多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统。

背景技术

北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-base Augmentation System，BDSBAS)是北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)重要组成部分与重要基础设施，旨在利用一定数量的地面监测站对导航卫星信号进行连续跟踪观测，处理形成相应的广域差分改正数和完好性信息，并通过地球同步轨道(GEO)卫星播发，面向民航、海事、铁路等应用领域，提高用户实时定位精度与完好性预警能力，满足用户高精度高完好性应用需求。

图1所示为北斗星基增强系统的结构示意图，地面运行控制中心是北斗星基增强业务与运行管理的核心，主要包括规划管控系统、数据处理系统、上行注入系统、数据分析系统以及监测站等，其中，数据处理系统负责BDSBAS各类电文参数的处理；规划管控系统负责BDSBAS电文的编排与监测；上行注入系统负责BDSBAS电文的上注；数据分析系统负责BDSBAS电文的辅助监测；监测站负责北斗和其它GNSS星地观测数据的采集。各系统/监测站的稳定运行是北斗星基增强服务连续、可靠的关键要素之一。同时，为了加强对BDSBAS-B1C电文及服务性能监测，还需从用户角度进行离线分析与评估。

BDSBAS-B1C信号是指调制于BDS B1C频点(1575.42MHz)的伪距测量噪声(pseudo-random noise，PRN)码，基于该频点信号播发的星基增强电文(以下简称“BDSBAS-B1C电文”)与国际航空用户的安全息息相关，如何对完整的电文信息流进行全面、无缝的监测与告警，避免各类操作对电文播发连续性的影响，具有极其重要的意义，但我国尚缺少一套适用于北斗星基增强系统的BDSBAS-B1C电文实时监测与故障快速识别的方法。因此，需要发明一种即符合国际标准约定，又符合我国BDS系统特性的BDSBAS电文的强实时监测方法，实现播发电文缺失原因的快速定位，进而确保BDSBAS电文播发的连续性与可用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统，以解决现有技术中无法实现北斗星基增强系统的BDSBAS-B1C电文实时监测与故障快速识别等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统，包括：

第一监测模块，第二监测模块和第三监测模块；

所述第一监测模块用于监测地面运行控制中心的数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，和/或监测地面运行控制中心的规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数；

所述第二监测模块用于监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，和/或监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容；

所述第三监测模块用于监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能、回收电文更新周期、回收电文内容、电文注入回执信息中的至少一种。

进一步地，所述监测地面运行控制中心的数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：

监测所述数据处理系统生成的BDSBAS-B1C电文产品的参数，和/或监测所述数据处理系统发送至规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数。

进一步地，所述监测数据处理系统生成的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：

监测数据处理系统获取的星地观测数据的参数，和/或监测数据处理系统解算BDSBAS-B1C电文产品的解算有效性参数；

所述星地观测数据的参数，包括伪距相位、传输时延、入站率中的至少一种参数；

所述解算有效性参数，包括解算组数、参数值范围、计算时延中的至少一种参数。

进一步地，所述监测数据处理系统发送至规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：

监测数据处理系统编排BDSBAS-B1C电文产品的编排有效性参数，和/或监测数据处理系统发送BDSBAS-B1C电文产品的发送周期；

所述编排BDSBAS-B1C电文产品的编排有效性参数，包括BDSBAS-B1C电文产品的信息组数、信息长度、编排时延、数据龄期中的至少一种参数。

进一步地，所述监测地面运行控制中心的规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：

监测所述规划管控系统接收到BDSBAS-B1C电文产品的接收周期，和/或监测所述规划管控系统编排上注电文的编排有效性参数；

所述编排上注电文的编排有效性参数，包括上注电文的信息分组、信息长度、格式编排、参数值范围、编排时延中的至少一种参数。

进一步地，所述监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，具体包括：

实时监听地面运行控制中心的数据处理系统发送至规划管控系统的第一BDSBAS-B1C电文，和规划管控系统发送至上行注入系统的第二BDSBAS-B1C电文，并比对第一BDSBAS-B1C电文和第二BDSBAS-B1C电文的内容。

进一步地，所述监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容，具体包括：

监听所述上行注入系统对上注电文进行二次编排后的第一电文，和所述上行注入系统将二次编排后的上注电文通过发射终端小环链路回收的第二电文，并比对第一电文和第二电文的内容。

进一步地，所述监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能，具体包括：

实时接收卫星播发的广播星历、星钟参数和BDSBAS-B1C下播电文，并实时监测BDSBAS-B1C空间信号的精度、定位精度、连续性参数和可用性参数中的一种或多种；

以及，根据离线保存的卫星播发的广播星历、星钟参数和BDSBAS-B1C下播电文，监测BDSBAS-B1C空间信号的精度、定位精度、连续性参数和可用性参数中的一种或多种。

进一步地，所述监测回收电文内容，具体包括：

实时监听至少三个不同的监测站回收的BDSBAS-B1C下播电文，并比对所述至少三个不同的监测站回收的BDSBAS-B1C下播电文的内容。

优选地，所述系统还包括监测结果处理模块；

所述监测结果处理模块，用于接收所述第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块发送的监测结果，并将所述监测结果可视化。

本发明有益效果如下：

第一，内部监测与外部监测相结合。本发明采用了采用地面运行控制中心内部监测与用户外部监测相结合的方式，对BDSBAS-B1C电文进行全面监测。

第二，单点监测与大小环监测相结合。本发明以BDSBAS-B1C电文信息流为牵引，采用多系统、多监测点、多要素相结合的BDSBAS-B1C电文小环和大环监测方案，地面运行控制中心在数据处理系统、规划管控系统、数据分析系统、上行注入系统和用户段共构建由单点监测、小环监测、大环监测相结合的监测体系。

第三，信息与服务性能监测相结合。本发明基于信息和服务性能两个维度进行了监测，从信息监测来看，BDSBAS-B1C电文监测涵盖了所有播发的电文信息类型，从服务性能监测来看，BDSBAS-B1C电文监测涵盖了定位精度、授时精度及服务连续性、可用性监测。

第四，在线监测与离线评估相结合。本发明采用地面运行控制中心实时监测与用户评估域离线评估相结合的方式，分层级对BDSBAS电文和服务性能进行监测与评估。

附图说明

图1是现有技术中北斗星基增强系统的结构示意图；

图2是本发明的第一实施例的多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统的结构示意图；

图3是快变改正数信息编排格式示意图；

图4是电离层延迟改正数信息编排格式示意图；

图5是本发明的第二实施例的多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例一

本发明公开了一种多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统，通过构建内部监测与外部监测相结合、单点监测与大小环监测相结合、信息与服务性能监测相结合、在线监测与离线监测相结合的监测系统，为用户提供BDSBAS-B1C电文性能监测。

图2是本发明的多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统的结构图，包括：第一监测模块1，第二监测模块2和第三监测模块3。

其中，第一监测模块1用于监测地面运行控制中心的数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，和/或监测地面运行控制中心的规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数。

第二监测模块用于监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，和/或监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容。

第三监测模块用于监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能、回收电文更新周期、回收电文内容、电文注入回执信息中的至少一种。

本实施例中，第一监测模块1基于参数特征对数据处理系统，和规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品进行监控。

其中，第一监测模块1监测数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：监测数据处理系统生成的BDSBAS-B1C电文产品的参数，和/或监测数据处理系统发送至规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数。

也就是说，第一监测模块1对于数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数监测，主要包括数据处理系统生成BDSBAS-B1C电文产品的生成环节，以及将BDSBAS-B1C电文产品发送至规划管控系统的发送环节进行监控。

进一步地，第一监测模块1监测数据处理系统生成的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：监测数据处理系统获取的星地观测数据的参数，和/或监测数据处理系统解算BDSBAS-B1C电文产品的解算有效性参数。

其中，星地观测数据的参数，包括伪距相位、传输时延、入站率中的至少一种参数，对上述参数值进行监测，当出现伪距相位异常跳变范围超过4m、传输时延超过3s、半数以上监测站数据入站率为0等现象时，即可得到星地观测数据异常的监测结果。

数据处理系统解算BDSBAS-B1C电文产品的解算有效性参数，包括解算组数、参数值范围、计算时延中的至少一种参数，对上述参数进行监测，当出现解算组数为0、参数值范围超限、计算超时等现象时，即可得到数据处理系统解算BDSBAS-B1C电文产品的解算有效性异常的监测结果。BDSBAS-B1C电文产品主要包括快变改正数、慢变改正数、电离层延迟改正数、GEO卫星导航电文等。分别对上述电文产品解算的解算有限性参数进行监测，即可得到解算有效性是否异常的监测结果。

例如，BDSBAS-B1C电文产品中，快变改正数的编排格式如图3所示，快变改正数用12bit补码表示，量化单位为0.125m，有效范围为-256.00m～255.875m，当出现快变改正数解算组数为0、参数值范围超出-256.00m～255.875m、计算超时等现象时，即可得到数据处理系统解算快变改正数的解算有效性异常的监测结果。

BDSBAS-B1C电文产品中，慢变改正数包含三维位置修正量δx、δy、δz，三维速度修正

BDSBAS-B1C电文产品中，电离层延迟改正数的编排格式如图4所示，电离层延迟改正数的信息长度为9bit，量化单位为0.125m，有效范围为0m～63.875m，当出现电离层延迟改正数解算组数为0、参数值范围超出0m～63.875m、计算超时等现象时，即可得到数据处理系统解算电离层延迟改正数的解算有效性异常的监测结果。

BDSBAS-B1C电文产品中，GEO卫星导航电文包含提供SBAS服务的GEO卫星在地固系中的位置X

同理，可对其他BDSBAS-B1C电文产品的解算组数、参数值范围、计算时延等有效性参数进行监测，并得到解算有效性是否异常的监测结果。

本实施例中，第一监测模块1监测数据处理系统发送至规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：监测数据处理系统编排BDSBAS-B1C电文产品的编排有效性参数，和/或监测数据处理系统发送BDSBAS-B1C电文产品的发送周期。

其中，编排BDSBAS-B1C电文产品的编排有效性参数，包括BDSBAS-B1C电文产品的信息组数、信息长度、编排时延、数据龄期中的至少一种参数。BDSBAS-B1C电文产品主要包括星基增强快变改正数、星基增强慢变改正数、星基增强GEO卫星导航电文、基增强电离层延迟改正数等，现有技术中规定了具体各类信息的编排格式，在此不再赘述。当监测到BDSBAS-B1C电文产品的信息组数为0、信息长度超限、编排时延、数据龄期跳变等现象时，即可得到数据处理系统编排的BDSBAS-B1C电文产品的编排有效性异常的监测结果。

根据数据处理系统对BDSBAS-B1C电文中不同类型信息发送周期特性，按照更新周期要求，BDSBAS-B1C电文主要分为3类：6s更新电文、120s更新电文、240s更新电文。第一监测模块1监测数据处理系统发送BDSBAS-B1C电文产品的发送周期，当出现对应周期的电文产品的发送周期不匹配时，即可得到数据处理系统发送BDSBAS-B1C电文产品的发送周期异常的监测结果。

本实施例中，第一监测模块1监测地面运行控制中心的规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，具体包括：监测规划管控系统接收到BDSBAS-B1C电文产品的接收周期，和/或监测规划管控系统编排上注电文的编排有效性参数。

其中，根据规划管控系统对BDSBAS-B1C电文中不同类型信息接收周期特性，按照电文更新周期要求，监测规划管控系统接收到BDSBAS-B1C电文产品的接收周期，当出现对应周期的电文产品的接收周期不匹配时，即可得到规划管控系统接收到BDSBAS-B1C电文产品的接收周期异常的监测结果。

根据BDSBAS-B1C上注电文的信息分组、信息长度、格式编排、参数范围、编排时延等参数特性，第一监测模块1监测规划管控系统编排上注电文的信息分组、信息长度、格式编排、参数值范围、编排时延中的至少一种编排有效性参数，当出现信息分组异常、信息长度超限、编排失败、编排超过300ms、参数值超限等现象时，即可得到规划管控系统编排上注电文的编排有效性参数异常的监测结果。

本实施例中，第二监测模块2用于监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，和/或监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容。

其中，根据数据处理系统生成BDSBAS-B1C电文发往规划管控系统、规划管控系统进行电文编排后生成上注电文发往上行注入系统的电文生成流程，第二监测模块2监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，具体包括：实时监听地面运行控制中心的数据处理系统发送至规划管控系统的第一BDSBAS-B1C电文，和规划管控系统发送至上行注入系统的第二BDSBAS-B1C电文，并比对第一BDSBAS-B1C电文和第二BDSBAS-B1C电文的内容。当出现第一BDSBAS-B1C电文的电文内容和第二BDSBAS-B1C电文的电文内容不一致的现象时，即可得到地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容异常的监测结果。

根据上行注入系统对上注电文进行二次编排发往卫星、卫星再次编排后形成BDSBAS-B1C下播电文至用户的电文转发流程，第二监测模块2监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容，具体包括：监听上行注入系统对上注电文进行二次编排后的第一电文，和上行注入系统将二次编排后的上注电文通过发射终端小环链路回收的第二电文，并比对第一电文和第二电文的内容。当出现第一电文的电文内容和第二电文的电文内容不一致的现象时，即可得到地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容异常的监测结果。

本实施例中，第三监测模块3用于监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能、回收电文更新周期、回收电文内容、电文注入回执信息中的至少一种。

其中，第三监测模块3用于监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能，具体包括：第三监测模块3实时接收卫星播发的广播星历、星钟参数和BDSBAS-B1C下播电文，并实时监测BDSBAS-B1C空间信号的精度、定位精度、连续性参数和可用性参数中的一种或多种。当出现BDSBAS-B1C空间信号精度跳变超过0.5m、定位精度超过4m、服务中断超过240s、BDSBAS-B1C空间信号精度衰变、定位精度衰变、服务可用性下降、服务区域缩减等缓变异常现象时，即可实时得到BDSBAS-B1C空间信号的服务性能异常的监测结果。

此外，第三监测模块3根据离线保存的卫星播发的广播星历、星钟参数和BDSBAS-B1C下播电文，监测BDSBAS-B1C空间信号的精度、定位精度、连续性参数和可用性参数中的一种或多种。当出现BDSBAS-B1C空间信号精度跳变/衰变、定位精度超限/衰变、服务可用性下降、服务区域缩减等缓变异常现象时，即可得到BDSBAS-B1C空间信号的服务性能异常的监测结果。

第三监测模块3监测回收电文更新周期，具体包括：第三监测模块3实时监测BDSBAS-B1C下播电文更新周期，以及，第三监测模块3离线监测BDSBAS-B1C下播电文更新周期，当出现播发周期异常等现象时，即可得到回收电文更新周期异常的监测结果。

第三监测模块3监测回收电文内容，具体包括：实时监听至少三个不同的监测站回收的BDSBAS-B1C下播电文，并比对至少三个不同的监测站回收的BDSBAS-B1C下播电文的内容。当不存在至少3个监测站回收电文比对一致的异常情况时，或者，当上行注入电文与3个监测站(可配置)回收电文比对不一致时，即可得到回收电文内容异常的监测结果。

第三监测模块3监测电文注入回执信息，具体包括：第三监测模块3基于卫星回传遥测信息中的注入回执信息，判定注入成功、未收到校验结果、注入设备无回执、卫星不可注入、注入失败等注入状态。当注入不成功时，即可得到电文注入回执信息异常的监测结果。

实施例二

本发明的第二实施例的多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统的结构示意图如图5所示，通过构建内部监测与外部监测相结合、单点监测与大小环监测相结合、信息与服务性能监测相结合、在线监测与离线监测相结合的监测系统，为用户提供BDSBAS-B1C电文性能监测。

本实施例的多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统，包括：第一监测模块1，第二监测模块2，第三监测模块3；还包括监测结果处理模块4。

其中，第一监测模块1用于监测地面运行控制中心的数据处理系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数，和/或监测地面运行控制中心的规划管控系统的BDSBAS-B1C电文产品的参数。

第二监测模块2用于监测地面运行控制中心的系统间传输的BDSBAS-B1C电文的内容，和/或监测地面运行控制中心的上行注入系统的上注电文的内容。

第三监测模块3用于监测BDSBAS-B1C空间信号的服务性能、回收电文更新周期、回收电文内容、电文注入回执信息中的至少一种。

监测结果处理模块4，用于接收第一监测模块1、第二监测模块2和第三监测模块3发送的监测结果，并将监测结果可视化，可视化技术可采用现有成熟技术。此外，监测结果处理模块4也可将接收到的监测结果保存于本地，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种多点监测融合的BDSBAS-B1C电文性能监测系统，通过构建内部监测与外部监测相结合、单点监测与大小环监测相结合、信息与服务性能监测相结合、在线监测与离线监测相结合的监测系统，能够对在线系统播发的强实时电文进行实时监测，实践验证表明利用本发明的BDSBAS-B1C电文性能监测系统对BDSBAS-B1C电文异常定位与诊断的时间优于6s，填补BDSBAS-B1C电文注入监测与故障快速诊断的空白。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。