Способ и устройство для предоставления пользователям глобальной навигационной системы данных о целостности

Способ и устройство для предоставления пользователям глобальной навигационной системы данных о целостности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу предоставления данных о целостности пользователям глобальной навигационной системы по п.1, устройству для определения местоположения при помощи глобальной навигационной системы по п.7 и способу определения риска потери целостности данных, распространяемых космическими аппаратами глобальной навигационной системы, по п.13.

Предпосылки создания изобретения

Для точного определения заданного местоположения относительно земли с использованием глобальной навигационной спутниковой системы необходима местная и глобальная целостность. Целостность означает, с одной стороны, способность глобальной навигационной системы в течение заданного времени предупреждать пользователей о том, чтобы они не использовали части системы в определенных целях, а с другой стороны, целостность также означает доверие, с которым пользователь может относиться к достоверности данных, получаемой от системы, в особенности, точности данных.

Предупреждения необходимы на тот случай, если сигналы навигации какого-либо спутника содержат ошибки. Например, такие ошибки возникают, если сигнал навигации спутника генерирован в ошибочное время (ошибка часов или поправки на время) или в ошибочном месте (ошибочная спутниковая орбита). Данные ошибки влияют на истинную длину пробега сигнала от спутника до получателя сигнала и, следовательно, в значительной мере сказываются на точности навигации. Ошибки отсчета времени также могут считаться ошибками длины пробега. Погрешности или ошибки также именуют ошибкой сигнала в космосе (ОСВК или SISE - от англ. "signal-in-space error"). Термин "сигнал в космосе (пространстве)" (СВК или SIS - от англ. "signal-in-space") связан с задачей глобальной навигационной спутниковой системы, которая направляет сигналы в космосе, позволяющие определять местоположение получателя сигналов.

В основу известных концепций целостности положено допущение возможности идеально обнаруживать ошибки. Известными концепциями внерегиональной целостности являются система широкозонной спутниковой навигации (WAAS) и Европейская геостационарная дополнительная навигационная система (EGNOS). В основу данных концепций положено допущение возможности всегда обнаруживать ошибки. Тем не менее, данное допущение не всегда является верным и, следовательно, точность навигации может снизиться.

Задача изобретения

В соответствии с вышеизложенным задачей изобретения является создание способа и устройства для предоставления данных о целостности пользователям глобальной навигационной системы, не основанных на допущении возможности всегда обнаруживать ошибки.

Эта задача решается в предлагаемом способе предоставления данных (информации) о целостности пользователям глобальной навигационной системы по п.1, устройства для определения местоположения при помощи глобальной навигационной системы по п.7 и способу определения риска потери целостности данных, распространяемых космическими аппаратами глобальной навигационной системы, по п.13. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах.

Краткое изложение сущности изобретения

Основной замысел изобретения заключается в распространении данных о точности ошибок сигнала в космосе.

В основу изобретения положен способ предоставления данных о целостности пользователям глобальной навигационной системы, включающей несколько космических аппаратов, например спутников, передающих данные на устройство для определения местоположения, причем передаваемые данные включают первые данные от глобальной навигационной системы о точности ОСВК для неправильно функционирующего космического аппарата и вторые данные о том, оценивает ли глобальная навигационная система неправильно функционирующий космический аппарат как неправильно функционирующий.

В отличие от известных способов предоставления данных о целостности, таких как WAAS или EGNOS, в глобальной навигационной системе, например "Галилео" (Galileo), в основу которых положено допущение о том, что ошибки всегда могут быть обнаружены, в основу настоящего изобретения положено допущение о степени точности, с которой может быть обнаружена ошибка. Тем самым может быть повышена эффективность глобальной навигационной системы. При этом также не используется необоснованное допущение, что повышает качество услуг.

В одном из вариантов осуществления изобретения первые данные включают данные о качестве СВК, передаваемого космическими аппаратами, называемые точностью сигнала в космосе (ТСВК или SISA - от англ. "signal-in-space accuracy"), и данные о точности слежения наземным сегментом глобальной навигационной системы за СВК, передаваемым космическими аппаратами, называемые точностью слежения за сигналом в космосе (ТССВК или SISMA - от англ. "signal-in-space monitiring accuracy").

Кроме того, вторые данные включают данные о сигнале в космосе, передаваемом космическими аппаратами, который не должен использоваться, называемые флагом целостности (ФЦ или IF - от англ. "integrity flag").

Как правило, устройству для определения местоположения передают навигационное сообщение, которое содержит значения ТСВК.

Устройству для определения местоположения также может быть передано сообщение о целостности, которое включает таблицу, содержащую значения ТССВК и ФЦ для каждого СВК. В глобальной навигационной системе, такой как "Галилео", навигационное сообщение и сообщение о целостности обновляют каждые 30 секунд.

В изобретении также предлагается устройство для определения местоположения при помощи глобальной навигационная системы, которая включает несколько космических аппаратов, передающих данные на устройство для определения местоположения устройства в пространстве, при этом устройство включает средство приема данных о целостности, предоставляемых согласно описанному выше способу, предложенному в изобретении, средство обработки для вычисления риска потери целостности на основании полученных первых и вторых данных и дополнительных данных и средство оповещения для передачи оповещения, если вычисленный риск потери целостности превысит допустимый риск потери целостности.

Средство обработки может вычислять риск потери целостности для заданного предела оповещения, который представляет собой максимальное допустимое отклонения от местоположения, при котором оповещение не передается.

Для вычисления риска потери целостности следует допустить, что любое распределение, используемое для вычисления, является гауссовым распределением.

С целью обеспечения точности результатов дополнительные данные, используемые для вычисления риска потери целостности, могут включать релятивную геометрию между устройством для определения местоположения и космическим аппаратом, суммарные ошибки СВК, включая ошибки из-за особенностей распространения сигнала, ошибки приема и ошибки СВК, передаваемого космическими аппаратами, и ФЦ.

В отношении ошибок СВК, передаваемого космическими аппаратами, может быть сделано допущение, согласно которому для неправильно функционирующего космического аппарата распределение разности между погрешностью СВК, передаваемого космическими аппаратами, и порогом флага целостности ограничено сверху гауссовым распределением при стандартном отклонении ТССВК.

Устройство может использоваться для вычисления риска потери целостности в виде суммы риска потери целостности в плане P_{intRisk, H} и риска потери целостности по высоте P_{intRisk, V}.

Изобретение также относится к способу определения риска потери целостности данных, распространяемых космическими аппаратами в глобальной навигационной системе, которая обеспечивает данные о целостности предложенным в изобретении способом, включающим стадии, на которых:

проверяют, являются ли данные о целостности, принимаемые в каждом потоке данных, содержащем данные о целостности, данными о целостности, генерированными функцией обеспечения целостности наземной инфраструктуры,

выбирают из резервных и прошедших проверку потоков данных, содержащих данные о целостности, поток данных, содержащих данные о целостности, для использования,

на основании выбранных и прошедших проверку данных о целостности и навигационных данных определяют, какие сигналы являются достоверными,

вычисляют риск потери целостности на пределе оповещения в течение периода ответственной работы с учетом только достоверных сигналов,

вычисляют число необходимых космических аппаратов для периода ответственной работы с учетом только космических аппаратов, передающих достоверные сигналы, и

генерируют оповещение пользователя, в котором указывают, должны ли использоваться полученные данные для определения местоположения.

В частности, данные о целостности, генерируемые функцией обеспечения целостности наземной инфраструктуры, заверены таким образом, чтобы получатель мог проверить их достоверность.

Дополнительные преимущества и особенности изобретения будут понятны из следующего далее описания предпочтительных вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение в качестве примера описано со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

на фиг.1 показан план распределения частот глобальной навигационной системы "Галилео",

на фиг.2 - навигационные сигналы, используемые в системе "Галилео" для поддержки услуг службы повышенной надежности (СПН),

на фиг.3 - точность сигнала в космосе (ТСВК) и точность слежения за сигналом в космосе (ТССВК),

на фиг.4 - распределение целостности верхнего уровня в системе "Галилео",

на фиг.5 - блок-схема пользовательской ветви для вычисления риска потери целостности,

на фиг.6 - блок-схема ветви сбоя распространения,

на фиг.7 - более подробная блок-схема ветви сбоя распространения,

на фиг.8 - блок-схема распределения непрерывности верхнего уровня,

на фиг.9 - блок-схема распределения потерь сообщений о целостности,

на фиг.10 - блок-схема распределения сбоев или исключений СВК,

на фиг.11 - блок-схема алгоритма навигационного оповещения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Далее изобретение описано применительно к системе "Галилео", которая представляет собой Европейскую независимую управляемую глобальную спутниковую навигационную систему.

Глобальная составляющая системы "Галилео" включает группировку (созвездие) спутников, слежение за которыми и управление которыми осуществляет наземный сегмент, также обеспечивающий возможность обнаруживать неисправности спутников или системы и передавать пользователям предупреждения в режиме реального времени (сообщения о целостности).

Глобальная составляющая системы "Галилео" обеспечивает предоставление несколько услуг спутниковой навигации:

- открытая общая служба (ОС или OS - от англ. "Open Service"), обеспечивающая навигацию и согласование по времени,

- служба повышенной надежности (СПН или SoL - от англ. "Safety-of-Life Services"), обеспечивающая передачу сообщений о целостности в навигационных информационных сообщениях, передаваемых в виде сигналов открытых услуг,

- коммерческая служба (CS - от англ. "Commercial Services"), обеспечивающая распространение спутниками системы "Галилео" зондирующих и информационных сигналов на коммерческой основе,

- правительственная служба (PRS - от англ. "Public Regulated Services"), обеспечивающая навигацию и согласование по времени при помощи независимых навигационных сигналов с ограниченным доступом.

Другие составляющие системы "Галилео" обеспечивают локальный доступ с целью повышения эффективности (например, целостности) на локальной основе.

Система "Галилео" также обеспечивает поддержку поисково-спасательных услуг (SAR - от англ. "Search-and-Rescue").

Кроме того, система "Галилео" обеспечивает поддержку сторонних региональных услуг целостности (ERIS - от англ. "External Regional Integrety Services") путем распространения через выбранные спутники системы "Галилео" данных о целостности, генерированных независимыми сторонними региональными провайдерами услуг целостности.

Распределение целостности по всей системе "Галилео" подчиняется наиболее жестким требованиям СПН. Таким образом, можно кратко обобщить следующие характеристики СПН.

Частоты и сигналы

Навигационные сигналы системы "Галилео" передают на четырех частотах, как показано на фиг.1. Этими четырьмя частотами являются Е5а, E5b, E6 и L1.

Данные частоты выбраны из диапазонов, выделенных радионавигационной спутниковой службе (РНСС) регламентом радиосвязи МСЭ.

Сигналы, поддерживающие СПН, проиллюстрированы на фиг.2.

Инфраструктура системы "Галилео"

Космический сегмент системы "Галилео" включает группировку из 27 действующих спутников плюс три резервных (бездействующих) спутника на средней околоземной орбите (СОЗО). Каждый действующий спутник передает группу навигационных сигналов, содержащих данные тактовой синхронизации, эфемеридные данные, данные целостности и другие данные в зависимости от конкретного сигнала. Пользователь, имеющий соответствующий приемник с хорошей видимостью неба, способен принимать сигналы порядка 11 спутников системы "Галилео" для определения своего местоположения с точностью до нескольких метров.

Наземный сегмент системы "Галилео" управляет полной группировкой спутников "Галилео", следит за состоянием (исправностью) спутника и загружает данные для последующей передачи пользователям через станции передачи данных через спутник (ULS). Ключевые элементы этих данных, такие как данные тактовой синхронизации, эфемеридные данные и данные целостности, вычисляют по результатам измерений, осуществляемых глобальной сетью сенсорных станций "Галилео" (ССГ или GSS - от англ. "Galileo Sencor Station").

Категории услуг

Целостность для глобальных навигационных спутниковых систем является показателем доверия, с которым можно относиться к достоверности данных о местоположении, которую пользователю предоставляет приемник.

Целостность предусматривает способность системы передавать пользователям своевременные и достоверные предупреждения (оповещения). Основная проблема предоставления данных о целостности пользователям системы "Галилео" различных классов заключается в определении того, что считать надежной услугой, поскольку это зависит от типа предполагаемой работы в каждой области применения. Для определения того, является ли услуга надежной для заданной работы, традиционно используют следующие параметры:

- максимальная допустимая ошибка в области местоположения без передачи предупреждения, называемая пределом оповещения (Alert Limit),

- максимальное допустимое время между превышением предела оповещения и получением предупреждения, называемое время до оповещения (Time-to-Alert),

- вероятность того, что предупреждение не передано в течение времени до оповещения после превышения предела оповещения, называемая риск потери целостности (Integrity Risk).

Приемлемые значения предела оповещения, времени до оповещения и риска потери целостности зависят от предполагаемой работы.

Система "Галилео" обеспечивает отвечающий высоким требованиям уровень целостности своих навигационных сигналов. Концепция глобальной целостности отвечает потребностям разнообразных коллективов пользователей, которым требуются различные услуги, за счет сочетания сигналов, и различные уровни целостности, за счет рисков потери целостности и пределов оповещения.

Служба СПН обеспечивает данные о целостности на глобальном уровне по результатам слежения за сигналами L1 и Е5b открытых услуг. СПН позволяет не только осуществлять деятельность в различных областях применения на транспорте (воздушном, наземном, морском и железнодорожном), но также обеспечивать согласование во времени и другие важные функции с широким диапазоном требований с точки зрения характеристик целостности, которые налагают различные ограничения на системном уровне.

Характеристики системы "Галилео" задаются на уровне пользователя (т.е. сквозные характеристики), если используется соответствующий приемник ("стандартный" приемник) при конкретных стандартных условиях окружающей среды и эксплуатации.

По результатам опросов коллективов пользователей были установлены следующие три категории требований к целостности:

- Уровень А: рассчитан на работу, требующую наведения в плане и/или по высоте с малой продолжительностью воздействия и в очень жестком динамическом режиме, например в области авиации при заходе на посадку с наведением по высоте (APV II). Также частично применим для железнодорожного (управление/контроль движения поездов) и автодорожного транспорта.

- Уровень Б: рассчитан на работу большей длительности, требующую меньшей точности, что применительно к авиации включает от полета по маршруту до захода на посадку без применения средств точного захода.

- Уровень В: рассчитан на работу на море, включая морское судоходство, каботаж, заход в порт, судовой ход ограниченной ширины и внутренние водные пути, для чего может потребоваться высокая точность по высоте.

Ниже в таблице приведены основные эксплуатационные требования к целостности для различных уровней пользователей, а также соответствие сигналов системы "Галилео" данным конфигурациям.

	Требования уровня А	Требования уровня Б	Требования уровня В
Риск потери целостности	3,5е за 150 сек	1,0е за 1 час	1,0е-5 за 3 часа
Риск потери непрерывности	1,0е-5 за 15 сек	От 1,0е-4 до 1,0е-8 за 1 час	3,0е-4 за 3 часа
Доступность услуги	99,5%	99,5%	99,5%
Время оповещения	6 сек	10 сек	10 сек
Предел оповещения в плане/предел оповещения по высоте	40 м/20 м	556 м/неприменимо	25 м/неприменимо
Двухчастотная связь E5a+L1 или Е5b+L1	Да	Да	Да
Одночастотная связь L1 или Е5b	Нет	Да	Нет
Зона охвата	Земная суша	Весь мир	Весь мир

Требования уровня А были приняты в расчет при проектировании системы и соответствующим образом влияют на характеристики системы и распределение требований. Следует отметить, что согласно требованиям к системе (RD-7) предел оповещения в плане должен составлять 12 м.

Источники ошибок

Ошибки, влияющие на определение местоположения при помощи спутниковой навигационной системы, представляют собой сочетание следующих двух факторов:

- ошибки, влияющие на измерения расстояний у каждого отдельного спутника: данные ошибки зависят от времени расчета орбиты спутника и хода времени, поэтому данные ошибки невелики при краткосрочных прогнозах с высокой частотой обновления;

- геометрия спутников, как ее видит заданный пользователь: данная геометрия является определяющей для конкретного времени и местоположения и может быть вычислена каждым отдельным пользователем.

Механизм целостности в системе "Галилео" имеет целью гарантировать, что каждому отдельному пользователю предоставляются сигналы, безопасные для его предполагаемой работы, и что он своевременно предупрежден, если данное условие не может быть выполнено в какой-либо момент времени. Вместе с тем, оператор системы "Галилео" может нести ответственность лишь за некоторые из источников ошибок, влияющих на пользователя. Таким образом, важно выявлять различные категории источников ошибок и объяснять, как может реагировать общая схема целостности на каждую из составляющих данных ошибок. Существуют три следующие основные категории источников ошибок.

1. Ошибки, относимые на счет генерирования сигналов системы "Галилео": в данную категорию входят все ошибки, проистекающие из радиочастотных характеристик сигналов, передаваемых спутниками системы "Галилео", или из навигационных данных, содержащихся в радиочастотных сигналах. Основными виновниками ошибок данной категории являются ошибки часов и эфемерид и бортовое аппаратное обеспечение спутника.

2. Ошибки, вызванные распространением сигнала: на всем пути прохождения сигнала от вещательной антенны спутника до антенны приемника пользователя на сигнал воздействует ряд явлений, влияющих на его распространение. Основными виновниками ошибок данной категории являются задержки в ионосфере, задержки в тропосфере, многолучевая интерференция и радиопомехи.

3. Ошибки, вызванные приемником пользователя: приемник пользователя также влияет на общие характеристики системы. На измерения расстояний у приемника воздействуют тепловые помехи, равно как и уровень мощности принимаемых сигналов.

Способы борьбы с влиянием ошибок данных трех категорий на целостность весьма разнообразны. Целостность данных системы "Галилео" позволяет защищать пользователей от ошибок первой категории. Двухчастотная связь позволяет пользователям вносить поправки на задержки в ионосфере. Моделирование ошибок из-за особенностей распространения сигнала позволяет защищать пользователей от ошибок вследствие задержек в тропосфере. Применение барьеров в пользовательском оборудовании защищает от избыточных помех или многолучевого распространения.

Концепция целостности системы "Галилео"

Наземная сеть слежения

С учетом описанной наземной инфраструктуры, включающей сенсорные станции "Галилео" (ССГ) и станции передачи данных через спутник, всемирная сеть может использоваться для слежения за режимом работы спутников и предоставления пользователю соответствующей данных.

В зависимости от числа видимых с каждого спутника станций ССГ приводится в действие наземная сеть и соответствующее число необходимых станций. Как показывает анализ системного уровня, необходимые характеристики целостности могут быть гарантированы в сети, имеющей около 35 станций.

Таким образом, гарантируются хорошие характеристики для создания применимой концепции слежения за целостностью.

Концепция целостности

Первым и типичным способом предоставления пользователю данных для более точных измерений с целью создания применимой концепции целостности является передача дифференцированных данных при помощи глобальной сети ССГ.

В соответствии с изобретением более приемлемой концепцией, независимой от местоположения пользователя, является слежение за каждым спутником и передача пользователю соответствующих данных о режиме работы (например, данных о расчетной точности сигнала в космосе или данных о неисправности, если со спутником возникнут проблемы). Так, пользователь получает непосредственные данные о расчетных характеристиках каждого спутника (часы и орбита).

С учетом всех переданных данных пользователь может рассчитать риск потери целостности и решить, можно ли ему начинать действовать в соответствии с изобретением.

Точность сигналов в космосе, точность слежения за сигналом в космосе и порог флага целостности

Система "Галилео" предоставляет возможность следить за СВК в наземном сегменте с использованием измерений, осуществляемых станциями ССГ. При известных положениях ССГ могут быть рассчитаны фактическое положение космического аппарата (КА) и затем максимальная ошибка дальности (ОСВК).

Рассмотрим прогноз распределения ОСВК и допустим, что данное распределение, необязательно гауссово, может быть ограничено сверху несмещенным гауссовым распределением с минимальным стандартным отклонением, называемым точностью сигнала в космосе (ТСВК). Данное распределение описывает разность между фактическим четырехмерным положением (орбита и часы) КА и прогнозируемым четырехмерным положением в навигационном сообщении (см. фиг.3).

Расчет ОСВК также является процессом, чреватым ошибками. В данном случае делается допущение, согласно которому распределение фактической ОСВК вокруг значения расчетной ОСВК может быть описано гауссовым распределением со стандартным отклонением, называемым точностью слежения за сигналом в космосе (ТССВК). Определение значений ТССВК зависит от геометрии между доступными ССГ и КА. Так, данным гауссовым распределением со стандартным отклонением ТССВК может быть описана разность между истинной ОСВК и расчетной ОСВК (см. фиг.3).

В соответствии с концепцией целостности система "Галилео" рассчитывает ОСВК с использованием измерений, осуществляемых ССГ для обнаружения неправильно функционирующих спутников. Если расчетная ОСВК для спутника превысит определенный порог, спутник будет снабжен флагом "не использовать". Тем не менее, с учетом чреватого ошибками процесса расчета ОСВК следует считать, что расчетная ОСВК спутника может быть меньше порога, тогда как фактическая истинная ОСВК превышает порог. В этом случае говорят об ошибочном обнаружении.

Порог флага целостности ТН должен быть выбран таким образом, чтобы вероятность ложного оповещения была меньше требуемого предела. Ложное оповещение возникает, если спутник снабжен флагом "не использовать", хотя делать это необязательно. Это значит, что ложное оповещение возникает всякий раз, когда расчетная ОСВК (ОСВК_расч) превышает порог ТН, хотя фактическая истинная ОСВК меньше порога ТН.

Функция оповещения о целостности

Функция оповещения о целостности системы "Галилео" является услугой, которую система предоставляет пользователям для своевременного оповещения в том случае, если система не должна использоваться для навигации.

Кроме того, она связана с доверием, с которым пользователь может относиться к данной услуге. Это доверие измеряют риском потери целостности, который представляет собой вероятность того, что пользователь должен был быть, но не был предупрежден. Это называют опасными вводящими в заблуждение данными (ВЗД или HMI - от англ. "Hazardous Misleading Information").

Функция обеспечения целостности системы служит для предоставления пользователю данных о целостности. Она содержит лишь данные о:

- качестве СВК, передаваемого КА (т.е. ТСВК);

- точности слежения наземным сегментом за СВК, передаваемым КА (т.е. ТССВК);

- СВК, передаваемом КА, который не должен использоваться (т.е. флаг целостности и порог флага целостности).

На основании этих данных пользователь может вычислить индивидуальный риск потери целостности согласно изобретению. Этот риск потери целостности всегда вычисляется для заданного предела оповещения. Предел оповещения представляет собой максимальное допустимое отклонение от местоположения, при котором оповещение не передается. Как только вычисленный риск потери целостности на пределе оповещения превысит допустимый риск потери целостности, пользовательское оборудование должно дать сигнал тревоги.

Вычисление риска потери целостности на пределе оповещения может быть упрощено, если все необходимые для вычисления распределения могут быть приняты за гауссовы распределения. Идея, которая оправдывает данное допущение, заключается в том, чтобы во всех возможных и необходимых случаях распределение было ограничено сверху гауссовым распределением.

Далее еще раз дается пояснение терминам, необходимым для вычисления риска потери целостности на пределе оповещения.

ОСВК:

- ОСВК является максимальной ошибкой СВК по дальности по вине КА, бортовой аппаратуры КА и навигационного сообщения (т.е. эфемеридных данных, часов и т.д.);

ТСВК:

- Поскольку распределение ОСВК не должно представлять собой гауссово распределение, для описания распределения ОСВК применяют метод ограничения сверху ограничивающим гауссовым распределением;

- Распределение ОСВК характеризуется ТСВК, которая представляет собой прогноз минимального стандартного отклонения гауссова распределения, которое ограничивает сверху распределение ОСВК у надежного СВК;

ТССВК:

- Поскольку ОСВК не может быть измерена непосредственно, необходимо осуществить расчет ОСВК на основании измерений;

- В результате расчета ОСВК получают расчетную ОСВК (ОСВКр);

- Разность между ОСВК и ОСВКр имеет распределение, которое должно быть ограничено сверху гауссовым распределением со стандартным отклонением, называемым ТССВК. И оно должно представлять собой минимальное значение стандартного отклонения;

Флаг целостности и порог флага целостности:

- Если ОСВКр для СВК превышает порог флага целостности для данного СВК, данный СВК снабжают флагом целостности как ошибочный;

- Порог флага целостности может быть вычислен на основании распределения ОСВК, распределения разности между ОСВК и ОСВКр и допустимой вероятности ложного оповещения.

Пользователь вычисляет свой риск потери целостности на основании следующих параметров, которые являются фиксированными или содержатся в СВК:

- относительная геометрия между пользователем и КА суммарные погрешности СВК, которые включают:

- ошибки из-за особенностей распространения сигнала;

- ошибки приема;

- ошибки СВК, передаваемого КА флага целостности.

Относительную геометрию между пользователем и КА вычисляют на основании расчетного местоположения пользователя и эфемериды КА.

Для распределения ошибок из-за особенностей распространения сигнала и ошибок приема существуют согласованные модели. В эти модели могут быть введены дополнительные измерения, осуществляемые приемником.

В отношении ошибки СВК, передаваемого КА конкретным пользователям, делается допущение, согласно которому:

- для исправных КА распределение ошибки СВК, передаваемого КА, ограничено сверху гауссовым распределением со стандартным отклонением ТСВК;

- для неправильно функционирующих КА распределение разности между ошибкой СВК, передаваемого КА, и порогом флага целостности ограничено сверху гауссовым распределением со стандартным отклонением ТССВК.

Данные о флаге целостности должны исключать СВК из решения для навигации и целостности.

Распространение данных о целостности

В соответствии с описанной концепцией целостности пользователю должна распространяться следующая информация.

- Навигационное сообщение: помимо обычного содержания навигационное сообщение также включает значения ТСВК для спутников и обновляется примерно каждые 30 секунд;

- Сообщение о целостности: как и навигационное сообщение, сообщение о целостности обновляется примерно каждые 30 секунд и включает полную таблицу данных о целостности, содержащую значения ТССВК и ФЦ для каждого СВК;

- Контрольный итог и статус возможности соединения: контрольный итог целостности и статус возможности соединения (каким образом была установлена целостность) обновляются примерно каждую 1 секунду;

- Оповещения: при необходимости оповещения могут передаваться в режиме реального времени (примерно каждую 1 секунду) для всех спутников.

Концепция целостности данных пользователя

Допущения

Ниже кратко изложены допущения, использованные для получения пользовательского уравнения целостности:

- Истинная ОСВК для спутника в режиме безотказной работы представляет собой нулевое среднее гауссово распределение со стандартным отклонением ТСВК (ОСВК ~ N(0, TCBK)). Таким образом, уровень достоверности ТСВК принимается за 1;

- Как правило, неправильно функционирующие спутники обнаруживают и снабжают флагом "не использовать";

- В каждый момент времени один из спутников, снабженных флагом "исправен", считается неправильно функционирующим, но не обнаруженным (состояние сбоя). Истинная ОСВК для этого спутника имеет гауссово распределение с расчетным значением ОСВК_расч в качестве ожидаемого значения и стандартным отклонением ТССВК (ОСВК ~ N(OCBK_расч, ТССВК), т.е. уровень достоверности ТССВК также принимается за 1. Однако поскольку расчетная ОСВК_расч не будет известна пользователю, пессимистическим расчетным значением ОСВК_расч является порог ТН. Таким образом, распределение истинной ОСВК у несправного спутника, не помеченного флагом "не использовать", представляет собой гауссово распределение с ожидаемым значением ТН и стандартным отклонением ТССВК (ОСВК ~ N(TH, TCCBK));

- Вероятность того, что в каждый момент времени существуют несколько неправильно функционирующих, но не обнаруженных спутников, является пренебрежимо малой для пользовательского уравнения. Многократные и общие сбои относятся к другой ветви дерева целостности, включая не обнаруженные сбои ТСВК и ТССВК (см. фиг.10). Таким образом, данные события включены в пользовательское уравнение целостности.

При данных допущениях пользователь способен определять риск потери целостности при определении своего местоположения в любой точке на земле.

Вычисление риска потери целостности пользователем на пределе оповещения

В изобретении предложены две основные концепции вычисления целостности для пользователя:

1) может быть вычислена величина ошибки, которая должна приниматься за соответствующую заданному значению риска потери целостности (концепция уровня защиты), или

2) может быть непосредственно вычислен риск потери целостности на пределе оповещения (ПО).

В соответствии с первой концепцией должны быть установлены фиксированные соотношения распределения для каждого механизма сбоя (например, 2% в плане и 98% по высоте как распределение в WAAS) и результат соотнесения уровня защиты в плане (УЗП) с уровнем защиты по высоте (УЗВ).

Кроме того, пользовательские геометрии с высоким УЗП отличаются от геометрия с высоким УЗВ. В случае WAAS это необязательно учитывать, поскольку на защиту в плане приходится 2%. Помимо этого, WAAS по сравнению с "Галилео" имеет менее жесткие требования к доступности, поэтому снижение доступности из-за такого фиксированного распределения является допустимым.

Применительно к системе "Галилео" следует рассмотреть четыре механизма сбоев: в плане, по высоте, и для каждого из них безотказную работу, и одну необнаруженную ошибку.

В соответствии с изобретением для каждого механизма сбоя может быть вычислен риск потери целостности на пределе оповещения (ПО) для сравнения суммы всех четырех влияний с требуемым риском потери целостности. Данный подход отображает вторую концепцию.

Пользовательское уравнение целостности

Как подробно описано выше, доступные на уровне пользователя данные для вычисления риска потери целостности включают:

- флаг целостности;

- значение ТСВК для каждого спутника;

- значение ТССВК для каждого спутника;

- порог для ТСВК и ТССВК.

Если известно распределение ошибки в нужной системе координат в пространстве (ограничивающее сверху гауссово распределение ТСВК относительно ТССВК) как в условиях неисправности, так и условиях безотказной работы, которые установлены для пользовательских уравнений, можно очень просто вычислить соответствующий риск потери целостности.

Таким образом, не требуется определять распределения ошибок по высоте (одномерное гауссово распределение) и плане (кси-квадратное распределение с двумя степенями свободы), и соответствующий риск потери целостности может быть вычислен путем анализа интеграла для обоих распределений с заданными пределами (пределами оповещения).

Общий пользовательский риск потери целостности может быть вычислен при помощи следующего уравнения:

(уравнение 0-1)

Основные требования к рабочим характеристикам

Как показывают результаты испытаний, подробно имитирующих условия эксплуатации, общая требуемая целостность и готовность к работе могут быть обеспечены при значениях ТССВК ниже, чем в приведенных далее технических условиях для номинального режима и режима пониженной работоспособности.

	Номинальный режим	Режим пониженной работоспособности
ТСВК	85 см	85 см
ТССВК	60 см	120 см
Доступность сегмента выполнения задачи "Галилео" (СВЗГ)	94,73%	99,96%
	Номинальный режим	Режим пониженной работоспособности
Вероятность состояния космического сегмента	94,38%	5,33
Угол возвышения пользователя	10°	10°

В данном случае система находится в "номинальном режиме", если наземный сегмент и космический сегмент находят