[发明专利]一种GNSS互操作性能评估方法

摘要

本发明涉及一种GNSS互操作性能评估方法，属于卫星导航系统领域。本发明包括：根据轨道根数计算GNSS卫星的位置，计算GNSS卫星几何精度因子GDOP，计算GNSS几何定位精度GNSSP，计算完好性输出参数水平保护级别HPL，计算GNSS性能评估参数可用性，计算GNSS性能评估参数连续性，计算加权GNSS性能评估指标，选择单点评估互操作性能，选择全球点评估互操作性能。本发明随着系统的数目增加，GNSSP概率密度分布中心点值更小，分布更加集中。

主权项

1.一种GNSS互操作性能评估方法，其特征在于：步骤一：根据轨道根数计算GNSS卫星的位置，已知在初始历元时刻卫星星座的七个主要轨道根数：星历参考时刻t₀、半长轴平方根a、偏心率e、t₀时刻的倾角、升交点经度、近地点幅角、平近点角分别定义为i₀、Ω₀、ω、M₀，求出第i颗卫星在ECEF坐标系下的位置矢量，求t时刻的平近点角M：μ是万有引力常数与地球质量的乘积；求偏近点角E：M＝E-esinE求t时刻的真近点角ν：v=arctan(1-e2sinEcosE-e),]]>求t时刻的纬度值u和卫星矢径r：u＝ν+ω，r＝a(1-ecosE)，求第i颗卫星在轨道直角坐标系中的位置：xp=rcosuyp=rsinu,]]>求第i颗卫星在ECEF坐标系下的位置矢量Txi=xpcosΩ0-ypcosisinΩ0Tyi=xpsinΩ0+ypcosicosΩ0Tzi=ypsini0;]]>步骤二：计算GNSS卫星几何精度因子GDOP，已知在ECEF坐标系下，接收机的位置失量第i颗卫星的位置矢量则可求出卫星几何精度因子GDOP，计算第i颗卫星到接收机的距离ρ_i：ρi=||Ti→-R→||=(Txi-Rx)2+(Tyi-Ry)2+(Tzi-Rz)2,]]>计算从接收机到卫星的单位矢量坐标(Dx_i,Dy_i,Dz_i)：Dxi=Txi-Rxρi,Dyi=Tyi-Ryρi,Dzi=Tzi-Rzρi,]]>若接收机可以接收到n颗卫星的信息，构建n×4维矩阵H：H=Dx1Dy1Dz11Dx2Dy2Dz21············DxnDynDzn1,]]>定义矩阵P=(H^TH)^-1元素：P=P11P12P13P14P21P22P23P24P31P32P33P34P41P42P43P44,]]>计算GDOP：GDOP=P1,1+P2,2+P3,3+P4,4;]]>步骤三：计算GNSS几何定位精度GNSSP，已知卫星的几何分布和主要卫星的误差源：广播时钟造成的误差广播星历造成的误差残留电离层延迟造成的误差残留对流层延迟造成的误差多径效应造成的误差接收机噪声造成的误差每颗卫星的伪距误差因子UERE认是为与该卫星相关联的所有误差的总和；这些误差分量是独立的，并可以用零均值高斯随机变量表示，计算GNSSP计算第i颗卫星的UERE：σi2=(σbc2+σbe2+σiono2+σtropo2+σmulti2+σrec2)i,]]>计算卫星系统总的UERE矩阵W：取误差矩阵C＝(H^TWH)^-1，计算GNSSP：GNSSP=C1,1+C2,2+C3,3+C4,4]]>步骤四：计算完好性输出参数水平保护级别HPL，虚警概率P_fa和漏检概率P_md，输出是HPL，计算第i颗可视卫星相关联斜率：SLOPE(i)=A1i2+A2i2/Sii,]]>其中，矩阵A＝(H^TH)^-1H^T为H的伪逆，矩阵S＝I-HA为残差敏感矩阵，计算拥有n-4个自由度的中心χ²分布函数门限T²：∫0T2fχ2(n-4)(x)dx=1-Pfa,]]>计算拥有n-4个自由度的非中心χ²分布函数的非中心参量λ：∫0T2fχ2(n-4,λ)(x)dx=Pmd,]]>计算HPL：HPL=max(SLOPE(i))·σi·λ,]]>步骤五：计算GNSS性能评估参数可用性，不同采样时间点对应的评估参数值AP(t)，为满足不同需求而需要的最小评估参数值threshold，采样起始时间t_start，采样终止时间t_end，采样的时间间隔T，求出GNSS性能评估参数的可用性，即GDOP可用性GDOPA，GNSSP可用性GNSSPA，HPL可用性HPLA，Availability=Σt=tstarttendtrue{AP(t)≤threshold}1+tend-tstartT]]>其中，true{AP(t)≤threshold}满足AP(t)≤threshold时，返回值为1，否则返回值为0；步骤六：计算GNSS性能评估参数连续性，不同采样时间点对应的评估参数值AP(t)，采样起始时间t_start，采样终止时间t_end，采样的时间间隔T，操作时间T_OP，求出GNSS性能评估参数的连续性，即GDOP连续性GDOPC，GNSSP连续性GNSSPC，HPL连续性HPLC，Continuity=Σt=tstart,inc=Ttend-Top{Πu=t,int=Tt+Top(true{AP(u)≤threshold})}Σt=tstart,int=Ttend-Toptrue{AP(t)≤threshold}]]>步骤七：计算加权GNSS性能评估指标，求出加权GNSS性能评估指标Performance，Availability＝m₁·GDOPA+m₂·GNSSPA+m₃·HPLA，m₁+m₂+m₃＝1，Continuity＝n₁·GDOPC+n₂·GNSSPC+n₂·HPLC，n₁+n₂+n₂＝1，Performance＝r₁·Availability+r₂·Continuity，r₁+r₂＝1，其中，r₁,r₂,m₁,m₂,m₃,n₁,n₂,n₂为取值范围在0～1的权系数；步骤八：选择单点评估互操作性能，选择指定单点分别计算不同组合系统模式下的GDOP、GNSSP、HPL，分析三项评估参数随时间变化规律，并得出单点加权GNSS性能评估指标；步骤九：选择全球点评估互操作性能，选择全球点计算加权GNSS性能评估指标，并分析其随地域变化规律。