【技术实现步骤摘要】
一种全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法及系统
[0001]本专利技术涉及卫星导航信号质量监测领域，尤其涉及在全场景信号环境异常模拟条件下，利用信号质量异常模板匹配库进行反馈式闭环比对的卫星导航信号质量监测优化方法。
技术介绍
[0002]卫星导航系统是用户通过接收导航卫星发送的导航信号，并以导航卫星作为动态已知点，利用伪距、多普勒等观测信息实时地测定运动载体的在航位置和速度，进而完成导航定位。卫星导航克服了传统无线电导航系统的不足，实现了全天候、全球范围的高精度连续导航功能，可以满足大多数导航用户的需求。随着各国全球卫星导航系统的建成和投入使用，多模导航应用已在国家安全、经济建设和人民日常生活中日益广泛拓展，“高可用导航”已成为我国信息产业发展的重要主题。成就“高可用导航”最重要的因素就是卫星导航信号质量。导航卫星一旦发生故障将导致用户对该卫星的观测信息发生异常，从而使得定位授时结果出现偏差。因此，导航卫星发生故障时需要及时感知并排除故障，从而提升系统应用的完好性，获得连续而正确的定位结果，因此卫星导航信号质量监测是卫...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建室内有线全场景反馈式信号质量监测模拟训练系统；步骤2：设定卫星导航信号质量异常模拟种类、异常项目与异常值，形成信号质量监测训练参考集；同时，分别选定大口径天线监测、小口径天线监测和全向天线监测的信号质量监测模板；步骤3：利用室内有线全场景反馈式信号质量监测模拟训练系统进行信号及环境异常模拟遍历，针对每个卫星导航信号质量异常模拟种类、异常项目与异常值，依据信号质量监测模板形成相应的信号质量异常模板，所有信号质量异常模板汇总形成信号质量异常模板匹配库；步骤4：设定异常种类、异常项目、异常卫星、异常值区间与异常值间隔，开展信号环境异常模拟遍历，在信号质量异常模板匹配库中通过信号质量监测算法进行信号质量异常监测，并分别与设定值进行比对，得到信号质量异常监测结果集，并依据信号质量异常监测结果集，进行信号质量监测算法的训练优化。2.根据权利要求1所述的全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法，其特征在于，步骤2所述的设定卫星导航信号质量异常模拟种类、异常项目与异常值，包括如下步骤：步骤201：选定卫星导航信号质量异常模拟种类，可选定的种类范围主要包括频域异常、时域异常、调制域异常、相关域异常、测量域异常、信息域异常、定位域异常、大气效应异常、干扰异常、欺骗异常和多径异常；步骤202：针对每个卫星导航信号质量异常模拟种类，设定具体的异常模拟项目；其中频域异常的可选项目包括功率谱偏差均值、功率谱偏差方差、载波泄露频率、载波泄露幅值、带外抑制、带内杂散和相位噪声；时域异常的可选项目包括TMA上升沿延迟、TMA下降沿延迟、TMB阻尼震荡频率、TMB阻尼震荡系数和信号波形失真；调制域异常的可选项目包括信号分量有效功率比偏差、信号分量间相位偏差、恒包括调制异常和星座图异常；相关域异常的可选项目包括相关损失、S曲线过零点偏差、鉴相曲线斜率偏差、相关值归一化幅度、相关峰平滑性和相关峰对称性；测量域异常的可选项目包括载噪比跳变、频点间伪码相位一致性、频点内伪码相位一致性、GEO伪距一次差、GEO伪距二次差、IGSO/MEO伪距一次差、IGSO/MEO伪距二次差、GEO载波相位一次差、GEO载波相位二次差、IGSO/MEO载波相位一次差、IGSO/MEO载波相位二次差和载波与伪码相干性；信息域异常的可选项目包括电文符号比特异常、星钟异常、星历异常、历书异常、卫星健康状态异常、不同系统间的时间差异常、精度增强信息异常和完好性信息异常；定位域异常的可选项目包括定位精度异常、授时精度异常、测速精度异常、精度可用性异常、DOP值可用性异常、精度连续性异常和DOP值连续性异常；大气效应异常的可选项目包括电离层TEC振幅、电离层幅度闪烁指数和电离层相位闪烁指数；干扰异常的可选项目主要包括对各种干扰参数的设定结果，具体干扰参数包括干扰频率、干扰带宽、干扰功率和干扰样式；欺骗异常的可选项目包括对各种欺骗参数的设定结果，具体欺骗参数包括水平欺骗、高程欺骗、授时欺骗、定点欺骗和轨迹欺骗；多径异常的可选项目包括地面反射模型、障碍物反射模型和二次反射模型；步骤203：选定每个异常项目的具体典型异常值，异常值的个数大于等于3，且在整个异常值区间内采取均匀分布或指数分布的分布方式。3.根据权利要求1所述的全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法，，其特征在
于，步骤2所述的分别选定大口径天线监测、小口径天线监测和全向天线监测的信号质量监测模板包括如下步骤：步骤301：将大口径天线监测、小口径天线监测和全向天线监测分别对应定义为I类信号质量监测、II类信号质量监测和III类信号质量监测，分别设定I类信号质量监测、II类信号质量监测和III类信号质量监测过程中的具体监测指标，其中I类信号质量监测的具体监测指标包括信号EIRP、信号EIRP稳定度、相位噪声、带内杂散、带外多余辐射功率谱密度、合成功率谱偏差、相关损失、S曲线过零点偏差、鉴相曲线斜率偏差、恒包络复用效率、基带信号波形失真、眼图宽度、眼图幅度、上升/下降沿时间、信号分量有效功率比偏差、信号分量间相位偏差、相同频点伪码相位一致性、不同频点伪码相位一致性和码与载波相干性；II类信号质量监测的具体监测指标包括不同相关间隔测距一致性、GEO伪距一次差、GEO伪距二次差、IGSO/MEO伪距一次差、IGSO/MEO伪距二次差、GEO载波相位一次差、GEO载波相位二次差、GSO/MEO载波相位一次差、GSO/MEO载波相位二次差、相关值归一化幅度、相关峰平滑性、相关峰对称性、载噪比跳变和电文符号异常比例；III类信号质量监测的具体监测指标包括不同相关间隔测距一致性、GEO伪距一次差、GEO伪距二次差、IGSO/MEO伪距一次差、IGSO/MEO伪距二次差、GEO载波相位一次差、GEO载波相位二次差、GSO/MEO载波相位一次差、GSO/MEO载波相位二次差、相关值归一化幅度、相关峰平滑性、相关峰对称性、载噪比跳变、电文符号异常比特数、定位精度、定位精度可用性、测速精度、测速精度可用性、授时精度、授时精度可用性、DOP值和DOP值可用性；步骤302：为各类信号质量监测模板所选择的具体监测指标设定监测门限阈值[T
MIN
,T
MAX
]，其中T
MIN
为阈值下限，T
MAX
为阈值上限；步骤303：为各类信号质量监测建立信号质量监测模板，每个信号质量监测模板由具体监测指标及相应的监测门限阈值组成，表达为一个M
i
行2列的矩阵，即i＝I,II,III，M
i
代表第i类信号质量监测模板中监测指标的数量，其中和分别代表第i类信号质量监测模板中第k个监测指标的监测门限阈值下限和上限，1≤k≤M
i
。4.根据权利要求1所述的全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法，其特征在于，步骤3具体包括如下步骤：步骤401：在信号质量监测模拟训练系统中，选取一个具体的异常模拟种类、异常项目与异常值，配置好异常卫星，同时播发全向天线导航模拟信号、小口径天线导航模拟信号和大口径天线导航模拟信号，然后同时转向步骤402、步骤403和步骤404；步骤402：接收全向天线导航模拟信号，并依据III类信号质量监测模板采集存储监测结果数据，形成针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的III类信号质量异常图案模板其中第k个元素其中第k个元素为III类信号质量监测模板中第k个监测指标测量结果，1≤k≤MIII，MIII为III类信号质量监测模板中的监测指标数量，和分别为III类信号质量监测模板中第k个监测指标的监测门限阈值下限和上限，然后转向步骤405；
步骤403：接收小口径天线导航模拟信号，并依据II类信号质量监测模板采集存储监测结果数据，形成针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的II类信号质量异常图案模板其中第k个元素其中第k个元素为II类信号质量监测模板中第k个监测指标测量结果，1≤k≤MII，MII为II类信号质量监测模板中的监测指标数量，和分别为II类信号质量监测模板中第k个监测指标的监测门限阈值下限和上限，然后转向步骤406；步骤404：接收大口径天线导航模拟信号，并依据I类信号质量监测模板采集存储监测结果数据，形成针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的I类信号质量异常图案模板其中第k个元素其中第k个元素为I类信号质量监测模板中第k个监测指标测量结果，1≤k≤MI，MI为I类信号质量监测模板中的监测指标数量，和分别为II类信号质量监测模板中第k个监测指标的监测门限阈值下限和上限，然后转向步骤407；步骤405：依据步骤402所得到的针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的III类信号质量异常图案模板和信号质量监测结果数据，计算得到相应的信号质量异常量化模板，一个信号质量异常图案模板依据不同的异常参数对应多个信号质量异常量化模板，一个信号质量异常量化模板只有唯一相对应的信号质量异常图案模板；信号质量异常量化模板表示为其维度NIII等于信号质量异常图案模板中取1的个数，并构成异常量化特征空间，1≤p≤P，P为该信号质量异常图案模板所对应的异常量化模板的个数，不同的异常量化模板对应不同的异常值，每个信号质量异常量化模板构成异常量化特征空间中的特征点，其中信号质量异常量化模板中的元素其中1≤j≤NIII，k为该项超过监测门限阈值的指标在相应的信号质量模板中的排序，为信号质量异常量化权值，初始权值为1，为III类信号质量监测第p个异常量化模板中第k个监测指标测量结果，然后转向步骤408；步骤406：依据步骤403所得到的针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的II类信号质量异常图案模板和信号质量监测结果数据，计算得到相应的信号质量异常量化模板，一个信号质量异常图案模板依据不同的异常参数对应多个信号质量异常量化模板，一个信号质量异常量化模板只有唯一相对应的信号质量异常图案模板，信号质量异常量化模板表示为其维度NII等于信号质量异常图案模板中取1的个数，并构成异常量化特征空间，1≤p≤P，P为该信号质量异常图案模板所对应的异
常量化模板的个数，不同的异常量化模板对应不同的异常值，每个信号质量异常量化模板构成异常量化特征空间中的特征点，其中信号质量异常量化模板中的元素其中1≤j≤NII，k为该项超过监测门限阈值的指标在相应的信号质量模板中的排序，为信号质量异常量化权值，初始权值为1，为II类信号质量监测第p个异常量化模板中第k个监测指标测量结果，然后转向步骤408；步骤407：依据步骤404所得到的针对选取的异常模拟种类、异常项目与异常值的I类信号质量异常图案模板和信号质量监测结果数据，计算得到相应的信号质量异常量化模板，一个信号质量异常图案模板依据不同的异常参数对应多个信号质量异常量化模板，一个信号质量异常量化模板只有唯一相对应的信号质量异常图案模板，信号质量异常量化模板表示为其维度NI等于信号质量异常图案模板中取1的个数，并构成异常量化特征空间，1≤p≤P，P为该信号质量异常图案模板所对应的异常量化模板的个数，不同的异常量化模板对应不同的异常值，每个信号质量异常量化模板构成异常量化特征空间中的特征点，其中信号质量异常量化模板中的元素其中1≤j≤NI，k为该项超过监测门限阈值的指标在相应的信号质量模板中的排序，为信号质量异常量化权值，初始权值为1，为I类信号质量监测第p个异常量化模板中第k个监测指标测量结果，然后转向步骤408；步骤408：判定是否穷尽所有的异常模拟种类、异常项目与异常值，若未穷尽所有的异常模拟种类、异常项目与异常值，则继续返回步骤401，若已穷尽所有的异常模拟种类、异常项目与异常值，则汇总所有的信号质量异常图案模板和相应的信号质量异常量化模板，并形成与异常模拟种类、异常项目与异常值的一一对应检索关系，从而完成信号质量异常模板匹配库的建立。5.根据权利要求1所述的全场景反馈式卫星导航信号质量监测优化方法，其特征在于，步骤4具体包括如下步骤：步骤501：在信号质量监测模拟训练系统中，设定异常种类、异常项目、异常卫星、异常...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔚保国，邓志鑫，易卿武，杨建雷，刘亮，许璎钗，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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