基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统，其包括地面站主天线、辅助天线系统、3个以上滤波器、3个以上可控移相器、合路器、计算机，地面站主天线、辅助天线系统分别通过滤波器与可控移相器连接，3个以上可控移相器的输出端与合路器的输入端连接，合路器与计算机连接；本装置采用增加辅助天线系统的方案，可以在合成方向图上形成一个零点，通过将该零点对准构建太阳方向，为此太阳射电爆发信号将由于该零点的作用而大大衰减，进而减小爆发信号对导航信号的影响。

System and method for eliminating navigation signal interference of solar radio burst based on auxiliary antenna

The invention discloses an auxiliary antenna based on the elimination of solar radio bursts of navigation signal interference, which comprises a ground station of the main antenna and the auxiliary antenna system, more than 3 filters, 3 or more controllable phase shifter, combiner, computer, ground station of the main antenna and the auxiliary antenna system through the filter is connected with the controllable the phase shifter, the output of more than 3 controllable phase shifter and combiner is connected to the input end of the combiner, connected with a computer; auxiliary antenna system scheme using the device, can be in the direction of synthesis chart on the formation of a zero, the zero alignment construction of the sun, the solar radio burst signal due to the zero effect and greatly attenuated, thereby reducing the impact of the outbreak of the navigation signal signal.

【技术实现步骤摘要】
基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统及方法
本专利技术属于卫星导航测控领域，涉及基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统及控制方法，适用于预警太阳射电爆发干扰导航通信领域。
技术介绍
太阳是距离地球最近的恒星，在传递给地球光和热的同时，其活动也在各个方面影响着人类的生产、生活，以及人类依存度越来越高的技术体系。人类目前主要依赖无线电波来进行星地-空通信，频率范围从数MHz直至数十GHz。国际上广泛使用的全球卫星导航定位系统(GPS、GLONASS、北斗等)，通过多颗卫星为地面设备提供定位、授时等服务，在军事、科考、海洋油气田钻探等领域发挥着巨大的作用。导航卫星的发射功率一般只有十几瓦到几十瓦左右，所使用的频段，一般在L和S频段。当导航电波到达地面时，接收到的信号功率大约只有-130dBm左右，其强度非常微弱，因此，地面上的接收信号很容易受到周围环境的干扰。排除人为的蓄意干扰外，自然界中导航卫星信号的主要干扰源有两种，一种是当GPS信号穿过电离层时，电离层中的小尺度不规则体引起无线电波的散射，造成导航信号强度和相位快速的无规则起伏和波动，这种现象称之为电离层闪烁；另一种是来自太阳射电的直接干扰。太阳射电暴期间，太阳射电辐射(无线电)会突然大幅度增加，如果爆发的频段覆盖了导航信号的频率，就会对GPS造成不同程度的射电干扰，主要表现为信噪比下降。观测表明，强太阳射电爆发能显著干扰导航电波的接收，严重时能造成接收机失锁、甚至完全中断，使得应用系统失去导航、定位、授时等基本功能。因此，包括美国GPS和我国北斗系统在内的太阳射电噪声干扰问题一直是影响卫星导航系统性能的重要影响因素。太阳射电爆发的辐射强度会达到宁静时(约100S.F.U.，1S.F.U.＝10-22w/Hzm2)的数十倍，甚至数千倍。以2012年3月5日的爆发为例，在1.0和2.0GHz频点的辐射强度分别达到501812和18958S.F.U.(如图2)射电暴影响GPS的流量最小阈值一般认为在4000S.F.U.左右，2006年12月太阳日面爆发了一系列事件，其中在12月日和13日有两次较强的L波段太阳射电爆发。图3-4是L1、L2两个GPS通信频点的太阳射电流量、载噪比变化、单站所能收到的GPS卫星数量以及全球地面站失锁和定位误差等情况，发现两频点射电流量的变化与载噪比呈很好的正相关性。利用已有观测频点数据统计不同频率点太阳活动的流量异常与GPS信号失锁时间的关系，不难发现在1415MHz频率上的太阳射电流量异常与GPS导航信号失锁关联性最大，这与GPS工作频段有密切关系，结果如图5所示。图6明显看出，此次射电暴期间，我国的昆明、台湾、武汉、北京等GPS台站发生明显失锁现象，而且多个台站、多颗GPS卫星信号完全中断长达6分钟，射电暴期间，多个台站锁定的卫星数目小于4颗，使得GPS实时定位服务完全失效我们对日本野边山射电望远镜(NobeyamaRadioPolarimeters)在23周峰年(2000-2005)极大期6年间观测到的太阳射电爆发进行过粗略统计。在观测到456个爆发中，流量高于1000S.F.U.的有75个，在低频段(1.0、2.0和3.75GHz)流量高于1000S.F.U.的共计37个。考虑到NORP每天观测9小时，如按24小时计算，在峰年极大期间，年均发生可能影响GPS的爆发的数量大约是16个。这不论从强度和频度来看，都是相当可观的，可见太阳射电爆发是卫星导航通信必然的影响因素之一。北斗导航卫星系统(BDS)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，建成后的北斗导航卫星系统将可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。北斗导航卫星系统的建立，将大大促进我国卫星导航产业链的发展，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。同时，打破我国卫星导航应用在军事领域对国外的依赖和束缚，促进军事能力的发展具有重要的意义。基于北斗系统的应用是以北斗的稳定、可靠为前提的，其中空间环境的影响因素不能忽略。与太阳高能粒子辐射的影响不同，太阳射电暴主要影响卫星导航系统的传播段，太阳射电爆发以强噪声信号形式光速传播，在强耀斑爆发后约八分钟到达卫星轨道瞬间在通信链路上造成噪声增强，大大提前于太阳高能粒子的到达时间。天线辐射方向图(radiationpattern)是描述天线方向性能的函数，它代表天线辐射特性(场强振幅、相位、极化)与空间角度之间的关系，并以图形的方式直观的表达出来；从辐射方向图中能够快速获得天线的主要参数，包括：主瓣宽度，旁瓣电平，方向系数等。黄文耿等人在通过统计国外内的GPS站的情况发现，2006年12月13日事件中，对以下几个IGS(InternationalGPSService)标准站的数据进行了分析：澳大利亚NIUE台站(地理坐标为：19.1°S169.9°E)中国境内的HAIN站(地理坐标为：19.4°N，109.1°E)、GUAZ站(地理坐标为：23.1°N，108.3°E)的闪烁指数S4进行了统计；此次事件持续时间段为UTC时间：02:14-02:57，最强流量时刻发生在02:40，当时的太阳高度角，NIUE台站应高于GUAZ站4°以上(同时考虑到此时太阳处于南回归线附近)，根据GPS地面站天线结构，主瓣应该是指向正上方天空，所以同样的太阳射电爆发功率GUAZ地面站较之于NIUE地面站的入射功率受到天线方向图的作用，而更小。为此在考察的几个地面站中NIUE台站的闪烁指数到达了强闪烁级别(S4>0.6)，而HAIN站的闪烁指数只是在中等闪烁级别；为此文章得到结论：日下点附近的GPS站收到太阳射电爆发的影响要比远日点大。这就是天线方向图造成。目前，针对卫星地面站受到该类干扰暂时只有预警、事后分析、标识数据无效等方案，如果能够在地面站系统中加入信号处理单元，可以减少该种干扰的影响，提高系统稳定性。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统，主要适用于L波段太阳射电剧烈爆发干扰导航卫星信号的消除；该系统建立的重要意义在于：可以在不改变原地面站系统接收机结构的情况下，只需增加若干辅助设备即可快速消除太阳强射电爆发这一隐性的潜在干扰源。本专利技术基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统包括地面站主天线、辅助天线系统、3个以上滤波器、3个以上可控移相器、合路器、计算机，地面站主天线、辅助天线系统分别通过滤波器与可控移相器连接，3个以上可控移相器的输出端与合路器的输入端连接，合路器与计算机连接。其中，所述辅助天线系统由两架以上天线构成，各天线的输出端分别与相应的可控移相器输入端相连；地面站主天线负责对卫星数据接收；计算机通过控制线输出对可控移相器进行控制达到数控相移的目的，同时在计算机中通过计算获取目前太阳位置，计算出相移控制因子的数值。控制方案在于：通过地面站主天线、辅助天线系统构建天线阵，同时通过对各天线信号的加权形成针对太阳为“零点”的天线阵方向图，根据天线阵加权原理，在太阳射电源的来波方向就形成一个陷波点，削弱了太阳射电爆发信号的影响，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统，其特征在于：包括地面站主天线、辅助天线系统、3个以上滤波器、3个以上可控移相器、合路器、计算机，地面站主天线、辅助天线系统分别通过滤波器与可控移相器连接，3个以上可控移相器的输出端与合路器的输入端连接，合路器与计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统，其特征在于：包括地面站主天线、辅助天线系统、3个以上滤波器、3个以上可控移相器、合路器、计算机，地面站主天线、辅助天线系统分别通过滤波器与可控移相器连接，3个以上可控移相器的输出端与合路器的输入端连接，合路器与计算机连接。2.根据权利要求1所述的基于辅助天线消除太阳射电爆发对导航信号干扰的系统，其特征在于：辅助天线系统由两架以上辅助天线构成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮，黄文耿，屈会鹏，汪敏，郭少杰，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：发明
国别省市：云南,53