基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法技术

本发明专利技术涉及卫星导航信号仿真技术，为实现高效的模拟多卫星电离层闪烁，本发明专利技术，基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法，步骤如下：1)获取观测数据，划分观测数据块；2)计算卫星TEC与仰角；3)计算TEC变化率、起伏标准差；4)计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数；5)判断所有观测数据块是否处理完，如没有处理完，读取下一个数据块，执行步骤2)

Ionospheric scintillation simulation method of satellite navigation signal based on observation data

【技术实现步骤摘要】
基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航信号仿真技术，尤其涉及卫星导航信号电离层闪烁模拟技术。

技术介绍

[0002]电离层闪烁会导致卫星导航信号的幅度与相位发生随机波动，严重影响接收机的性能，是进行卫星导航接收机测试的重要项目。测试中，由于电离层闪烁发生随机性，一般采用电离层闪烁模拟的方式。
[0003]目前，模拟电离层闪烁的模型主要分为：统计模型、理论模型。理论模型主要为相位屏模型，其所需的参数巨大且计算复杂，在实际电离层闪烁模拟中使用不多。统计模型方便且应用广泛，但统计模型需要提前设置好卫星的幅度闪烁指数，以及去相关时间或相位闪烁指数。
[0004]传统的电离层闪烁模拟基于统计模型，仿真单颗卫星导航信号受电离层闪烁影响。使用这种方法仿真多颗卫星导航信号受电离层影响时，主要困难在于需要得知所有卫星的闪烁指数，包括幅度闪烁指数和相位闪烁指数，参数获取困难，而且采用仿真手段生成参数不能真实的模拟现实情况。目前全球有多个电离层分析中心，比如国际卫星导航服务组织(IGS)数据中心等，他们可提供各种采样频率的观测文件、导航电文以及精密星历等产品。利用这些观测数据，包括观测文件与导航电文，可计算各卫星的电离层总电子含量(TEC)与仰角，进而模拟出受电离层闪烁影响的卫星导航信号，生成与现实情形高度相似的高保真电离层闪烁模拟数据。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术旨在实现高效的模拟多卫星电离层闪烁。为此，本专利技术采取的技术方案是，基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法，步骤如下：
[0006]1)获取观测数据，划分观测数据块
[0007]从数据中心获取历史观测数据，按若干个连续观测数据点组成一个观测数据块的原则，对观测数据顺序划分成观测数据块，所述的观测数据包含双频的卫星导航接收数据和卫星位置信息；
[0008]2)计算卫星TEC与仰角
[0009]基于当前处理观测数据块，计算每个观测数据点对应的卫星电离层总电子含量TEC和卫星仰角；
[0010]3)计算TEC变化率、起伏标准差
[0011]基于当前处理观测数据块，计算TEC变化率和起伏标准差，所述的TEC变化率标准差是对卫星TEC变化率求标准差得到；
[0012]4)计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数。
[0013]基于当前处理观测数据块，计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数，当计算出的幅度
闪烁指数小于0.2，认为无闪烁，将计算出的相位闪烁指数与幅度闪烁指数置为0；所述的相位闪烁指数由TEC起伏标准差计算得到；
[0014]5)判断所有观测数据块是否处理完，如没有处理完，读取下一个数据块，执行步骤2)
ꢀ‑
4)；否则，执行步骤6)；
[0015]6)生成卫星导航信号电离层闪烁序列
[0016]将卫星幅度闪烁指数和相位闪烁指数输入电离层闪烁序列生成模块，生成电离层闪烁序列，所述的电离层闪烁序列表征电离层闪烁对卫星导航信号幅度和相位的影响，包括幅度闪烁序列和相位闪烁序列，将幅度闪烁序列与相位闪烁序列分别叠加到卫星导航仿真信号的幅度与相位上，即可形成受电离层闪烁影响的卫星导航信号。
[0017]详细步骤如下：
[0018]1)获取观测数据，划分观测数据块。
[0019]一个观测数据块包括60个观测数据，观测数据为IGS数据中心提供的双频GPS接收机历史观测数据，采样周期为1s，数据包括L1频段和L2频段的伪距与载波相位信息，接收机位置信息，以及卫星的位置信息；
[0020]2)计算卫星TEC与仰角。
[0021]所述的卫星电离层总电子含量TEC是对卫星的L1、L2频段的载波相位平滑伪距进行合并得到的：
[0022][0023]式(1)中，i代表观测数据点在当前处理观测数据块中的序号，TEC
k
(i)为第k颗卫星TEC； f1和f2对应L1和L2的载波频率，分别为1575.42MHz和1227.6MHz；和分别为第k颗卫星的L1、L2频段的载波相位平滑伪距；
[0024]L1、L2频段的载波相位平滑伪距均由下式计算：
[0025][0026]式(2)中，为第k颗卫星L1或L2频段的载波相位平滑伪距，为前一时刻第k颗卫星L1或L2频段的载波相位平滑伪距；P
k
,*(i)为第k颗卫星L1或L2频段的伪距，M 为平滑的时间常数；为第k颗卫星L1或L2频段的载波相位，为前一时刻第k 颗卫星L1或L2频段的载波相位；λ*为L1或L2频段对应的载波波长；
[0027]所述的卫星仰角由下式计算：
[0028][0029]式(3)中，θ
k
(i)为第k颗卫星的仰角；tg
‑1()为反正切运算；φ
k
(i)为第k颗卫星经度，ζ
k
(i) 为第k颗卫星纬度；γ为接收机纬度；
[0030]3)计算TEC变化率、起伏标准差
[0031]所述的TEC变化率标准差是对卫星TEC变化率求标准差得到：
[0032][0033]式(4)中，m代表当前处理观测数据块的序号，ROTI
k
(m)为第m个观测数据块对应的第k 颗卫星TEC变化率标准差；ROT
k
(i)为第k颗卫星TEC变化率；N代表观测数据块的观测数据点总数；
[0034]TEC变化率ROT
k
(i)是由第k颗卫星的TEC减去前一时刻该卫星的TEC得到：
[0035]ROT
k
(i)＝TEC
k
(i)
‑
TEC
k
(i
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0036]所述的TEC起伏标准差是对卫星TEC起伏求标准差得到：
[0037][0038]式(6)中，σ
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星TEC起伏标准差；δ
k
(i)为第k颗卫星 TEC起伏；N代表观测数据块的观测数据点总数；
[0039]TEC起伏δ
k
(i)是由第k颗卫星TEC减去当前处理观测数据块的TEC均值得到：
[0040][0041]式(7)中，N代表观测数据块的观测数据点总数；
[0042]4)计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数。
[0043]所述的相位闪烁指数可由TEC起伏标准差计算得到，GPS L1频段的相位闪烁指数由下式计算：
[0044]ψ
k
(m)＝0.85
·
σ
k
(m)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0045]式(8)中，ψ
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星的相位闪烁指数；
[0046]所述的幅度闪烁指数由步骤3)得到的TEC变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法，其特征是，步骤如下：1)获取观测数据，划分观测数据块从数据中心获取历史观测数据，按若干个连续观测数据点组成一个观测数据块的原则，对观测数据顺序划分成观测数据块，所述的观测数据包含双频的卫星导航接收数据和卫星位置信息；2)计算卫星TEC与仰角基于当前处理观测数据块，计算每个观测数据点对应的卫星电离层总电子含量TEC和卫星仰角；3)计算TEC变化率、起伏标准差基于当前处理观测数据块，计算TEC变化率和起伏标准差，所述的TEC变化率标准差是对卫星TEC变化率求标准差得到；4)计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数。基于当前处理观测数据块，计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数，当计算出的幅度闪烁指数小于0.2，认为无闪烁，将计算出的相位闪烁指数与幅度闪烁指数置为0；所述的相位闪烁指数由TEC起伏标准差计算得到；5)判断所有观测数据块是否处理完，如没有处理完，读取下一个数据块，执行步骤2)
‑
4)；否则，执行步骤6)；6)生成卫星导航信号电离层闪烁序列将卫星幅度闪烁指数和相位闪烁指数输入电离层闪烁序列生成模块，生成电离层闪烁序列，所述的电离层闪烁序列表征电离层闪烁对卫星导航信号幅度和相位的影响，包括幅度闪烁序列和相位闪烁序列，将幅度闪烁序列与相位闪烁序列分别叠加到卫星导航仿真信号的幅度与相位上，即可形成受电离层闪烁影响的卫星导航信号。2.如权利要求1所述的基于观测数据的卫星导航信号电离层闪烁模拟方法，其特征是，详细步骤如下：1)获取观测数据，划分观测数据块一个观测数据块包括60个观测数据，观测数据为IGS数据中心提供的双频GPS接收机历史观测数据，采样周期为1s，数据包括L1频段和L2频段的伪距与载波相位信息，接收机位置信息，以及卫星的位置信息；2)计算卫星TEC与仰角所述的卫星电离层总电子含量TEC是对卫星的L1、L2频段的载波相位平滑伪距进行合并得到的：式(1)中，i代表观测数据点在当前处理观测数据块中的序号，TEC
k
(i)为第k颗卫星TEC；f1和f2对应L1和L2的载波频率，分别为1575.42MHz和1227.6MHz；和分别为第k颗卫星的L1、L2频段的载波相位平滑伪距；L1、L2频段的载波相位平滑伪距均由下式计算：
式(2)中，为第k颗卫星L1或L2频段的载波相位平滑伪距，为前一时刻第k颗卫星L1或L2频段的载波相位平滑伪距；P
k,*
(i)为第k颗卫星L1或L2频段的伪距，M为平滑的时间常数；为第k颗卫星L1或L2频段的载波相位，为前一时刻第k颗卫星L1或L2频段的载波相位；λ
*
为L1或L2频段对应的载波波长；所述的卫星仰角由下式计算：式(3)中，θ
k
(i)为第k颗卫星的仰角；tg
‑1()为反正切运算；φ
k
(i)为第k颗卫星经度，ζ
k
(i)为第k颗卫星纬度；γ为接收机纬度；3)计算TEC变化率、起伏标准差所述的TEC变化率标准差是对卫星TEC变化率求标准差得到：式(4)中，m代表当前处理观测数据块的序号，ROTI
k
(m)为第m个观测数据块对应的第k颗卫星TEC变化率标准差；ROT
k
(i)为第k颗卫星TEC变化率；N代表观测数据块的观测数据点总数；TEC变化率ROT
k
(i)是由第k颗卫星的TEC减去前一时刻该卫星的TEC得到：ROT
k
(i)＝TEC
k
(i)
‑
TEC
k
(i
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)所述的TEC起伏标准差是对卫星TEC起伏求标准差得到：式(6)中，σ
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星TEC起伏标准差；δ
k
(i)为第k颗卫星TEC起伏；N代表观测数据块的观测数据点总数；TEC起伏δ
k
(i)是由第k颗卫星TEC减去当前处理观测数据块的TEC均值得到：式(7)中，N代表观测数据块的观测数据点总数；4)计算相位闪烁指数与幅度闪烁指数所述的相位闪烁指数可由TEC起伏标准差计算得到，GPS L1频段的相位闪烁指数由下式计算：ψ
k
(m)＝0.85
·
σ
k
(m)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)式(8)中，ψ
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星的相位闪烁指数；
所述的幅度闪烁指数由步骤3)得到的TEC变化率标准差计算：式(9)中，S
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星的幅度闪烁指数，ROTI
k
(m)为第m个观测数据块的第k颗卫星TEC变化率标准差；C为常数，取值...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢丹，李宇鹏，钟伦珑，胡铁乔，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：