GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252012V01．33No．122246．2252ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduCFI文章编号：1000—6893(2012)12—2246—07GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究伍维甲，吴德伟*，戚君宜空军工程大学信息与导航学院，陕西西安710077摘要：用户完好性监测指标通常被用于衡量导航信息的可信度，针对单个卫星导航系统用户完好性

2、监测指标过高、可用性较差的问题，提出一种全球导航卫星系统(GNSS)多系统双频信号联合完好性监测机制，该监测机制使用一定完好性风险分配值下的保护门限作为联合观测下的监测指标；另外，为了确保各种监测假设下的用户完好性，分别讨论了无故障及一颗卫星故障假设下的伪距观测误差获取、保护门限计算以及完好性风险指标分配等问题。仿真结果表明该用户监测机制可有效降低保护门限、提高可用性，在用于I类精密进近时全球大部分区域用户的可用性水平大于95％。关键词：全球导航卫星系统；完好性监测；保护门限；完好性风险；完好性；可用性中图分类号：V4

3、48；TN967．1文献标识码：A完好性监测是航空导航系统不可或缺的重要组成部分，出于对航空飞行安全的考虑，航空用户对完好性的监测指标要求十分严格，尤其在I类精密近进过程中。针对卫星导航系统的完好性监测包括了地面伪距域监测及用户定位域监测[1≈]，用户最终通过完好性监测指标可对当前导航解的可信度进行衡量并判断导航解是否可用[3]。目前用户使用单个卫星信号时的监测指标较高、可用性较差，随着可用全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)信号的增加以及民用双频导航信号的播发，

4、用户卫星几何及伪距观测精度将得到改善，进而提高导航解的可信度‘4171。然而，目前各GNSS使用的用户完好性监测机制在监测假设、监测指标及所广播的完好性信息内容上均存在着一定的差别：全球定位系统(GPS)及星基增强系统(SBAS)使用基于保护门限(ProtectionLevel)的监测机制[8]，Galileo系统则使用基于威胁误引导信息概率(ProbabilityofHazardouslyMisleadingInformation)的监测机制[9](北斗及GLONASS的完好性监测机制尚不明确)，而且各系统并不提供其

5、他监测概念下的完好性信息，从而制约了GNSS双频导航信号的航空应用。文献[Io]将Galileo用户完好性监测机制用于联合观测下的用户完好性监测，但其完好性风险指标在分配方式上不固定，这可能会影响GPS信号的完好性；文献[11]通过广播新的完好性信息来解决系统间兼容互用的问题，却可能对现有的单系统用户造成影响。因此，本文将针对GNSS联合观测条件下的用户完好性监测机制进行研究，利用各监测系统现有的完好性信息对各种监测假设下用户的完好性进行监测，在保证用户完好性的前提下提高可用性。另外由于Galileo及SBAS+GPS

6、的监测体制较为明朗，因此本文主要研究使用Galileo及SBAS4-GPS联合观测时的用户完好性监测机制。收稿El期：2012—04·13；退修El期：2012·06—13；录用日期：2012—07-27；网络出版时间：2012．08—3009：48周络出版地址：wwW．cnki，net／kcms／detail／11．1929，V．20120830，0948．003．html基金项目：国家自然科学基金(61174194)*通讯作者，Tel．：029—84791501E．mail：wudewei74609@126．com

7、弓

8、焉格武tWuWJ·WuDW，QiJY．Researchonuser

9、(ntegr／tymonitormechanismwithGNSSdual-frequencynavigationsignalsiActaAeronauticaetAsffonauficaSinica，2012，33(12)：2246-2252．伍维甲，吴德伟，残君宜，GNSS双凝导航信号用户完好性益溯祝翩研究．航空学毅，20f2，33(12)：2246-2252伍维甲等：GNSS双频导航信号用户完好性监测机制研究1不同系统的用户完好性监测机制SB

10、AS通过同步轨道卫星向用户广播差分及完好性信息，有效地提高了GPS信号的准确性及完好性等航空导航性能。目前许多地区均建立了SBAS：美国的广域增强系统(WAAS)、欧洲的地球静止卫星重叠导航系统(EGNOS)、日本的多功能空基增强系统(MSAS)、印度的GPS地面增强系统(GAGAN)等，这些系统的同步轨道卫星位置如表1所示。若联