用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测方法

摘要

一种卫星导航技术领域的用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测系统及方法，该系统包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块。本发明解决了现有卫星导航系统脆弱性影响因素的监测过程复杂且缺乏定量判断标准的技术问题，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高脆弱性影响因素的监测效率，使得全球导航卫星系统的脆弱性监测与判断有系统、快速、准确的实现途径。

主权项

一种用于GPS的基于影响因素特征的脆弱性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、脆弱性监测系统启动，在监测设备上设定需要监测的目标系统信号，得到所有卫星信号的集合M＝{x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，......，x_N(t)}，并且得到初始集合的大小N，其中：x_i(t)表示在选定频点上不同类型的信号，N表示信号类型总数；步骤二、根据目标频段的系统信息，从脆弱性监测系统处获得GPS的卫星导航信号的信息列表；步骤三、对实时导航电文进行电文一致性评估：监测来自脆弱性监测系统实测的实时导航电文，根据其中的轨道信息，进行当前卫星坐标的推算，将得到的卫星坐标推算结果与来自IGS服务器的精确预报星历中的卫星坐标进行对比，得到每颗卫星的当前推算坐标与预测坐标的偏差值其中：x₀、y₀、z₀分别表示根据实测导航电文推算出的卫星坐标，x、y、z表示从IGS服务器单元精确预报星历中得到的卫星坐标，当偏差值未超过设定阈值则判定导航电文正确并执行步骤四，否则判定导航电文异常并进一步判定为发生了系统电文异常或者产生式欺骗干扰；因为产生式欺骗干扰会先导致接收机信号质量的下降，以至接收机失锁才能完成欺骗，故要结合步骤四的信号质量评估来判断到底是系统电文异常还是产生式欺骗干扰；步骤四、信号质量评估：监测接收到的最小信号功率是否达到或超过ICD指定数值，当小于等于ICD指定数值则认为出现产生式欺骗，否则认为是系统电文异常；步骤五、采用IONEX和Klobuchar两个模型结合的方式进行基于电离层异常的大气环境评估，具体为：设定Klobuchar延迟的2倍作为延迟阈值，当IONEX延迟值延迟超出延迟阈值时，即当时，则判定电离层异常发生，否则认为电离层正常，其中：ΔIONEX表示根据IONEX模型实时计算的电离层延迟，ΔKlobuchar表示根据Klobuchar模型实时计算的电离层延迟；步骤六、完好性监测评估：软件接收机模块通过卫星间观测数据，利用SAIM算法，从系统内判断卫星故障状况，并得到当前异常工作的卫星信息，同时利用RAIM算法判断卫星通道故障情况，并得到当前测量值错误的通道信息；步骤七、接收机定位误差监测：软件接收机模块得到当前定位误差并与设定阈值进行比较，当当前定位误差未超过设定阈值，则判定定位误差处于可接受范围判断无脆弱性事件，否则判定定位误差过大，判断肯定存在脆弱性影响因素，最后软件接收机模块根据比较结果生成定位误差结果；步骤八、将步骤三到步骤七得到的导航电文、信号质量、大气环境、完好性监测及定位误差结果，输入至脆弱性监测系统，得到系统脆弱性信息；所述的系统包括：控制计算模块、评估计算模块、空间段脆弱性仿真模块、软件接收机模块和监测站模块，其中：控制计算模块与空间段脆弱性仿真模块相连并传输脆弱性因素生成参数，空间段脆弱性仿真模块分别向监测站模块传输电子浓度、对流层模型参数、电离层闪烁参数和/或电离层模型参数，并向软件接收机模块传输星间链路测距值，评估计算模块分别与空间段脆弱性仿真模块、监测站模块和控制计算模块连接，利用空间段脆弱性仿真模块和监测站模块生成的各种脆弱性因素模拟数据计算评估结果并将结果反馈给控制计算模块。