一种面向PBN运行的GPS/DME深组合导航数据融合方法及系统

背景技术：

2.目前，民航飞机基于性能的导航(pbn)的运行主要利用全球卫星导航系统(gps)，利用gps卫星的冗余确保机载导航系统的精度、完好性满足pbn运行需求。但在飞行环境复杂、卫星信号易遮挡地区，机载gps接收机所接收到的可见星数量会急剧下降，导致卫星数量无法满足完好性计算要求，甚至无法完成导航计算，这种情况下，单纯依赖卫星信号的gps接收机无法提供pbn运行的导航精度和完好性服务，给飞行安全造成极大的安全隐患。3.现有的pbn运行所需要的精度和完好性指标主要通过gps/irs组合导航来实现，但gps/irs组合导航主要是提高导航精度并确保导航的连续性，在gps卫星数量较少时，只能提供基本的导航数据，无法提供完好性功能，且由于irs误差是随时间的增加而增长的，导航精度也将降低到无法满足pbn要求。dme/dme导航作为机载导航的备用模式，只能提供基本的飞机位置信息，无法提供pbn运行的导航精度和完好性。现阶段，在出现卫星信号遮挡、信号干扰或丢失等无法提供足够可见卫星数量(至少6颗)或卫星空间几何布局不合理的情况下，飞机只能退出pbn运行，这给飞机的飞行造成极大的不便与风险。4.针对上述问题，本发明提供一种利用gps/dme深组合的导航数据融合算法，在gps可见卫星数量不足或卫星空间几何布局不合理的情况下，将dme询问器的测距信息作为导航计算的补充信息源，并根据gps和dme的误差特点，采用加权最小二乘法将gps接收机数据和dme测距数据进行融合，提供满足pbn运行需求的导航性能指标。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法及系统，以解决可见卫星数量不足或卫星空间几何布局不合理的情况下，机载导航系统无法支持飞机pbn运行的情况。6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法：包括以下步骤：7.步骤1，根据gps测量数据和环境约束限制进行gps导航定位计算和pbn运行评估，判定是否满足pbn运行要求；8.步骤2，对卫星数量及空间几何布局导致的无法满足pbn运行的gps测量数据与dme测量数据构建gps/dme深组合导航观测方程，导航数据库提供dme台的位置信息，对gps数据和dme数据进行时空统一；9.步骤3，对步骤2观测方程中的测距数据进行误差修正，采用加权最小二乘估计导航计算，确定用户位置和钟差；10.步骤4，根据gps和dme测距误差特点进行误差加权矩阵的修正，利用赫尔默特方差估计进行权值定权，获得符合gps和dme误差性能的权重矩阵；11.步骤5，根据pbn运行的漏警率和误警率要求，对gps/dme深组合进行完好性计算，计算导航系统保护限。12.优选的，步骤1中所述是否满足pbn运行要求的判定依据包括卫星数量、pdop值以及不同pbn航路精度的综合评估。13.优选的，步骤2中，构建gps/dme深组合导航观测方程时，为解决未知导航参数数量与观测方程数量的匹配问题，在gps卫星和dme导航台数量之和少于6个时，将多个dme观测方程中的时钟误差统一，以减少待估参数。14.优选的，步骤3中，gps/dme深组合导航计算时，对dme观测数据进行优化筛选，多个dme信号可用的情况下，按照站间夹角进行筛选。15.优选的，步骤5中，根据特定pbn运行的漏警率、漏警率要求，进行故障卫星的检测与隔离，计算故障卫星隔离后的组合导航的保护限，保护限计算采用赫尔默特方差分类估计gps和dme数据的权重，计算水平保护限时对最大水平斜率进行加权。16.一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合系统，包括：17.gps接收机，用于获取gps卫星数据和测距；18.dme询问器，用于获取飞机与dme台之间的斜距数据；19.以及如权利1～5中所述的对gps接收机数据和dme询问器数据进行组合导航信息处理的软件，包含用于获取dme台的位置及等级的导航数据库，并接收gps接收机和dme询问器数据20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：21.1、本发明将gps卫星数据和dme测距数据深度融合，利用加权最小二乘法进行数据融合计算，并采用赫尔默特方差修正加权矩阵中的权重系数。结果显示，在gps卫星数目少于四颗，单一gps导航无法支持pbn运行时，gps/dme深组合可以快速增加导航信号冗余，有效提高导航系统的空间几何分布，降低pdop值，提高导航精度。在完好性性能方面，利用赫尔默特方差修正权重，改进传统的保护限计算方法，给出了适用于gps/dme深组合导航的保护限计算，实现良好的完好性计算。附图说明22.图1为本发明一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法及系统中为面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法流程图；23.图2为本发明一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法及系统中赫尔默特方差分类估计法流程图；24.图3为本发明一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法及系统中面向pbn运行的gps/dme深组合导航系统图。具体实施方式25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。26.请参阅图1-3本发明提供一种技术方案：一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法，包括以下步骤：27.步骤1，根据gps测量数据和环境约束限制进行gps导航定位计算和pbn运行评估，判定是否满足pbn运行要求；28.步骤2，对卫星数量及空间几何布局导致的无法满足pbn运行的gps测量数据与dme测量数据构建gps/dme深组合导航观测方程，导航数据库提供dme台的位置信息，对gps数据和dme数据进行时空统一；29.步骤3，对步骤2观测方程中的测距数据进行误差修正，采用加权最小二乘估计导航计算，确定用户位置和钟差；30.步骤4，根据gps和dme测距误差特点进行误差加权矩阵的修正，利用赫尔默特方差估计进行权值定权，获得符合gps和dme误差性能的权重矩阵；31.步骤5，根据pbn运行的漏警率和误警率要求，对gps/dme深组合进行完好性计算，计算导航系统保护限。32.所述步骤1中是否满足pbn运行要求的判定依据包括卫星数量、pdop值以及不同pbn航路精度的综合评估。33.所述步骤2中，构建gps/dme深组合导航观测方程时，为解决未知导航参数数量与观测方程数量的匹配问题，在gps卫星和dme导航台数量之和少于6个时，将多个dme观测方程中的时钟误差统一，以减少待估参数。34.所述步骤3中，gps/dme深组合导航计算时，对dme观测数据进行优化筛选，多个dme信号可用的情况下，按照站间夹角进行筛选。35.所述步骤5中，根据特定pbn运行的漏警率、漏警率要求，进行故障卫星的检测与隔离，计算故障卫星隔离后的组合导航的保护限，保护限计算采用赫尔默特方差分类估计gps和dme数据的权重，计算水平保护限时对最大水平斜率进行加权。36.一种面向pbn运行的gps/dme深组合导航数据融合方法系统，包括：gps接收机，用于获取gps卫星数据和测距；dme询问器，用于获取飞机与dme台之间的斜距数据；以及如权利1～5中所述的对gps接收机数据和dme询问器数据进行组合导航信息处理的软件，包含用于获取dme台的位置及等级的导航数据库，并接收gps接收机和dme询问器数据。37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。