面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法

1.本发明属于卫星空间信号传播技术领域，具体涉及一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法。


背景技术：

2.随着全球卫星导航系统（global navigation satellite system，gnss）在社会经济生活中的作用逐渐增大以及应用越来越广泛，确保gnss用户设备正常工作就必须保障导航信号的完好性。北斗卫星空间信号传播段风险源的可信监测是保障北斗精准定位与授时可信监测的重要环节。卫星信号在传播过程中可能会受到空间传播环境变化与信号强干扰影响，出现信号功率异常等问题，若发生异常，会降低卫星信号跟踪精度，甚至导致gnss卫星失去可用性。因此，需要对每颗卫星的信号功率进行连续、实时的监视和分析。
3.目前，直接测量接收功率对地面接收天线有较高的要求，需要数十米高的大型高增益线极化天线对卫星信号进行持续的监测才能计算出接收功率的大小。若射频前端采用自动增益控制（automatic gain control，agc），并能实时精确给出增益大小，结合测量值即可估计信号功率；若采用固定增益模式，可以直接利用功率计或频谱仪监测信号功率变化。但是通常l波段存在较多电磁干扰，而功率计采用宽频测量方式，在接收信号的同时，大量干扰信号也进入功率计，影响监测结果。频谱仪能够测量并记录信号的功率谱线，功率谱估计常用的方法有直接法和间接法，但是这两种方法估计出的功率谱不够精细，而且分辨率较低。
4.多模多频信号功率与载波相位观测数据质量密切相关，载波相位观测量的精度性能变化可在一定程度上反映多模多频信号的强弱变化。利用载波相位构建检测量，再结合遥感卫星对多模多频信号功率进行增强监测，根据监测到的异常情况反作用于精密定位的误差改正，从而提高定位性能。对卫星导航信号发生的功率异常情况进行多层次、全方位的监测和研究有利于促进全球卫星导航系统的进步和完善，这对我国北斗导航系统的建设与应用具有重大的现实意义和指导意义。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明所提出一种面向精准定位的多频多模信号功率异常监测及增强方法，综合考虑多种类型电磁干扰的，利用载波相位观测值与信号功率的密切性，采用相关峰方法对信号进行处理，基于极大似然比准则构建检测量，提高对功率异常情况检测的成功率。在正常情况下，卫星工作状况是稳定的，可以通过载波相位的长期监测地面接收功率，来分析电离层、对流层的活动对信号接收的影响。该技术扩展了信号及大气监测的技术适用范围，节约了使用成本。
6.本发明实现其目的所采取的技术方案是：一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法，包括如下步骤：步骤（1）考虑脉冲式、扫频式、调频式、窄带式的电磁信号干扰环境，构建卫星载波
相位的信号载噪比与相关峰互相关系数统计特征的变化模型；步骤（2）对卫星载波相位的信号载噪比做分组、平滑及归一化预处理；步骤（3）对于采用二相相移键控调制方式或正交相移键控调制方式的调制信号，经载波剥离后变为两路信号，分别用i(k)和q(k)表示；步骤（4）将步骤（3）中的i(k)路信号、q(k)路信号进行转化计算，去除相关峰的位置偏移影响，经计算获得l个信号段，便于提取统计特征；步骤（5）对每个信号段提取包括均值、方差、偏度和峰度的一组相关峰互相关系数统计特征；步骤（6）基于极大似然比准则构建信号功率异常检测的检验统计量以及对应的检验门限；步骤（7）利用服务区域的高分遥感与视觉影像遥感分析多模多频信号的直达可视性，筛选排除非可视卫星信号，进行信号功率异常的快照型监测及增强。
7.有益效果：本发明在信号功率受到多类型电磁干扰下难以进行监测时，利用载波相位高精度观测值，构建了信号特征的变化模型和信号异常的检验统计量，同时采用遥感手段排除非可视卫星，使本方法增强了对信号功率异常的监测，保障了改正产品和可信监测服务的可用性，提升了定位性能。
附图说明
8.图1为本发明的一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法流程示意图。
具体实施方式
9.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
10.本发明在信号功率受到多类型电磁干扰下难以进行监测时，利用载波相位高精度观测值，构建了信号特征的变化模型和信号异常的检验统计量，同时采用遥感手段排除非可视卫星，使本方法增强了对信号功率异常的监测，保障了改正产品和可信监测服务的可用性，提升定位性能。
11.如图1所示，本发明的一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法具体包括如下步骤：步骤（1）考虑脉冲式、扫频式、调频式、窄带式的电磁信号干扰环境，构建卫星载波相位的信号载噪比与相关峰互相关系数统计特征的变化模型；步骤（2）对卫星载波相位的信号载噪比做分组、平滑及归一化等预处理；步骤（3）对于二相相移键控调制方式或正交相移键控调制方式（bpsk或qpsk）的调制信号，经载波剥离后变为两路信号，分别用i(k)和q(k)表示；
，其中，n为i（k）路信号的数据取样点数，和分别是归一化后的数据；d为i（k）路信号的n个取样点的均方根；若gnss信号为boc调制信号及多路复用信号，进行处理解调后，得到的信号取值通常不只是两个，有可能为四种或八种取值。因此对于boc信号及多路复用信号，通常采用如下方法：，其中，为i（k）支路信号本地生成的参考信号。
12.步骤（4）将i(k)路信号具体表示为第d颗卫星第j个波形段中第y个信号第n个片段的信号做如下运算：，其中，为计算后的信号段，为周期性间隔；l为l的取值个数；、为信号段取样点数。
13.步骤（5）对每个信号，提取以下均值、方差、偏度和峰度等4种统计特征，即一组相关峰统计特征：，，
，，其中，表示一组均值中与方差、偏度和峰度一一对应的取值，，分别为一组方差中与偏度和峰度一一对应的多次方取值。
14.相关峰的评估目的是将实测相关函数与理想相关函数进行对比，通过对特征评估参数的分析，评估接收信号对测距性能的影响；步骤（6）基于极大似然比准则构建信号功率异常检测的检验统计量以及对应的检验门限；步骤（7）综合利用重点服务区域的高分遥感与视觉影像遥感分析其多模多频信号的直达可视性，由此筛选排除非可视卫星信号，进行信号功率异常的快照型监测及增强。
15.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1）考虑脉冲式、扫频式、调频式、窄带式的电磁信号干扰环境，构建卫星载波相位的信号载噪比与相关峰互相关系数统计特征的变化模型；步骤（2）对卫星载波相位的信号载噪比做分组、平滑及归一化预处理；步骤（3）对于采用二相相移键控调制方式或正交相移键控调制方式的调制信号，经载波剥离后变为两路信号，分别用i(k)和q(k)表示；步骤（4）将步骤（3）中的i(k)路信号、q(k)路信号进行转化计算，去除相关峰的位置偏移影响，经计算获得l个信号段，便于提取统计特征；步骤（5）对每个信号段提取包括均值、方差、偏度和峰度的一组相关峰互相关系数统计特征；步骤（6）基于极大似然比准则构建信号功率异常检测的检验统计量以及对应的检验门限；步骤（7）利用服务区域的高分遥感与视觉影像遥感分析多模多频信号的直达可视性，筛选排除非可视卫星信号，进行信号功率异常的快照型监测及增强。2.根据权利要求1所述的一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法，其特征在于，所述步骤（3）中，对于二相相移键控调制方式或正交相移键控调制方式的调制信号，归一化方法为：，，其中，n为i（k）路信号的数据取样点数，和分别是归一化后的数据；d为i（k）信号的n个取样点的均方根。3.根据权利要求2所述的一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法，其特征在于，所述步骤（4）包括：将i(k)路信号表示为第d颗卫星第j个波形段中第y个信号第n个片段的信号，做如下运算：，其中，为周期性间隔；l为的取值个数；、为信号段取样点数。4.根据权利要求3所述的一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方
法，其特征在于，所述步骤（5）包括：均值、方差、偏度和峰度的计算公式如下：，，，，其中，表示一组均值中与方差、偏度和峰度一一对应的取值，，分别为一组方差中与偏度和峰度一一对应的多次方取值。

技术总结
本发明公开了一种面向精准定位的多模多频信号功率异常监测及增强方法，属于卫星空间信号传播技术领域，在信号功率受到多类型电磁干扰下难以进行监测时，利用载波相位高精度观测值，构建信号特征的变化模型和信号异常的检验统计量，同时采用遥感手段排除非可视卫星，增强对信号功率异常的监测，保障服务覆盖范围内区域改正产品的可靠生成以及各类精准改正信息的可信监测，从而提升定位性能。本发明增强了对信号功率异常的监测，保障了改正产品和可信监测服务的可用性。可信监测服务的可用性。可信监测服务的可用性。


技术研发人员：王亮亮 邱立杰 李子申 刘炳成 潘军道 王宁波 汪亮 韦永僧
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/6