一种天地协同PNT网络监测评估方法

技术领域

本发明属于导航信号监测评估技术领域，特别是指一种天地协同PNT网络监测评估方法。

背景技术

天地协同PNT网络是新一代国家综合PNT网络原型，天地协同PNT网络以北斗系统为基础，融合低轨星、伪卫星、5G等多种导航源，构建天地协同高可信全球服务能力。目前，需要对天地协同PNT网络服务性能进行实时全面监测评估，从而在导航系统异常时，实时为用户发布告警信息，同时为天地协同PNT网络的运行维护、升级建设提供支撑。

传统的PNT服务性能监测评估体系架构仅适用于GNSS卫星导航系统，无法实现天地协同PNT网络的监测评估。目前，适用于天地协同PNT网络的监测评估方案尚属空白。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种天地协同PNT网络监测评估方法。本方法能够对天地协同PNT网络服务性能进行实时全面监测评估，当导航系统异常时实时为用户发布告警信息，为天地协同PNT网络的运行维护、升级建设提供支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种天地协同PNT网络监测评估方法，包括如下步骤：

(1)实时获取全球分布的GNSS监测站点、GNSS/LEO监测站点、低轨星载接收机，以及室内伪卫星监测站点和5G信号监测站点的数据，并接入监测评估中心云平台，在监测评估中心云平台上开展天地协同PNT网络监测评估；

(2)监测评估中心云平台基于低轨星载接收机观测数据，对GNSS星座状态、导航信号和服务性能进行监测与评估，对不符合要求的指标项进行实时告警；

(3)监测评估中心云平台基于GNSS监测站点、GNSS/LEO监测站点的数据，对GNSS和低轨卫星融合的卫星星座状态和服务性能进行监测评估，对不符合要求的指标项进行实时告警；

(4)监测评估中心云平台基于室内伪卫星监测站点监测数据，对伪卫星的星座状态、导航信号和服务性能进行实时监测与评估，对不符合要求的指标项进行实时告警；

(5)监测评估中心云平台基于接收到的5G信号，对5G信号的通信性能、定位性能进行实时监测与评估，对不符合要求的指标项进行实时告警；

(6)监测评估中心云平台以推送方式提供低轨星载接收机、GNSS、GNSS/LEO、室内伪卫星和5G信号的实时监测评估数据，并以访问方式提供基于实时监测评估数据生成的多维度实时可视化信息；

(7)用户通过远程Web安全访问模式，获取监测评估中心云平台提供的多维度实时可视化信息；此外，通过用户终端或者App，获取监测评估中心云平台推送的实时监测评估数据。

进一步地，所述监测评估中心云平台包括数据筛选服务单元、数据算法服务单元、数据整理服务单元和后端服务单元；其中，数据筛选服务单元对数据进行合法性验证，剔除由于监测站本身异常导致的异常数据，将监测站数据写入消息队列；数据算法服务单元用于执行各类监测评估算法，各类监测评估算法从消息队列订阅相应的数据进行监测评估业务，并将监测评估结果存入数据库；数据整理服务单元依据监测评估算法的需求，对数据库存储的数据进行统计，得到监测评估指标结果；后端服务单元对用户信息、系统运行过程进行管理，并实现数据前端展现与数据存储之间的接口。

进一步地，步骤(1)的具体方式为：

监测评估中心云平台接收来自全球分布或者重点区域分布的GNSS监测站点、GNSS/LEO监测站点、低轨星载监测接收机，以及室内伪卫星监测站点和5G监测站点的实时数据，在监测评估中心云平台上开展空间段、地面段和用户段协同监测评估；

其中，空间段监测评估基于低轨星载监测接收机采集的GNSS观测数据和星历数据，对GNSS空间的星座状态、导航信号和服务性能进行监测评估；

地面段监测评估基于GNSS监测站点、GNSS/LEO监测站点，以及室内伪卫星监测站点和5G监测站点的实时数据，对GNSS、GNSS+低轨导航卫星星座状态、导航信号、导航信息和服务性能进行监测评估，对5G信号性能以及北斗+5G定位性能进行监测评估；

用户段监测评估基于用户智能终端传输至监测评估中心云平台的观测数据，对用户本身的导航信号性能和服务性能进行监测评估，并生成用户区域内导航服务性能监测结果。

进一步地，步骤(2)的具体方式为：

(201)通过低轨卫星地面远控系统获取来自低轨卫星星载接收机的观测数据；

(202)基于下式对GNSS星座状态、导航信号和服务性能的指标项进行告警：

式中，j＝1,2,…，5为索引，分别对应指标基于低轨星载接收机观测数据的DOP值、载噪比稳定度、观测数据多路径效应、精密定位和伪距定位精度；

进一步地，步骤(3)中，基于下式对GNSS和低轨卫星融合的卫星星座状态和服务性能的指标项进行告警：

式中，j＝1,2,…，12为索引，分别对应高低轨卫星融合全球DOP值、DOP可用性、伪距定位精度、精密定位精度、测速精度、授时精度、伪距定位精度可用性、伪距定位连续性、精密定位可用性、精密定位连续性、授时连续性和授时可用性；

进一步地，步骤(4)中，基于下式对伪卫星的星座状态、导航信号和服务性能的指标项进行告警：

式中，j＝1,2,…，14为索引，分别对应伪卫星星座PDOP值、信号功率稳定度、码伪距相位稳定性、载波相位稳定性、不同频点相同测距码一致性、相同频点不同通道测距码一致性、载波相位稳定度、码相位稳定度、定位精度、测速精度、定位可用性、测速可用性、定位连续性、测速连续性；

进一步地，步骤(5)中，基于下式对5G信号的通信性能、定位性能的指标项进行告警：

式中，j＝1,2,…，7为索引，分别对应指标通信速率、接收电平、信噪比、接入时延、定位精度、载波稳定度、伪距稳定度；

进一步地，步骤(6)中，多维度实时可视化信息的生成方式为：

(601)采用星空图、热力图、折线图、柱状图的形式对实时监测评估数据进行多维度可视化；

(602)对监测评估中心云平台上软件的运行状态、线程数和告警信息进行多维度可视化；

(603)对监测评估中心云平台的内存、CPU、网络传输性能进行多维度可视化；

(604)对地面监测网的运行状态进行多维度可视化，显示地面监测站在全球的分布信息以及站点实时运行状态。

进一步地，步骤(7)的具体方式为：

在监测评估中心云平台上部署Web服务网站，监测评估中心云平台通过赋权的模式，提供远程访问权限，用户远程注册并登陆Web服务器，获取多维度实时可视化数据；

监测评估中心云平台采用NTRIP通信协议实时加密传输数据，用户在用户终端或者App上进行注册，获取用户名和密码，由监测评估中心云平台的后台管理员统一分配标识号，然后进行实时监测数据产品的推送。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明能够形成涵盖北斗、低轨导航星、伪卫星、5G等多种导航源融合的监测评估体系，解决传统体系涵盖监测评估导航源不全面的问题。

2、本发明的服务模式涵盖了系统侧和用户侧，可解决监测评估领域用户段监测信息赋能问题。

3、本发明可实现天地协同PNT网络服务性能的实时全面监测评估以及导航服务异常时的实时监测警信息，为天地协同PNT网络的运行维护、升级建设以及用户应用提供支撑。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

一种天地协同PNT网络监测评估方法，可对天地系统PNT网络进行全面监测评估。本方法首先实时获取全球分布的GNSS监测站点、GNSS/LEO监测站点、低轨星载接收机，以及室内伪卫星监测站点和5G信号监测站点数据，并接入监测评估中心云平台，在监测评估中心云平台上开展天地协同PNT网络监测评估，其次对不符合要求的指标项进行实时告警，最后对基于低轨星载接收机、GNSS、GNSS/LEO、室内伪卫星和5G信号监测评估结果进行多维度实时可视化和实时监测数据推送，并通过远程Web安全访问模式，获取多维度可视化监测数据。

如图1和图2所示，该方法包括如下步骤：

(1)监测评估云平台接收来全球分布的30个iGMAS站点、20个IGS站点，国内分布的自建的GNSS/LEO监测站点、160个仿真的低轨星载GNSS接收机观测数据和星历、12个室内伪卫星监测站点、8个5G和100个智能终端监测站点数据，并对数据进行合法性验证，包括GNSS、低轨导航卫星、伪卫星星历数据的多站一致性比较、观测数据野值、以及数据质量。

(2)基于160个低轨星载接收机观测数据和星历数据对GNSS星基DOP值、星基载噪比稳定度、星基观测数据多路径效应、星基精密定位、星基伪距定位精度监测评估；

(201)GNSS星座状态、信号性能和服务性能监测评估内容包括基于低轨星载接收机观测数据的DOP值、载噪比稳定度、观测数据多路径效应、精密定位和伪距定位精度；

(202)基于低轨星基观测数据监测评估告警阈值

(3)基于30个iGMAS站点、20个IGS站点，国内分布的自建的GNSS/LEO监测站点和模拟的160个低轨星对GNSS和低轨卫星星座状态、导航信号、导航信息和服务性能，以及GNSS和低轨卫星融合卫星星座状态和服务性能进行监测评估，对不符合要求的指标项进行实时告警；

(301)GNSS或者低轨卫星的监测评估指标包括全球DOP值、DOP值可用性、载噪比稳定度、卫星轨道误差、卫星钟差误差、空间信号精度、伪距定位精度、精密定位精度、测速精度、授时精度、伪距定位精度可用性与连续性、精密定位精度可用性与连续性、授时精度连续性与可用性；GNSS和低轨卫星融合监测评估指标包括DOP值以及DOP可用性、伪距定位精度、精密定位精度、测速精度、授时精度、伪距定位精度可用性与连续性、精密定位精度可用性与连续性、授时精度连续性与可用性；

(302)GNSS和低轨卫星联合服务性能监测评估告警阈值

(4)基于室内伪卫星监测站点监测数据，对伪卫星的星座状态、导航信号和服务性能进行实时监测与评估，对不符合要求的指标项进行实时告警，具体方式为：

(401)伪卫星的星座状态、导航信号和服务性能具体内容包括伪卫星星座PDOP值、信号功率稳定度、码相位稳定性、载波相位稳定性、不同频点相同测距码一致性、相同频点不同通道测距码一致性、定位精度、测速精度、定位可用性、测速可用性、定位连续性、测速连续性；

(402)基于室内伪卫星的监测评估告警阈值

(5)基于接收到的5G信号，对5G信号的通信性能、定位性能进行实时监测与评估，对不符合要求的指标项进行实时告警，具体方式为：

(501)基5G信号的通信性能、定位性能包括通信速率、接收电平、信噪比、接入时延、定位精度。

(502)5G信号监测评估告警

(6)基于低轨星载接收机、GNSS、GNSS/LEO、室内伪卫星和5G信号监测评估结果生成多维度实时可视化数据，以推送方式提供时监测数据，以访问方式提供多维度实时可视化信息；

(601)在监测评估中心部署专用的Web服务网站，用户通过远程注册、登陆，监测评估中心通过赋权的模式，提供远程访问权限，为用户提供实时监测评估态势产品服务，态势信息多维度可视化包括折线图、柱状图、饼图、热力图等。

(602)监测评估中心采用NTRIP通信协议实时加密传输实时数据方式，向用户推动监测信息。用户通过注册，获取用户名和密码，由监测评估中心后台管理员统一分配标识号，然后进行数据产品推送。

(7)用户通过远程Web安全访问模式，获取监测评估中心云平台提供的多维度实时可视化信息；此外，通过用户终端或者App，获取监测评估中心云平台推送的实时监测评估数据。

总之，本发明构建了天地协同PNT网络监测评估体系与方法，填补了天地协同PNT网络的监测评估体系与方法空白，能够对天地协同PNT网络服务性能进行实时全面监测评估，当导航系统异常时能够实时为用户发布告警信息，从而为天地协同PNT网络的运行维护、升级建设提供支撑。