一种导航卫星时变电文精度参数预报方法及系统

本发明总的来说涉及卫星导航。具体而言，本发明涉及一种导航卫星时变电文精度参数预报方法及系统。

背景技术：

1、全球卫星导航系统(global navigation satellite system，gnss)是指能够通过播发广播星历信息，向近地用户提供精准、实时和全球范围的时空信息的卫星导航系统。完好性是gnss系统的重要指标之一，其用于表征系统发生异常导致服务性能超限时向用户及时告警的能力，是决定系统是否安全可信的关键项。为了保障完好性服务能力，各gnss系统均在广播星历中播发广播星历的精度参数，对广播星历播发的卫星轨道和钟差精度进行预测。通过广播星历精度参数，向用户告知gnss卫星播发的轨道和钟差信息精度告警门限。如果广播星历的空间信号测距误差(signal in space range error，sisre)超过广播星历精度参数，则产生系统完好性风险。但当广播星历精度参数播发值过大时，会难以准确表现系统实际服务精度，造成服务可用性降低。

2、由于复杂的空天环境，很难准确预测卫星星历与钟差精度，广播星历精度参数对空间信号测距误差(sisre)存在“包的住”与“包的紧”之间的矛盾问题。目前各gnss系统为了保障系统的完好性服务能力，通常基于广播星历的sisre长期历史数据统计结果，播发大于sisre约几十倍量级的固定参数作为电文精度门限，不能客观反映系统真实服务水平，只能解决广播星历精度参数对sisre“包的住”问题，不能解决“包的紧”问题。

技术实现思路

1、为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种导航卫星时变电文精度参数预报方法，包括下列步骤：

2、根据卫星导航系统的广播星历及事后精密星历，计算广播星历轨道误差及广播星历钟差误差；

3、根据所述广播星历轨道误差及广播星历钟差误差，通过长短时记忆神经网络算法生成广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值；

4、根据所述广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值，计算广播星历轨道精度参数以及广播星历钟差精度参数；以及

5、将所述广播星历轨道精度参数以及广播星历钟差精度参数转化为广播星历精度参数等级值。

6、在本发明一个实施例中规定，计算广播星历轨道误差包括进行卫星的天线相位中心偏差修正；和/或

7、计算广播星历钟差误差包括进行卫星天线相位中心偏差修正、硬件延迟修正以及和钟差基准偏差修正。

8、在本发明一个实施例中规定，通过长短时记忆神经网络算法生成广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值包括下列步骤：

9、设置训练样本时长，根据训练样本时长选择作为训练样本的广播星历轨道误差时间序列以及广播星历钟差误差时间序列；

10、对所述广播星历轨道误差时间序列以及广播星历钟差误差时间序列进行归一化处理；

11、构造长短时记忆神经网络模型；

12、通过所述长短时记忆神经网络模型设置预测弧长，对所述广播星历轨道误差时间序列以及广播星历钟差误差时间序列进行训练及预测；以及

13、对预测结果进行反归一化计算，以生成广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值。

14、在本发明一个实施例中规定，按照采样间隔获取每个历元的广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值clk，其中广播星历轨道误差预测值包括轨道径向方向误差预测值r、轨道法向方向误差预测值n以及轨道切向方向误差预测值t。

15、在本发明一个实施例中规定，以广播星历更新周期为1小时、采样间隔为5分钟获取广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值，每小时获取12组轨道径向方向误差预测值r、轨道法向方向误差预测值n以及轨道切向方向误差预测值以及广播星历钟差误差预测值clk，将24小时内的卫星轨道及钟差预报误差预测值δi表示为下式：

16、

17、其中，i表示小时，i＝1,2，...，24。

18、在本发明一个实施例中规定，计算广播星历轨道精度参数包括：

19、根据轨道切向方向误差预测值t以及轨道法向方向误差预测值n计算广播星历轨道精度参数，每小时计算一个广播星历轨道精度参数，其中计算一小时内每个历元的轨道切平面预报精度sisaoe，i，j，并且取一小时内的轨道切平面预报精度sisaoe，i，j的最大值作为该小时的广播星历轨道精度参数sisaoe，i，表示为下式：

20、

21、其中，i表示小时，j表示一个小时内各采样点，j＝1,2，…，12。

22、在本发明一个实施例中规定，计算广播星历钟差精度参数包括：

23、根据轨道径向方向误差预测值r以及广播星历钟差误差预测值clk计算每个误差采样点的广播星历钟差精度参数rclki，j，表示为下式：

24、rclki，j＝|ri，j|+|clki，j|

25、其中，i表示小时，j表示一个小时内各采样点，j＝1,2，…，12。

26、在本发明一个实施例中规定，计算广播星历钟差精度参数包括：

27、计算多组广播星历的广播星历钟差精度参数，其中地面一次向卫星上注一天的广播星历，广播星历的更新周期为一小时，共上注24组广播星历；

28、在计算每组广播星历的广播星历钟差精度参数时，选择以该组广播星历的参考时间t0为起点的一小时内的钟差预报误差时间序列进行拟合；

29、如果参考时间t0距离当前时间小于26小时，使用一阶线性模型拟合广播星历钟差精度参数的常数项参数sisa′ocb，i及速度项参数sisaoc1i，如果参考时间t0距离当前时间大于等于26小时，使用二阶线性模型拟合广播星历钟差精度参数的常数项参数sisa′ocb，i、速度项参数sisaoc1，i以及加速度项参数sisaoc2，i，表示为下式：

30、rclki，j＝sisa′ocb，i+sisaoc1，i*(tj-t0) t-t0，i≤26h

31、rclki，j＝sisa′ocb，i+sisaocl，i*(t-t0)+sisaoc2，i*(tj-t0)2 t-t0，i＞26h

32、其中，i表示第i组广播星历，t表示当前计算时间，t0，i表示第i组广播星历的参考时间，tj表示计算第i组广播星历时所使用的钟差预报误差时间序列内每个钟差误差采样点的时间；

33、计算第i组广播星历所使用的钟差预报误差时间序列的均方差信息rms(rlck)i，表示为下式：

34、以及

35、选择拟合模型中的偏差项和钟差时间序列均方差信息的最大值作为第i组广播星历钟差精度参数的偏差项sisaocb，i，表示为下式：

36、sisaocb，i＝max[sisa′ocb，i，rms(rclk)i]。

37、在本发明一个实施例中规定，广播星历精度参数等级值包括广播星历轨道精度参数等级值sisaioe、广播星历钟差精度常数项参数等级值sisaiocb、广播星历钟差精度速度项参数等级值sisaioc1以及广播星历钟差精度加速度项参数等级值sisaioc2，其中广播星历轨道精度参数等级值sisaioe、广播星历钟差精度常数项参数等级值sisaiocb取索引关系表中的上限值，广播星历钟差精度速度项参数等级值sisaioc1以及广播星历钟差精度加速度项参数等级值sisaioc2的转化表示为下式：

38、sisaioc1＝-log2sisaoc1-14

39、sisaioc2＝-log2sisaoc1-28。

40、本发明还提出一种导航卫星时变电文精度参数预报系统，包括：

41、广播星历误差计算模块，其被配置为根据卫星导航系统的广播星历及事后精密星历，计算广播星历轨道误差及广播星历钟差误差；

42、广播星历误差预测模块，其被配置为根据所述广播星历轨道误差及广播星历钟差误差，通过长短时记忆神经网络算法生成广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值；

43、广播星历精度参数计算模块，其被配置为根据所述广播星历轨道误差预测值以及广播星历钟差误差预测值，计算广播星历轨道精度参数以及广播星历钟差精度参数；以及

44、广播星历精度参数等级值转化模块，其被配置为将所述广播星历轨道精度参数以及广播星历钟差精度参数转化为广播星历精度参数等级值。

45、本发明至少具有如下有益效果：本发明能够有效提升广播星历精度参数对广播星历空间信号误差的包络能力，从而提高广播星历精度参数的完好性服务能力。其原因在于，广播星历在更新时可能因为信息处理数据源变化造成电文精度跳变，系统真实播发的广播星历精度参数无法预测相关跳变，在电文精度跳变时，出现漏包络风险，而本发明计算的广播星历精度参数能够准确预测电文更新引起的精度跳变，因此计算的广播星历精度参数对广播星历空间信号误差的包络能力能够达到100％。