t时刻，更新后的改正数和完好性增强信息(包含快变改正数、慢变改正数、UDREI和IGP的GIVD、GIVE等信息)。获取上述相关信息后，进入步骤2。
步骤2：判断用户观测GPS卫星PRN号是否循环完毕
以用户观测到的GPS卫星PRN号从小到大排列，依次进行卫星健康判断，若所有可观测卫星判断完毕，则进入步骤13；否则进行下一颗卫星健康判断，进入步骤3。
步骤3：判断卫星UDREI是否等于14或15；
当B1C增强电文中该卫星的UDREI为14时，表示该卫星未被监测；15时，表示该卫星不可使用。若UDREI等于14或15，则该卫星不能被用于后续用户导航定位解算，进入步骤12；否则UDREI既不等于14也不等于15，进入步骤4。
步骤4：判断用户服务等级；
针对用户不同服务等级需求，各类型增强电文具有不同的超时时限，见表1和表2。若用户服务等级需求为LP，LPV或LNVA/VNAV这一类中任意一个，则根据表1 和表2设置增强电文各类型超时时限，进入步骤6；否则用户服务等级不是LP，LPV 或LNVA/VNAV这一类，进入步骤5。
步骤5：用户服务等级为En Route，Terminal，LNAV；
用户服务等级为En Route，Terminal，LNAV这一类中的任意一个，根据表1和表 2设置增强电文各类型超时时限，进入步骤7。
步骤6：判断卫星UDREI是否小于等于12；
对于服务等级需求为LP，LP或LNVA/VNAV这一类的用户，为保证定位精度与完好性需求，只有当B1C增强电文中的卫星的UDREI小于等于12，该卫星才可被用于后续导航定位解算。若UDREI小于等于12，进入步骤7；否则UDREI大于12，进入步骤12。
步骤7：星历IODE匹配；
用户接收机储存解算时刻t之前5分钟内所接收到的多组GPS L1C/A频点基本导航电文信息，每组基本电文均有各自的IODE(星历数据龄期)；将t时刻更新后的B1C 增强电文中该卫星的IOD与上述各组基本导航电文中的IODE一一对比，若IODE与 IOD取值相等，则匹配成功。IODE与IOD匹配成功且距离当前解算时刻t最近的一组基本导航电文将用于后续GPS卫星轨道、钟差计算，进入步骤8；否则没有任何一组电文IODE匹配成功，进入步骤12。
步骤8：改正数及UDREI超时判断；
将依据用户服务等级需求和表1、表2中的慢变改正数超时时限记为timeoutlc，快变改正数超时时限记为timeoutfc，UDREI超时时限记为timeoutUDREI；将该卫星慢变改正数的接收时刻记towlc，快变改正数的接收时刻记为towfc，UDREI的接收时刻记为 towUDREI。
若：t-towlc＞timeoutlc，则该卫星慢变改正数超时；
若：t-timeoutfc＞timeoutfc，则该卫星快变改正数超时；
若：t-timeoutUDREI＞timeoutUDREI，则该卫星UDREI超时。
当且仅当该卫星慢变改正数、快变改正数和UDREI均未超时，进入步骤9；否则任意一个超时，进入步骤12。
步骤9：电离层格网点(IGP)搜索。
依据国际民航组织RTCA-DO229E标准中规定方法，计算用户电离层穿刺点 (IPP)，并在B1C增强电文播发IGP信息中搜索有效可用的电离层格网点。将格网点电离层垂直延迟(GIVD)接收时刻记为towGIVD，将格网电离层垂直延迟超时时限记为 timeoutGIVD。
若：该电离层格网点(IGP)的格网电离层垂直延迟误差索引(GIVEI)等于15，则该格网点无效；
若：t-timeoutGIVD＞timeoutGIVD，则该格网点无效；
当上述两个条件任意一个满足时，该IGP无效；否则，IGP的GIVEI小于15，且 GIVD未超时，该IGP有效。
在电离层格网点搜索判断完毕后进入步骤10。
步骤10：判断搜索的有效IGP是否大于等于3个。
搜索到的有效IGP，若大于等于3个则进入步骤11；否则进入步骤12。
步骤11：该卫星健康标志位置为0。
经上述判断后，将该卫星健康标志位设置为0，表示该卫星健康，可用于后续导航定位运算，应予以保留，进入步骤2。
步骤12：该卫星健康标志位置为1。
经上述判断后，将该卫星健康标志位设置为1，表示该卫星不健康，不可用于后续导航定位运算，应予以剔除，进入步骤2。
步骤13：进入BDSBAS用户导航定位后续处理。
完成上述BDSBAS B1C单频增强卫星筛选后，可进行后续增强定位运算程序。
通过上述步骤，本发明详细具体地阐述了BDSBAS用户接收机在同时接受GPS L1C/A基本导航电文和BDSBAS B1C单频增强电文条件下，符合国际民航组织标准要求的增强卫星筛选方法。该方法具有可操作性，在BDSBAS用户接收机导航定位算法设计、测试等工程应用中具有实际价值，可满足用户高精度导航定位精度与高完好性保障需求。
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