一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法。

背景技术

随着北斗卫星导航系统(BDS)的逐步完善，其应用也越来越广泛，而对于民航这样一个涉及生命安全的领域，因为机载卫星导航系统事关航空飞行安全，所以民航飞机在全飞行阶段对导航系统的可用性有着近乎苛刻的要求，可以说是基于卫星导航的最高级别的用户。

针对民用航空的不同飞行阶段和运行条件，国际民用航空组织(ICAO)在附件10《航空电信》的“标准和建设措施(standards and recommended practices,SARPs)”中给出了对全球卫星导航系统(GNSS)可用性的性能指标要求。BDS若要在民航领域应用，必先通过评估以验证满足ICAO的指标要求。因此，获得准确的可用性评估结果才能验证满足ICAO的指标要求，使得BDS在民航领域得以应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法，旨在解决如何准确获得机载北斗导航系统的可用性评估结果。

为解决以上技术问题，本发明提供一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法，包括：

基于机载BDS和GPS，采集所述机载BDS和GPS的当前位置信息，得到待测的机载BDS定位数据和作为标准数据的GPS定位数据；

基于GPS的转换标准，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，并获取第一方向分量和第二方向分量；

根据所述第一方向分量和所述第二方向分量，获取BDS在所述标准数据下的水平定位误差；

采集接收机在统计时间内相邻两次定位时间间隔高于持续时间阈值的非工作时间段数据，通过剔除所述非工作时间，统计所述接收机的工作时长。

基于所述水平定位误差、可见卫星数和水平完好性限值事件出现的时长，将持续时间高于持续时间阈值的事件记为可用性损失事件，并统计所述可用性损失事件的个数及持续时间；

根据所述接收机的工作时长和所述可用性损失事件的个数及持续时间，获取所述机载北斗导航系统的可用性结果。

可选的，所述获取第一方向分量和第二方向分量，包括：

获取待测数据的E、N方向分量和标准数据的E、N方向分量。

可选的，所述获取BDS在所述标准数据下的水平定位误差，包括：

根据所述待测数据的E、N方向分量和所述标准数据的E、N方向分量计算BDS在站心坐标系下的待测数据E、N方向分量的定位误差；

根据所述定位误差计算BDS的待测数据的水平定位误差。

可选的，所述采集接收机在统计时间内相邻两次定位时间间隔高于持续时间阈值的非工作时间段数据，通过剔除所述非工作时间，统计所述接收机的工作时长，包括：

采集统计时间内接收机相邻两次定位时间的时间间隔；

若相邻两次定位时间间隔高于持续时间阈值，则确定所述时间间隔为非工作时间间隔；

统计所有确定为非工作时间间隔的非工作时间；

通过剔除统计时间内的非工作时间总长得到工作时间总长。

可选的，所述基于所述水平定位误差、可见卫星数和水平完好性限值事件出现的时长，将持续时间高于持续时间阈值的事件记为可用性损失事件，包括：

采集水平定位误差高于预设水平定位误差、可见卫星数量少于预设可见卫星数量和水平完好性限值高于预设水平完好性限值的事件数据及其出现的时长；

若所述任一事件数据出现的时长持续时间高于持续时间阈值，则记为1次可用性损失事件。

可选的，所述统计所述可用性损失事件的个数及持续时间，包括：

将可用性损失事件的个数累加得到可用性损失事件总个数；

将可用性损失事件对应的持续时间累加得到可用性损失事件总持续时间。

可选的，所述根据所述接收机的工作总时长和所述可用性损失事件的个数及持续时间，获取所述机载北斗导航系统的可用性结果，包括：

利用公式：

与现有技术相比，本发明公开了一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法，基于机载BDS和GPS，采集所述机载BDS和GPS的当前位置信息，得到待测的机载BDS定位数据和作为标准数据的GPS定位数据；基于GPS的转换标准，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，并获取第一方向分量和第二方向分量；根据所述第一方向分量和所述第二方向分量，获取BDS在所述标准数据下的水平定位误差；采集接收机在统计时间内相邻两次定位时间间隔高于预设值的非工作时间段数据，通过剔除所述非工作时间，统计所述接收机的工作时长。基于所述水平定位误差、可见卫星数和水平完好性限值事件出现的时长，将持续时间高于持续时间阈值的事件记为可用性损失事件，并统计所述可用性损失事件的个数及持续时间；根据所述接收机的工作时长和所述可用性损失事件的个数及持续时间，获取所述机载北斗导航系统的可用性结果。通过以GPS数据作为部分指标的标准值，使得机载BDS和GPS同时间同环境进行定位，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，通过计算站心坐标系下的E、N方向的定位误差获取水平定位误差值，通过确定可用性损失事件的个数及持续时间，进而得到可用性结果。不仅计算结果更加精准，从而得到更准确的评估结果，还能支持多维度评估，支持按照飞机注册号、航线、时间段(周、月、年等)等维度(可交叉组合)统计计算评估。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明第一实施例提供的一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法的步骤示意图；

图2是本发明第二实施例提供的一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法的步骤示意图；

图3是本发明定位数据从大地坐标系转换为站心坐标系的转换公式。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，是本发明第一实施例提供的一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法的步骤示意图，具体为：

S11、基于机载BDS和GPS，采集机载BDS和GPS的当前位置信息，得到待测的机载BDS定位数据和作为标准数据的GPS定位数据。

本实施例将机载BDS和GPS在同时间同环境下进行定位，在评估机载北斗卫星导航系统(BDS)时，部分指标需要参考GPS数据作为标准，因此将GPS定位数据作为标准数据、BDS定位数据为待测数据。

其中当前位置信息包括：当前定位时间、当前位置经度、当前位置纬度、高度值。

S12、基于GPS的转换标准，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，并获取第一方向分量和第二方向分量。

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。

站心坐标系也叫做站点坐标系、东-北-天坐标系ENU，英文名称是localCartesian coordinates coordinate system，主要是用于需了解以观察者为中心的其他物体运动规律。

其中，第一方向分量为站心坐标系下待测数据的E、N方向分量，第二方向分量为站心坐标系下标准数据的E、N方向分量。

需要说明的是，飞机在飞行过程中，无法获取飞机实时的真实的位置信息，所以无法通过BDS定位到的位置信息与真实位置信息来计算水平定位误差。因为GPS的定位精度较ICAO的性能标准低一个数量级，且GPS已通过全球实践证明是安全、可靠、性能达标的,所以在计算水平定位误差时，本实施例把相同环境下同时刻GPS定位位置信息作为标准点来进行计算。根据“定位时间”参数作为定位区分的唯一标识，针对每一次定位，参考标准点(同时刻GPS)位置，计算水平定位误差。

通过将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，获取站心坐标系下的待测数据及标准数据方向定位误差，进而得到水平定位误差值，能够获得更精准的计算结果。

S13、根据第一方向分量和第二方向分量，获取BDS在标准数据下的水平定位误差。

根据待测数据的E、N方向分量和标准数据的E、N方向分量计算BDS在站心坐标系下的待测数据E、N方向分量的定位误差。通过得到的待测数据E、N方向分量的定位误差计算出BDS的待测数据的水平定位误差值。

S14、采集接收机在统计时间内相邻两次定位时间间隔高于持续时间阈值的非工作时间段数据，通过剔除非工作时间，统计接收机的工作时长。

根据“定位时间”参数，统计接收机在工作期间的时间总长度，其中，接收机的工作时间是分段的，计算总时间时，需剔除中间非工作的时间，其中，预设值可以是10S。因此需要对接收机的工作时间及非工作时间进行判定，判定的规则为相邻两次定位时间间隔大于10s即为中断，也就是说只要相邻两次定位时间间隔大于10s，那么这两次定位时间的间隔就是非工作时间。通过根据接收机首次定位时间及末次定位时间，可以确定接收机总体时长，将总体时长中非工作的时间剔除掉就可以得到总的工作中时长。

S15、基于水平定位误差、可见卫星数和水平完好性限值事件出现的时长，将高于持续时间阈值的事件记为可用性损失事件，并统计可用性损失事件的个数及持续时间。

其中，预设水平定位误差设置为556米；预设可见卫星数设置为5个；预设水平完好性限值可以是556/1852海里，或0.3海里。在进行可用性损失事件的判定时，有以下几个判定逻辑：

A：水平定位误差＞556米；

B：可见卫星数(VSNum)＜5个；

C：水平完好性限值(HILA)×1852＞556海里。

根据出现判定逻辑A、B、C中任一或多个事件出现时，统计其出现的时长，在所述持续时间阈值为10S时，若持续时间高于10s以上则记为1个可用性损失事件，该持续时长为该可用性损失事件持续时间。

通过以上判定可以具体得到可用性损失事件的个数及其相对应的可用性损失事件持续时间，将可用性损失事件的个数和可用性损失事件的持续时间统计得到总的可用性损失数量和总的可用性损失事件持续时间。

需要说明的是，判定逻辑中的水平定位误差、水平完好性限值和持续时长的阈值，仅适用于非精密进近阶段，但可以通过调整该阈值，适用于其他所有飞行阶段。其中，非精密进近有方位引导，但没有垂直引导的仪表进近。而精密进近是使用精确方位和垂直引导，并根据不同的运行类型规定相应最低标准的仪表进近。二者之间最大的区别就是，前者没有垂直引导，要靠机组根据飞机离跑道头的距离来计算、检查和调整飞行高度，以控制飞机在规定的"下滑线"上下降。因此，飞行难度要相对大一些。

S16、根据接收机的工作总时长和可用性损失事件的个数及持续时间，获取机载北斗导航系统的可用性结果。

可用性的计算公式为：

将本实施例中得到的接收机的工作总时长、可用性损失事件的个数、可用性损失事件总持续时长带入可用性的计算公式中，即可得到机载北斗导航系统的可用性结果。

本发明第一实施例提供了一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法，基于机载BDS和GPS，采集所述机载BDS和GPS的当前位置信息，得到待测的机载BDS定位数据和作为标准数据的GPS定位数据；基于GPS的转换标准，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，并获取第一方向分量和第二方向分量；根据所述第一方向分量和所述第二方向分量，获取BDS在所述标准数据下的水平定位误差；采集接收机在统计时间内相邻两次定位时间间隔高于持续时间阈值的非工作时间段数据，通过剔除所述非工作时间，统计所述接收机的工作时长。基于所述水平定位误差、可见卫星数和水平完好性限值事件出现的时长，将持续时间高于持续时间阈值的事件记为可用性损失事件，并统计所述可用性损失事件的个数及持续时间；根据所述接收机的工作时长和所述可用性损失事件的个数及持续时间，获取所述机载北斗导航系统的可用性结果。通过以GPS数据作为部分指标的标准值，使得机载BDS和GPS同时间同环境进行定位，将大地坐标系下的待测数据及标准数据转换为站心坐标系下的待测数据及标准数据，通过计算站心坐标系下的E、N方向的定位误差获取水平定位误差值，通过确定可用性损失事件的个数及持续时间，进而得到可用性结果。经过坐标系下数据的转换可以得到更为精准的水平误差计算结果，从而使得可用性的评估更为准确，同时，本实施例还可以支持多维度评估，应用范围更加广泛。

图2，是本发明第二实施例提供的一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法的步骤示意图，具体为计算水平定位误差的步骤示意图，包括：

S201、将大地坐标系下的待测数据和标准数据，按照GPS的转换标准，转换为站心坐标系下的待测数据和标准数据。

将待测数据和标准数据按照GPS的转换标准，从大地坐标系转换为站心坐标系，转换公式为：

其中：

E

a：地球的长半径，常数6378137，单位：米；

Alt

Lon

Lat

S202、获取站心坐标系下待测数据的第一方向分量和标准数据的第二方向分量，计算得到站心坐标系下待测数据的方向定位误差值。

第一方向分量为待测数据的E、N方向分量，即上述E

通过计算公式：

其中：

ΔE

E

E

S203、基于得到的站心坐标系下待测数据的方向定位误差值，计算出待测数据的水平定位误差值。

水平定位误差值计算公式为：

其中：

ΔD

本发明第二实施例提供了的一种机载北斗导航系统的可用性评估的实现方法中计算水平定位误差的方法，通过将大地坐标系下的待测数据和标准数据，按照GPS的转换标准，转换为站心坐标系下的待测数据和标准数据；获取站心坐标系下待测数据的第一方向分量和标准数据的第二方向分量，计算得到站心坐标系下待测数据的方向定位误差值；基于得到的站心坐标系下待测数据的方向定位误差值，计算出待测数据的水平定位误差值。经过坐标系下数据的转换可以得到更为精准的水平误差计算结果，从而使得可用性的评估更为准确

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。