一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置及方法

摘要

一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置及方法，装置包括：接收模块、特征提取模块、监测评判模块。方法步骤包括：提取信号的特征值，计算导航信号功率、伪码波形畸变值、伪码/载波一致性、载波泄露、伪码载波偏离度、电文一致性、载波相位一致性等异常的监测门限。将特征值与监测门限进行比较。如果超过门限，则发出报警信号。实现对在轨导航卫星导航信号完好性的监测，实现对用户的准确、及时报警。

权利要求

1.一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置，其特征在于，包括：接收模块、特征提取模块、监测评判模块；

接收模块：接收导航卫星发射的导航信号，根据所述导航信号，获得所述导航信号对应的测试信号，并将所述测试信号发送给特征提取模块；

特征提取模块：接收接收模块发送的所述测试信号，根据所述测试信号确定导航信号的特征量，将所述导航信号的特征量发送给监测评判模块；

监测评判模块：接收所述特征提取模块发送的所述导航信号的特征量，根据所述导航信号的特征量确定报警门限，根据所述报警门限判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星存在故障，会引起定位误差；

所述接收模块获得导航信号对应的测试信号包括：导航信号的振幅A(k)、导航信号的载波相位观测值φ(k)、导航信号的伪距测量值ρ(k)、导航信号的伪码相位c(k)和导航信号的导航电文D(k)；

所述特征提取模块确定的所述导航信号的特征量包括：导航信号的功率、伪码波形畸变值、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、载波泄露幅度、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位的加速度、载波相位的斜率和载波相位的步长；

所述特征提取模块根据所述测试信号确定导航信号的特征具体如下：

3.1)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定所述导航信号的功率P(k)，具体为：

其中，k为正整数且k∈(1，K)，K为采样点的总个数，NIX和NQX分别为导航信号I支路噪声和Q支路噪声积分结果， 为导航信号与本地信号X(t)的相位差，1≤N≤10,M表示Tc时间内的采样点数，Tc为导航信号的码周期；

3.2)根据所述导航信号的伪码相位c(k)，确定伪码波形畸变值Δτ(d1,dr)，具体为：当导航信号发生波形畸变时：

Δτ(d1,dr)＝Δτa(d1,dr)＝τa(d1)‑τa(dr)，r∈(2，3，...，C)，p∈(1,2，3，...，C)；

当导航信号未发生波形畸变时：

Δτ(d1,dr)＝Δτnom(d1,dr)＝τnom(d1)‑τnom(dr)，其中，C为相关监测器的个数，C为正整数，dp为本装置第p个相关监测器对应的相关间隔，0＜d1＜d2＜d3＜...＜dC≤Tc；τ为本地信号X(t)相对导航信号的延时；

3.3)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)和所述导航信号的伪距测量值ρ(k)，确定伪码/载波增量Δk和伪码/载波增量的变化率 具体为：Δρ(k)＝ρ(k)‑ρ(k‑1)，其中， 分别为第k、k‑1个采样点的载波相位测量值，ρ(k)、ρ(k‑1)分别为第k、k‑1个采样点的伪距测量值；

3.4)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定载波泄露幅度A'(k)，具体为：

fe＝fs‑f0，

其中，fs为导航信号的采样频率，f0为本地信号的频率；

3.5)根据所述导航信号的伪距测量值ρ(k)和所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定码载波偏离度Dvgc(k)，具体为：dZ(k)＝Z(k)‑Z(k‑1)，Z(k)＝ρ(k)‑φ(k)，其中，100≤τd≤300，Ts表示本装置测量周期，0＜Ts≤τd；

3.6)根据所述导航电文D(k)包括的星历、历书，确定导航电文一致性参数ΔD，具体为：若发送所述导航信号的卫星第一次进入本装置的探测范围，则：ΔD＝ΔDfirst(k)＝Dalmanac(k)‑Dephemeris(k)，若发送所述导航信号的卫星并非第一次进入本装置的探测范围，则：ΔD＝ΔDnon_first(k)＝Dephemeris(k)‑Dephemeris(k‑1)，其中，Dalmanac(k)为通过最新历书确定的第k个采样点卫星的轨道位置，Dephemeris(k)为通过卫星星历确定的第k个采样点卫星的轨道位置；

3.7)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定载波相位的加速度Acc(k)、载波相位的斜率Ramp(k)和载波相位的步长Step(k)，具体为：* *

Step(k)＝φ(k)‑φ(k‑1,10Ts)，* * * *

其中，所述Acc(k)、Ramp(k)和C(k)根据φ (k)，φ(k+1)，…，φ (k+18)，φ (k+19)进行二项式拟合确定， φj(k)为能够探测到的第j个导航卫星的载波相位观测值，Nsat为第k采样点探测到的导航卫星的总数。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置，其特征在于：A)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位的加速度、载波相位的斜率和载波相位的步长，确定报警门限，具体为：A31)分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标准差σ和均值μ；

A32)根据步骤A31)确定的所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标准差σ和均值μ，分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的报警门限最大值Thmax，报警门限最小值Thmin；

Thmax＝μ+nfσ，Thmin＝μ‑nfσ，其中，n的取值范围1～8；f的取值范围为1～3；

所述监测评判模块根据所述确定的报警门限，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，具体为：

若当前时刻所述探测到的导航卫星对应的任意一个特征量大于该特征量对应的报警门限的最大值或小于该特征量对应的报警门限的最小值，则判定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险；

B)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：伪码波形畸变值，确定伪码波形畸变值对应的报警门限βPR，具体为：MDE(d1,dp)＝3×σp，所述监测评判模块根据βPR，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果βPR≥1，则判定出现伪码畸变所述探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定没有出现伪码畸变，所述当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险；

C)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：载波泄露幅度，确定报警门限Thp，具体为：

所述监测评判模块根据Thp，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果当前时刻探测到的导航卫星对应的载波泄露幅度A'(k)≥Thp，则判定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险。

3.一种利用如权利要求1所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)接收导航卫星发射的导航信号，获得当前时刻前K个采样点的导航信号，根据所述K个采样点的导航信号确定测试信号；其中，K为正整数；

2)根据步骤1)所述的测试信号，确定所述导航信号的特征量；

3)根据步骤2)所述导航信号的特征量，确定报警门限；

4)根据当前时刻探测到的导航卫星发射的导航信号，确定当前时刻所述探测到的导航卫星对应的特征量；

5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星存在故障，会引起定位误差；

步骤1)所述测试信号包括：导航信号的振幅A(k)、导航信号的载波相位观测值φ(k)、导航信号的伪距测量值ρ(k)、导航信号的伪码相位c(k)和导航信号的导航电文D(k)；

步骤2)所述导航信号的特征量包括：导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位的加速度、载波相位的斜率和载波相位的步长；

所述步骤2)确定导航信号特征量的方法，包括：

21)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定导航信号的功率P(k)，具体为：

其中，k为正整数且k∈(1，K)，K为采样点的总个数，NIX和NQX分别为I、Q支路噪声积分结果， 为导航信号与本地信号X(t)的相位差，1≤N≤10,M表示Tc时间内的采样点数，Tc为导航信号的码周期；本地信号X(k)具体如下：X(t)＝c(t)·[sin(2πf0+φ0)+j·cos(2πf0+φ0)]，c(t)为本地信号的伪码相位，f0为本地信号的频率，φ0为本地信号的相位，j表示相位φ0的虚数；

22)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)和所述导航信号的伪距测量值ρ(k)，确定伪码/载波增量Δk和伪码/载波增量的变化率 具体为：Δρ(k)＝ρ(k)‑ρ(k‑1)，其中， 分别为第k、k‑1个采样点的载波相位测量值，ρ(k)、ρ(k‑1)分别为第k、k‑1个采样点的伪距测量值；

23)根据所述导航信号的伪距测量值ρ(k)和所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定码载波偏离度Dvgc(k)，具体为：dZ(k)＝Z(k)‑Z(k‑1)，Z(k)＝ρ(k)‑φ(k)，其中，100≤τd≤300，Ts表示本装置测量周期，0＜Ts≤τd；

24)根据所述导航电文D(k)包括的星历、历书，确定导航电文一致性参数ΔD，具体为：若发送所述导航信号的卫星第一次进入本装置的探测范围，则：ΔD＝ΔDfirst(k)＝Dalmanac(k)‑Dephemeris(k)，若发送所述导航信号的卫星并非第一次进入本装置的探测范围，则：ΔD＝ΔDnon_first(k)＝Dephemeris(k)‑Dephemeris(k‑1)，其中，Dalmanac(k)为通过最新历书确定的第k个采样点卫星的轨道位置，Dephemeris(k)为通过卫星星历确定的第k个采样点卫星的轨道位置；

25)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定载波相位的加速度Acc(k)、载波相位的斜率Ramp(k)和载波相位的步长Step(k)，具体为：* *

Step(k)＝φ(k)‑φ(k‑1,10Ts)，* * * *

其中，所述Acc(k)、Ramp(k)和C(k)根据φ (k)，φ(k+1)，…，φ (k+18)，φ (k+19)进行二项式拟合确定， φj(k)为能够探测到的第j个导航卫星的载波相位观测值，Nsat为第k采样点探测到的导航卫星的总数。

4.根据权利要求3所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，步骤2)所述导航信号的特征量还包括：伪码波形畸变值；所述步骤2)确定所述导航信号特征量的方法，包括根据所述导航信号的伪码相位c(k)，确定伪码波形畸变值Δτ(d1,dr)，具体为：

当导航信号发生波形畸变时：

Δτ(d1,dr)＝Δτa(d1,dr)＝τa(d1)‑τa(dr)，r∈(2，3，...，C)，p∈(1,2，3，...，C)；

当导航信号未发生波形畸变时：

Δτ(d1,dr)＝Δτnom(d1,dr)＝τnom(d1)‑τnom(dr)，其中，C为相关监测器的个数，C为正整数，dp为本装置第p个相关监测器对应的相关间隔，0＜d1＜d2＜d3＜...＜dC≤Tc；τ为本地信号X(t)相对导航信号的延时。

5.根据权利要求3所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，步骤2)所述导航信号的特征量还包括：载波泄露幅度；所述步骤2)确定所述导航信号特征量的方法，还包括根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定载波泄露幅度A'(k)，具体为：

fe＝fs‑f0，

其中，fs为导航信号的采样频率，f0为本地信号的频率。

6.根据权利要求3所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为：

31)分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标准差σ和均值μ；

32)根据步骤31)确定的所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标准差σ和均值μ，分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的报警门限最大值Thmax，报警门限最小值Thmin；

Thmax＝μ+nfσ，Thmin＝μ‑nfσ，其中，n的取值范围1～8；f的取值范围为1～3；

所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：若当前时刻所述探测到的导航卫星对应的特征量大于该特征量对应的报警门限的最大值或小于该特征量对应的报警门限的最小值，则判定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险。

7.根据权利要求4所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为，确定伪码波形畸变值对应的报警门限βPR：MDE(d1,dp)＝3×σp，所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果βPR≥1，则判定出现伪码畸变所述探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定没有出现伪码畸变所述探测到的导航卫星不存在完好性风险。

8.根据权利要求5所述的一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的方法，其特征在于，所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为，确定载波泄露幅度对应的报警门限Thp：所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为，如果当前时刻探测到的导航卫星对应的载波泄露幅度A'(k)≥Thp，则判定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险。

说明书

一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置及方法，属于卫星导航系统完好性监测技术领域。

背景技术

[0002] 完好性指在定位系统出现故障时能及时告警用户，以免用户被非正常工作的导航定位信号所误导，是对整个导航系统所提供正确导航信息的一种信任程度(置信度的测
量)，完好性包括系统在无法用于某些预定操作时向用户发出及时有效告警(称为警报)的
能力，也就是对导航结果不信任时，系统能给导航用户提出警告的能力。

[0003] 人们对卫星导航系统在正常情况下的高准确性已有共识，但卫星导航信号由于星上器件影响产生畸变的导航信号，或在环境段传播过程中产生误差和干扰，将对接收机最
终的定位结果产生严重影响，尤其对在定位结果要求十分严格的场景，飞机降落过程的精
密进近阶段就是其中之一，如果在飞机的降落过程中卫星导航信号产生无法预测的异常
时，将会造成严重的灾难事故，因此在机场或者航母上进行导航卫星完好性监测是十分必
要的。

[0004] 完好性监测是确保对航空器着陆系统精密进近着陆安全可靠的必备条件。对于故障监测风险无法通过理论分析获得，需要通过对实际信号进行完好性监测，获得每种异常
的错误边界和统计特性，进而获得每种异常超出错误边界的风险。因此亟需一种监测导航
卫星系统在轨完好性风险的装置，通过此装置可以对完好性风险进行准确监测，并及时向
用户发出警报。

发明内容

[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置及方法，解决了故障监测风险无法通过理论分析获得的问题，本发
明通过对在轨导航信号的接收和处理，提取信号的特征值。计算每种异常的监测门限。将特
征值与监测门限进行比较。如果超过门限，则发出报警信号。实现对在轨导航卫星导航信号
完好性的监测，实现对用户的准确、及时报警。

[0006] 本发明的技术方案是：

[0007] 一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置，包括：接收模块、特征提取模块、监测评判模块；

[0008] 接收模块：接收导航卫星发射的导航信号，根据所述导航信号，获得所述导航信号对应的测试信号，并将所述测试信号发送给特征提取模块；

[0009] 特征提取模块：接收接收模块发送的所述测试信号，根据所述测试信号确定导航信号的特征量，将所述导航信号的特征量发送给监测评判模块；

[0010] 监测评判模块：接收所述特征提取模块发送的所述导航信号的特征量，根据所述导航信号的特征量确定报警门限，根据所述报警门限判定当前时刻探测到的导航卫星是否
存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星存在故
障，会引起定位误差。

[0011] 一种利用上述用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置监测导航卫星在轨完好性风险的方法，包括步骤如下：

[0012] 1)接收导航卫星发射的导航信号，获得当前时刻前K个采样点的导航信号，根据所述K个采样点的导航信号确定测试信号；其中，K为正整数；

[0013] 2)根据步骤1)所述的测试信号，确定所述导航信号的特征量；

[0014] 3)根据步骤2)所述导航信号的特征量，确定报警门限；

[0015] 4)根据当前时刻探测到的导航卫星发射的导航信号，确定当前时刻所述探测到的导航卫星对应的特征量；

[0016] 5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星
存在故障，会引起定位误差。

[0017] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0018] 1)本发明可以实际获得北斗导航卫星系统的完好性风险，解决了无法通过理论分析来确定系统完好性的难题；

[0019] 2)本发明对卫星导航系统实际发生的问题进行监测和报警，给出了具体的监测和报警方法，可实现性强；

[0020] 3)本发明监测卫星异常种类包括了导航信号的功率、伪码波形畸变值、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、载波泄露幅度、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波
相位的加速度、载波相位的斜率和载波相位的步长，相比于目前基于理论假设的异常种类，
异常种类更为全面和准确。

附图说明

[0021] 图1为本发明原理框图；

[0022] 图2为导航电文一致性计算流程。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。

[0024] 本发明一种用于监测导航卫星在轨完好性风险的装置，包括：接收模块、特征提取模块、监测评判模块。

[0025] 接收模块：接收导航卫星发射的导航信号，根据所述导航信号，获得所述导航信号对应的测试信号，并将所述测试信号发送给特征提取模块。所述导航信号包括两路正交的
信号i(k)、q(k)，通过下变频器转换为中频信号，对中频信号进行模拟/数字转换，完成捕
获、跟踪后，进行解扩和解调处理；获得当前时刻前K个采样点的导航信号，根据所述K个采
样点的导航信号确定测试信号；其中，K为正整数。具体的，述接收模块获得导航信号对应的
测试信号包括：导航信号的振幅A(k)、导航信号的载波相位观测值φ(k)、导航信号的伪距
测量值ρ(k)、导航信号的伪码相位c(k)和导航信号的导航电文D(k)。

[0026] 特征提取模块：接收接收模块发送的所述测试信号，根据所述测试信号确定导航信号的特征量，将所述导航信号的特征量发送给监测评判模块。具体的，所述特征提取模块
确定的所述导航信号的特征量包括：导航信号的功率、伪码波形畸变值、伪码/载波增量、伪
码/载波增量的变化率、载波泄露幅度、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位的加
速度、载波相位的斜率和载波相位的步长。

[0027] 监测评判模块：接收所述特征提取模块发送的所述导航信号的特征量，根据所述导航信号的特征量确定报警门限，根据所述报警门限判定当前时刻探测到的导航卫星是否
存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星存在故
障，会引起定位误差。任意之一不满足条件，均判定故障。

[0028] 所述特征提取模块根据所述测试信号确定导航信号的特征具体如下：

[0029] 3.1)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定所述导航信号的功率P(k)，具体为：

[0030]

[0031]

[0032]

[0033]

[0034]

[0035] 其中，k为导航信号的采样点，k为正整数且k∈(1，K)，本发明实施例中每分钟采样一次，连续采样24小时，即K＝864000，NIX和NQX分别为导航信号I支路噪声和Q支路噪声积分
结果， 其中，nI(t)、nQ(t)分别为I支路和Q支路的
噪声，c(k)为第k个采样点对应的伪码相位，D(k)为第k个采样点对应的导航信号的导航电
文，A(k)为第k个采样点对应的导航信号的振幅， 为导航信号与本地信号X(t)的相位差，N
为累积次数，1≤N≤10,M表示Tc时间内的采样点数，Tc为导航信号的码周期；本地信号X(t)
具体如下：X(t)＝c(t)·[sin(2πf0+φ0)+j·cos(2πf0+φ0)]，其中，c(t)为本地信号的伪
码相位，f0为本地信号的频率，φ0为本地信号的相位，j表示相位φ0的虚数。

[0036] 3.2)根据所述导航信号的伪码相位c(k)，确定伪码波形畸变值Δτ(d1,dr)，具体为：

[0037] 当导航信号发生波形畸变时：

[0038] Δτ(d1,dr)＝Δτa(d1,dr)＝τa(d1)‑τa(dr)，r∈(2，3，...，C)，

[0039]

[0040] p∈(1,2，3，...，C)；

[0041]

[0042]

[0043] 当导航信号未发生波形畸变时：

[0044] Δτ(d1,dr)＝Δτnom(d1,dr)＝τnom(d1)‑τnom(dr)，

[0045]

[0046] 其中，本装置包括C个相关监测器，C为相关监测器的个数，C为正整数，d1为本装置第一个相关监测器对应的相关间隔，dp为本装置第p个相关监测器对应的相关间隔，即dr∈
(d2，d3，...，dC)，0＜d1＜d2＜d3＜...＜dC≤Tc；τnom(d1)表示信号未发生异常时，相关间隔为
d1时，满足条件R(τ+d1/2)‑R(τ‑d1/2)＝0的相关峰位置，τa(d1)表示信号发生异常时，相关间
隔为d1时，满足条件R(τ+d1/2)‑R(τ‑d1/2)＝0的相关峰位置。τ为本地信号X(t)相对导航信
号的延时。

[0047] 3.3)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)和所述导航信号的伪距测量值ρ(k)，确定伪码/载波增量Δk和伪码/载波增量的变化率 具体为：

[0048]

[0049]

[0050] 其中， 分别为第k、k‑1个采样点的载波相位测量值，ρ(k)、ρ(k‑1)分别为第k、k‑1个采样点的伪距测量值；Δρ(k)为前后历元的伪距观测增量， 为前后历
元的载波相位观测增量。

[0051] 3.4)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定载波泄露幅度A'(k)，具体为：

[0052]

[0053]

[0054]

[0055] 其中，fs为导航信号的采样频率，f0为本地信号的频率；

[0056] 3.5)根据所述导航信号的伪距测量值ρ(k)和所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定码载波偏离度Dvgc(k)，具体为：

[0057]

[0058] dZ(k)＝Z(k)‑Z(k‑1)，Z(k)＝ρ(k)‑φ(k)，

[0059] 其中，100≤τd≤300，Ts表示本装置测量周期，0＜Ts≤τd；

[0060] 3.6)根据所述导航电文D(k)包括的星历、历书，确定导航电文一致性参数ΔD，具体为：

[0061] 若发送所述导航信号的卫星第一次进入本装置的探测范围，则：

[0062] ΔD＝ΔDfirst(k)＝Dalmanac(k)‑Dephemeris(k)，

[0063] 若发送所述导航信号的卫星并非第一次进入本装置的探测范围，则：

[0064] ΔD＝ΔDnon_first(k)＝Dephemeris(k)‑Dephemeris(k‑1)，

[0065] 其中，Dalmanac(k)为通过最新历书确定的第k个采样点卫星的轨道位置，Dephemeris(k)为通过卫星星历确定的第k个采样点卫星的轨道位置，根据星历、历书计算卫星轨道位
置的计算方法为业内人员常识，具体流程如图2所示。

[0066] 3.7)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定载波相位的加速度Acc(k)、载波相位的斜率Ramp(k)和载波相位的步长Step(k)，具体为：

[0067] Step(k)＝φ*(k)‑φ*(k‑1,10Ts)，

[0068]

[0069] 其中，所述Acc(k)、Ramp(k)和C(k)根据φ*(k)，φ*(k+1)，…，φ*(k+18)，φ*(k+19)进行二项式拟合确定， φj(k)为能够探测到的第j个导航卫
*
星的载波相位观测值，Nsat为第k采样点探测到的导航卫星的总数。φ (k‑1,10Ts)为第k‑1个
采样点的拟合曲线在t＝10Ts的值。

[0070] A)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位的加速度、载
波相位的斜率和载波相位的步长，确定报警门限，具体为：

[0071] A31)分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标
准差σ和均值μ；

[0072] A32)根据步骤A31)确定的所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位
步长对应的标准差σ和均值μ，分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增
量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相
位步长对应的报警门限最大值Thmax，报警门限最小值Thmin；

[0073] Thmax＝μ+nfσ，Thmin＝μ‑nfσ，

[0074] 其中，n的取值范围1～8；f的取值范围为1～3，优选的取值为n＝6，f＝1.5；

[0075] 所述监测评判模块根据所述确定的报警门限，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，具体为：

[0076] 若当前时刻所述探测到的导航卫星对应的任意一个特征量大于该特征量对应的报警门限的最大值或小于该特征量对应的报警门限的最小值，则判定当前时刻探测到的导
航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险；

[0077] B)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：伪码波形畸变值，确定伪码波形畸变值对应的报警门限βPR，具体为：

[0078]

[0079] 所述监测评判模块根据βPR，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果βPR≥1，则判定出现伪码畸变所述探测到的导航卫星存在完好性风险，
发出报警信号；反之，则判定没有出现伪码畸变，所述当前时刻探测到的导航卫星不存在完
好性风险；

[0080] C)所述监测评判模块根据所述导航信号的特征量：载波泄露幅度，确定报警门限Thp，具体为：

[0081]

[0082] 所述监测评判模块根据Thp，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果当前时刻探测到的导航卫星对应的载波泄露幅度A'(k)≥Thp，则判
定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星
不存在完好性风险。

[0083] 一种利用上述监测导航卫星在轨完好性风险的装置监测导航卫星在轨完好性风险的方法，包括步骤如下：

[0084] 1)接收导航卫星发射的导航信号，所述导航信号包括两路正交的信号i(k)、q(k)，通过下变频器转换为中频信号，对中频信号进行模拟/数字转换，完成捕获、跟踪后，进行解
扩和解调处理；获得当前时刻前K个采样点的导航信号，根据所述K个采样点的导航信号确
定测试信号；其中，K为正整数；所述测试信号包括：导航信号的振幅A(k)、导航信号的载波
相位观测值φ(k)、导航信号的伪距测量值ρ(k)、导航信号的伪码相位c(k)和导航信号的导
航电文D(k)。

[0085] 2)根据步骤1)所述的测试信号，确定所述导航信号的特征量；所述导航信号的特征量包括：导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量的变化率、码载波偏离度、导航
电文一致性参数、载波相位的加速度、载波相位的斜率和载波相位的步长；

[0086] 所述步骤2)确定导航信号特征量的方法，包括：

[0087] 21)根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确定导航信号的功率P(k)，具体为：

[0088]

[0089]

[0090]

[0091]

[0092]

[0093] 其中，k为导航信号的采样点，k为正整数且k∈(1，K)，NIX和NQX分别为I、Q支路噪声积分结果， 其中，nI(t)、nQ(t)分别为导航信号I支
路和Q支路的噪声，c(k)为第k个采样点对应的伪码相位，D(k)为第k个采样点对应的导航信
号的导航电文，A(k)为第k个采样点对应的导航信号的振幅， 为导航信号与本地信号X(t)
的相位差，N为累积次数，1≤N≤10,M表示Tc时间内的采样点数， fs为导航信
号的采样频率，Tc为导航信号的码周期；本地信号X(k)具体如下：X(t)＝c(t)·[sin(2πf0+
φ0)+j·cos(2πf0+φ0)]，其中，c(t)为本地信号的伪码相位，f0为本地信号的频率，φ0为本
地信号的相位，j表示相位φ0的虚数。

[0094] 22)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)和所述导航信号的伪距测量值ρ(k)，确定伪码/载波增量Δk和伪码/载波增量的变化率 具体为：

[0095]

[0096]

[0097] 其中， 分别为第k、k‑1个采样点的载波相位测量值，ρ(k)、ρ(k‑1)分别为第k、k‑1个采样点的伪距测量值；Δρ为前后历元的伪距观测增量， 为前后历元的载
波相位观测增量。

[0098] 23)根据所述导航信号的伪距测量值ρ(k)和所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定码载波偏离度Dvgc(k)，具体为：

[0099]

[0100] dZ(k)＝Z(k)‑Z(k‑1)，Z(k)＝ρ(k)‑φ(k)，

[0101] 其中，100≤τd≤300，Ts表示本装置测量周期，0＜Ts≤τd；

[0102] 24)根据所述导航电文D(k)包括的星历、历书，确定导航电文一致性参数ΔD，具体为：

[0103] 若发送所述导航信号的卫星第一次进入本装置的探测范围，则：

[0104] ΔD＝ΔDfirst(k)＝Dalmanac(k)‑Dephemeris(k)，

[0105] 若发送所述导航信号的卫星并非第一次进入本装置的探测范围，则：

[0106] ΔD＝ΔDnon_first(k)＝Dephemeris(k)‑Dephemeris(k‑1)，

[0107] 其中，Dalmanac(k)为通过最新历书确定的第k个采样点卫星的轨道位置，Dephemeris(k)为通过卫星星历确定的第k个采样点卫星的轨道位置；

[0108] 25)根据所述导航信号的载波相位观测值φ(k)，确定载波相位的加速度Acc(k)、载波相位的斜率Ramp(k)和载波相位的步长Step(k)，具体为：

[0109] Step(k)＝φ*(k)‑φ*(k‑1,10Ts)，

[0110]

[0111] 其中，所述Acc(k)、Ramp(k)和C(k)根据φ*(k)，φ*(k+1)，…，φ*(k+18)，φ*(k+19)进行二项式拟合确定， φj(k)为能够探测到的第j个导航卫
星的载波相位观测值，Nsat为第k采样点探测到的导航卫星的总数。

[0112] 步骤2)所述导航信号的特征量还包括：伪码波形畸变值；所述步骤2)确定所述导航信号特征量的方法，包括根据所述导航信号的伪码相位c(k)，确定伪码波形畸变值Δτ
(d1,dr)，具体为：

[0113] 当导航信号发生波形畸变时：

[0114] Δτ(d1,dr)＝Δτa(d1,dr)＝τa(d1)‑τa(dr)，r∈(2，3，...，C)，

[0115]

[0116] p∈(1,2，3，...，C)；

[0117]

[0118]

[0119] 当导航信号未发生波形畸变时：

[0120] Δτ(d1,dr)＝Δτnom(d1,dr)＝τnom(d1)‑τnom(dr)，

[0121]

[0122] 其中，本装置包括C个相关监测器，C为相关监测器的个数，C为正整数，d1为本装置第一个相关监测器对应的相关间隔，dp为本装置第p个相关监测器对应的相关间隔，即dr∈
(d2，d3，...，dC)，0＜d1＜d2＜d3＜...＜dC≤Tc；τnom(d1)表示信号未发生异常时，相关间隔为
d1时，满足条件R(τ+d1/2)‑R(τ‑d1/2)＝0的相关峰位置，τa(d1)表示信号发生异常时，相关间
隔为d1时，满足条件R(τ+d1/2)‑R(τ‑d1/2)＝0的相关峰位置。τ为本地信号X(t)相对导航信
号的延时。

[0123] 步骤2)所述导航信号的特征量还包括：载波泄露幅度；所述步骤2)确定所述导航信号特征量的方法，还包括根据所述导航信号的振幅A(k)和导航信号的导航电文D(k)，确
定载波泄露幅度A'(k)，具体为：

[0124]

[0125]

[0126]

[0127] 其中，fs为导航信号的采样频率，f0为本地信号的频率。

[0128] 3)根据步骤2)所述导航信号的特征量，确定报警门限；

[0129] 4)根据当前时刻探测到的导航卫星发射的导航信号，确定当前时刻所述探测到的导航卫星对应的特征量；

[0130] 5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险，若存在完好性风险则通知用户所述当前时刻探测到的导航卫星
存在故障，会引起定位误差。

[0131] 所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为：

[0132] 31)分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步长对应的标
准差σ和均值μ；

[0133] 32)根据步骤31)确定的所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位步
长对应的标准差σ和均值μ，分别确定所述导航信号的功率、伪码/载波增量、伪码/载波增量
变化率、码载波偏离度、导航电文一致性参数、载波相位加速度、载波相位斜率和载波相位
步长对应的报警门限最大值Thmax，报警门限最小值Thmin；

[0134] Thmax＝μ+nfσ，Thmin＝μ‑nfσ，

[0135] 其中，n的取值范围1～8；f的取值范围为1～3，优选的取值为n＝6，f＝1.5；

[0136] 所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：

[0137] 若当前时刻所述探测到的导航卫星对应的特征量大于该特征量对应的报警门限的最大值或小于该特征量对应的报警门限的最小值，则判定当前时刻探测到的导航卫星存
在完好性风险；反之，则判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险。

[0138] 所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为，确定伪码波形畸变值对应的报警门限βPR：

[0139]

[0140] 所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为：如果βPR≥1，则判定出现伪码畸变所述
探测到的导航卫星存在完好性风险，发出报警信号；反之，则判定没有出现伪码畸变所述探
测到的导航卫星不存在完好性风险。

[0141] 所述步骤3)确定报警门限的方法，具体为，确定载波泄露幅度对应的报警门限Thp：

[0142]

[0143] 所述步骤5)根据步骤3)确定的报警门限和步骤4)所述特征量，判定当前时刻探测到的导航卫星是否存在完好性风险的方法，具体为，如果当前时刻探测到的导航卫星对应
的载波泄露幅度A'(k)≥Thp，则判定当前时刻探测到的导航卫星存在完好性风险；反之，则
判定当前时刻探测到的导航卫星不存在完好性风险。

[0144] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。