一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，涉及完好性风险测试技术领域，所述方法针对北斗全链条开展压力测试，遍历北斗定位服务潜在故障场景，实现高可靠完好性能测试。所述方法包括以下步骤：步骤1，设定完好性性能测试指标，将待测试故障场景初始化；步骤2，开展卫星

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法


[0001]本专利技术涉及完好性风险测试
，尤其涉及一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法。

技术介绍

[0002]北斗导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)涵盖我国海、陆、空等多个军民融合典型应用场景，例如海洋生态应用、智慧农机协同作业、舰载机批次全自动引导等，为保障北斗导航服务可信性，星基增强系统(Satellite Based Augmentation System，SBAS)、地基增强系统(Ground Based Augmentation System，GBAS)等兼顾精度与完好性的GNSS增强系统，被广泛应用于民航等与生命安全相关的导航应用领域。
[0003]目前我国的北斗星基增强系统(BDSBAS)正处于关键建设时期，亟需可靠测试方案，以开展系统完好性性能评估，为系统服务性能优化提供参考。北斗导航定位涉及从卫星到信号到应用平台的整条服务链路，鉴于北斗导航“卫星
‑
信号
‑
应用平台”全链条服务体系潜在面临多类型故障场景，同时为满足北斗导航定位服务高可信性需求。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，所述方法针对北斗全链条开展压力测试，遍历北斗定位服务潜在故障场景，实现高可靠完好性能测试。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1，依据应用平台所规定的安全性能要求，设定应用平台的待测试完好性性能指标，将待测试故障场景初始化；选定待测试的性能指标和操作指标，设置应用平台的分布参数，确定故障场景需求；向模拟器输入北斗卫星历书文件；
[0008]步骤2，开展卫星
‑
信号传输
‑
应用平台中全链路的应用平台测试区域范围划定，所述测试区域包括多个测试地点，每个所述测试区域确定待测试地点的经度和纬度坐标；
[0009]步骤3，选定故障北斗卫星；根据所述待测地点的经度和纬度以及所述卫星历书文件，逐个计算待测试地点可视北斗卫星的位置，并从待测试地点所有可视北斗卫星中，通过所述模拟器选定当前历元几何构型下发生完好性事件概率最大的北斗卫星，该卫星即被选为故障北斗卫星；所述可视指可接收到北斗卫星信号；
[0010]步骤4，模拟北斗卫星异常信号；所述模拟器根据所述故障北斗卫星的信号，进行模拟，依据所述故障北斗卫星的测距，添加一定误差值，得到模拟的异常信号；
[0011]步骤5，评估应用平台的完好性性能；模拟器根据步骤1输入的北斗卫星历书，模拟北斗卫星导航系统运行过程，按照步骤3确定故障北斗卫星，按照步骤4模拟北斗卫星异常；在北斗信号异常条件下，依次记录应用平台在步骤2所划分测试地点的完好性输出，计算完
好性风险；最后与步骤1所设定的待测试完好性性能指标比较，当计算完好性风险小于待测试完好性性能指标时，证明应用平台的完好性性能合格。
[0012]通过设置经度和纬度的区间，确定所述待测区域；对所述待测区域进行网格点划分，确定待测试地点的经度和纬度的坐标。
[0013]所述待测试区域的范围划定包括以下步骤：
[0014]进行测试区域大小划定：设置所述待测试区域经纬度范围Lon
°
E
‑
Lon
°
W、Lat
°
S
‑
Lat
°
N；
[0015]进行测试区域内网格点划分：将所述待测试区域划分为K
°×
K
°
的网格，选所述网格的网格线交点为所述待测地点的经、纬度参数；
[0016]计算所述待测地点的总数：Station＝[(Lon
°
E－Lon
°
W)+1]×
[(Lat
°
S－Lat
°
N)+1]/(K
°×
K
°
)；
[0017]其中，Lat为经度、Lon为纬度、K为网格点间隔。
[0018]所述模拟器通过数学模型选定所述故障北斗卫星，所述数学模型为：
[0019][0020]其中A表示量测域投影至定位域转换矩阵，S表示量测域投影至检测统计域转换矩阵，q表示定位误差方向，j表示卫星星号；q在A中表示矩阵的第q行，j表示A的第j列；j在S中表示矩阵的j行j列；设置当前几何构型下Slope
j
最大的北斗卫星为故障卫星，所述故障卫星的星号为k，在所述故障卫星k上模拟北斗卫星异常信号。
[0021]所述步骤4还包括：向所述故障卫星k，添加一定误差值，所述误差为测距误差，通过概率模型搜索获取，所述搜索的目标函数为：
[0022]max P
nd
·
P
pf
·
P
Hi
\*MERGEFORMAT(2)；
[0023]式中，P
nd
为检测失败概率、P
pf
为定位超限概率、P
Hi
为先验故障概率，所述P
Hi由
初始化参数给定，P
nd
和P
pf
通过计算得到：
[0024][0025]其中，η表示检测阈值；n表示可视卫星个数；λ表示非中心化参数；b表示测距误差；σ表示定位误差标准差；Q表示标准正态分布尾部描述函数；P
ncx
为非中心卡方分布概率分布函数；q表示定位误差方向，q在A中表示矩阵的第q行。
[0026]所述待测试性能指标包括：完好性风险指标IR
req
，告警极限l，告警时间t；所述待测试性能指标用于完好性性能评估。
[0027]所述操作指标包括：测试时长T，测试采样间隔T
s
；所述性能操作指标用于规定完好性测试时长与间隔。
[0028]所述应用平台的分布参数包括：经、纬度Lat、Lon和分布密度K；
[0029]所述故障场景需求包括：待测试故障类型H
i
，i表示故障类型编号，故障类型包括：电离层梯度异常H
I
、对流层梯度异常H
T
、卫星轨道机动H
O
、卫星钟跳变H
s
及周跳H
C
；待测试故
障对应先验故障概率P
Hi
；
[0030]所述故障场景包括重故障并发情形。
[0031]所述步骤5包括：
[0032]步骤51、定义测试样本即历元数目：根据待测试完好性性能指标IR
req
，确定待测试样本量N＝P
Hi
/IR
req
，单个测试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，依据应用平台所规定的安全性能要求，设定应用平台的待测试完好性性能指标，将待测试故障场景初始化；选定待测试的性能指标和操作指标，设置应用平台的分布参数，确定故障场景需求；向模拟器输入北斗卫星历书文件；步骤2，开展卫星
‑
信号传输
‑
应用平台中全链路的应用平台测试区域范围划定，所述测试区域包括多个测试地点，每个所述测试区域确定待测试地点的经度和纬度坐标；步骤3，选定故障北斗卫星；根据所述待测试地点点的经度和纬度以及所述北斗卫星历书文件，逐个计算待测试地点可视北斗卫星的位置，并从待测试地点所有可视北斗卫星中，通过所述模拟器选定当前历元几何构型下发生完好性事件概率最大的北斗卫星，该卫星即被选为故障北斗卫星；所述可视指可接收到北斗卫星信号；步骤4，模拟北斗卫星异常信号；所述模拟器根据所述故障北斗卫星的信号，进行模拟，依据所述故障北斗卫星的测距，添加一定误差值，得到模拟的异常信号；步骤5，评估应用平台的完好性性能；模拟器根据步骤1输入的北斗卫星历书，模拟北斗卫星导航系统运行过程，按照步骤3确定故障北斗卫星，按照步骤4模拟北斗卫星异常；在北斗信号异常条件下，依次记录应用平台在步骤2所划分测试地点的完好性输出，计算完好性风险；最后与步骤1所设定的待测试完好性性能指标比较，当计算完好性风险小于待测试完好性性能指标时，证明应用平台的完好性性能合格。2.根据权利要求1所述的基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，其特征在于，通过设置经度和纬度的区间，确定所述待测区域；对所述待测区域进行网格点划分，确定待测试地点的经度和纬度。3.根据权利要求2所述的基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，其特征在于，所述待测试区域的范围划定包括以下步骤：进行测试区域大小划定：设置所述待测试区域经纬度范围Lon
°
E
‑
Lon
°
W、Lat
°
S
‑
Lat
°
N；进行测试区域内网格点划分：将所述待测试区域划分为K
°×
K
°
的网格，选所述网格的网格线交点为所述待测地点的经、纬度参数；计算所述待测地点的总数：Station＝[(Lon
°
E－Lon
°
W)+1]
×
[(Lat
°
S－Lat
°
N)+1]/(K
°×
K
°
)；其中，Lat为经度、Lon为纬度、K为网格点间隔。4.根据权利要求3所述的基于北斗全链条故障激励的完好性测试方法，其特征在于，所述模拟器通过数学模型选定所述故障北斗卫星，所述数学模型为：其中，A表示量测域投影至定位域转换矩阵，S表示量测域投影至检测统计域转换矩阵，q表示定位误差方向，j表示卫星星号；q在A中表示矩阵的第q行，j表示A的第j列；j在S中表示矩阵的j行j列；设置当前几何构型下Slope
j
最大的北斗卫星为故障卫星，所述故障卫星的星号为k，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，刘昊，夏辉，姚曜，李亮，丁宸聪，李欣，钟雷声，朱倪瑶，赵炳秋，吴敏杰，葛学仕，陈书恒，赵雷鸣，陈佳林，叶紫晴，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二七二八部队，
类型：发明
国别省市：