题目：卫星导航系统的用户测距精度完好性关键技术研究

美国、欧洲、俄罗斯和中国已经建立了各自的卫星导航系统，而且为了为了满足航空用户高精度和完好性的需求，这些国家已经建设（或正在建设）各自的卫星完好性增强系统。卫星导航系统通过播发定位信息和完好性信息来提高服务区域内用户的定位精度和完好性性能。而且随着卫星导航系统在民用航空领域中的应用，完好性已经成为衡量卫星导航系统安全性的重要指标之一。卫星导航系统基本完好性监测技术是指：基本导航电文在利用系统所布设的监测站来被进行监测，同时用户能够得到随导航电文一起播发的完好性参数，用户在采用所接收到的完好性参数来进行完好性处理的同时还可以进行导航定位处理。用户测距精度（URA, User Range Accuracy）是卫星导航完好性的重要参数之一，是卫星位置和时钟精度的综合反映。因为用户测距精度URA算法属于运控段的保密算法，并未有公开的文献对其计算方法进行详细的描述。而且由于国内对于完好性技术的研究还处于探索阶段，还缺乏适用于我国卫星导航系统的URA完好性的研究。本文对用户测距精度URA完好性的工作原理、地面监测站的数据处理方法、混合卫星星座URA完好性解算方法、基于星间链路完好性解算方法等方面展开了深入细致的研究。主要成果是：

1、提出一种基于解析法的用户测距精度URA计算方法，该方法能够进一步提高卫星导航系统的完好性性能。文中给出了用户测距精度URA的计算流程，认为计算用户测距精度URA的关键是查找用户最差位置（WUL, Worst User Location）。通过变换定轨误差协方差矩阵，将查找用户最差位置变成一个几何问题。采用误差矢量空间拓扑结构确定矢量方向，通过数学推导计算出最差用户位置，确定出最差误差矢量值及其方向，进而计算出用户测距精度。通过仿真分析验证了基于解析法的用户测距精度URA计算方法能够提升主控站对于完好性信息处理时间的解算效率，即基于解析法的用户测距精度URA计算方法可以减少95%以上的运行时间并且具有更低的计算复杂度，便于工程实现，可以作为地面运控段求解用户测距精度URA的算法。

2、提出一种基于均方根偏差RMSD(Root Mean Square Deviation)、切比雪夫大数定律与卡尔曼滤波相结合对星历星钟误差进行估算和故障检测的方法。该方法能够对卫星星历故障、星钟故障进行检测与隔离，同时提出一种对区域用户测距精度RURA（Region User Range Accuracy）进行评估的方法。通过建立星历误差和时钟误差的观测方程以及协方差矩阵来解算区域用户测距精度RURA，使用虚警与漏警的概念及误差椭球方法对RURA值进行评估，采用均方根误差（RMSE，the Root Mean Square Error）及平均欧几里德误差（AEE，the Average Euclidean Error）和调和平均误差（HAE，the Harmonic Average Error）与最大值MAX的方法对RURA值进行估算比对，通过区域用户测距精度RURA值来对卫星星历故障与星钟故障进行检测与判断，从而决定监测站观察到的这颗卫星“健康与否”、“可用与否”，仿真结果表明该算法具有鲁棒性，提高了系统的容错能力。

3、提出一种基于卫星星间链路通信方式来解算用户测距精度URA完好性的方法。该方法是为了仅能在某一特定区域内布站的情况下，使卫星导航系统的基本完好性性能也能够实现全球覆盖。拟采用星间链路来解决全球监测站分布不足的情况，进而研究基于星间链路测距数据的完好性参数解算方法。针对不同轨道的卫星研究其空间可观测性，以及不同轨道相邻卫星的相关性。对空间卫星进行最差可观测性分析和最优可观测性分析，进而对卫星导航系统空间链路最优化拓扑结构进行分析。利用基于星间链路用户测距精度URA完好性算法，结合地面观测站计算信息，得出适合卫星导航系统的最优化URA完好性指标，为优化星间链路完好性算法提供设计思路。

4、研制卫星导航完好性技术仿真验证平台，该平台能够给卫星导航系统差分与完好性研究提供仿真验证环境，对于卫星导航完好性技术设计、监测站/主控站/用户端处理算法以及性能指标等提供验证分析手段，且对于完好性算法、完好性系统整体性能也能够进行仿真验证评估，达到了课题所要求的指标性能。卫星导航完好性技术仿真验证平台能够对于工程应用提供必要的辅助验证能力。

以上结果对卫星导航完好性的研究提供了丰富的理论依据和设计参考。