基于民用信号跟踪的GPSP(Y)信号功率增强监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法及系统。该方法采用载波跟踪环稳定跟踪民用卫星导航信号，生成与GPS卫星导航数字信号同频同相的本地载波，将GPS卫星导航数字信号与本地载波正交混频后输出同相支路信号u

【技术实现步骤摘要】
基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法及系统，属于卫星导航信号监测


技术介绍

[0002]GPS P(Y)信号是一种传统的、经过加密的卫星导航信号，在L1和L2频段播发。为了在恶劣电磁环境和争议地区确保接收机能够持续使用P(Y)信号定位和导航，GPS卫星在指定时间向指定区域实施P(Y)信号功率增强。在加密的P(Y)码型未知的条件下，不能使用常规的信号接收方法进行P(Y)信号测量和功率监测。
[0003]为了满足大地测绘、工程建设、交通运输等用户的高精度定位需求，接收机厂商开发了无码和半无码接收技术，可实现L2P(Y)信号载波相位测量。详见《Optimum Semi
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codeless Carrier Phase Tracking of L2》(论文作者：K.T.Woo,The 12th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation,September 14～17,1999)等文献。无码和半无码接收技术也可用于P(Y)信号载噪比(C/N0)估计，利用P(Y)信号C/N0估计值判断P(Y)信号功率变化，详见《一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法》(专利技术人：杨建雷等，申请号：CN202110612066.6)、《GPS P(Y)码功率增强监测分析》(论文作者：李文玄等，北京航空航天大学学报，2022年3月)等文献。2019Federal Radionavigation Plan指出，美国政府承诺维持现存的允许无码和半无码接收的L1P(Y)和L2P(Y)信号特征至2029年；注意到L2C信号将于2023年具备地面段控制能力，建议民用用户启动由无码和半无码接收设备到现代化民用信号接收设备的过渡。可见无码和半无码接收技术不是P(Y)信号功率增强监测的持久之道。
[0004]利用大口径高增益天线可以将微弱GPS信号提升至噪底之上，进而估计加密伪码序列和各路信号的功率配比，最终实现P(Y)信号功率增强监测。详见《GPSBIIF
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1卫星L1频点QPSK VS CASM信号质量评估》(论文作者：康立等，宇航学报，第40卷第1期，2019年1月)、《Flex Power on GPS Block IIR
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M and IIF》(论文作者：P.Steigenberger等,GPS Solutions,23(8),2019)、《GPS P(Y)码功率增强监测分析》(论文作者：李文玄等，北京航空航天大学学报，网络版，2022年3月)等文献。所用的大口径高增益天线一般需要数十米口径，不仅制造和维护费用高，而且位置固定、难以搬运，只能支持P(Y)信号功率增强的定点监测。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法及系统，在不依赖无码和半无码接收所需的P(Y)信号特征、不采用大口径高增益天线的前提下，实现对加密的GPS P(Y)信号功率增强的实时、高灵敏监测。
[0006]本专利技术解决技术的方案是：基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，该方法包括如下步骤：
[0007]S1、对L频段天线接收的GPS卫星导航信号进行带通滤波、下变频、放大、模数转换处理后，得到GPS卫星导航数字信号；所述GPS卫星导航数字信号为射频或中频采样信号；
[0008]S2、采用载波跟踪环稳定跟踪民用卫星导航信号，生成与GPS卫星导航数字信号同频同相的本地载波，将GPS卫星导航数字信号与本地载波正交混频后输出同相支路信号u
I
(n)和正交支路信号u
Q
(n)；所述民用卫星导航信号为L1C/A信号或L2C信号；
[0009]S3、将同相支路信号u
I
(n)、正交支路信号u
Q
(n)分别进行低通滤波和非相干积分处理，得到同相支路基带信号平均功率P
IB
、正交支路基带信号平均功率P
QB
；
[0010]S4、计算同相支路的弱态功率门限同相支路的强态功率门限正交支路的弱态功率门限正交支路的强态功率门限
[0011]S5、当前P(Y)信号未功率增强时，将同相支路基带信号平均功率P
IB
与同相支路的弱态功率门限比较，并将正交支路基带信号平均功率P
QB
与正交支路的强态功率门限比较，根据比较结果判定当前P(Y)信号是否转为功率增强状态；
[0012]S6、当前P(Y)信号已功率增强时，将同相支路基带信号平均功率P
IB
与同相支路的强态功率门限比较，并将正交支路基带信号平均功率P
QB
与正交支路的弱态功率门限比较，根据比较结果判定当前P(Y)信号是否转为非功率增强状态。
[0013]优选地，步骤S5中，当满足下式时，判定当前P(Y)信号转为功率增强状态，否则，判定当前P(Y)信号为非功率增强状态：
[0014][0015]优选地，步骤S6中，当满足下式时，判定当前P(Y)信号转为非功率增强状态，否则，判定当前P(Y)信号为功率增强状态：
[0016][0017]优选地，所述同相支路的弱态功率门限和正交支路的弱态功率门限采用如下公式计算得：
[0018][0019]其中，Th
w,Id
为弱态支路功率门限基准值，P
w
(i)为弱态支路平均功率样本，i为平均功率样本序号，N
P
为平均功率的样本数量。
[0020]优选地，所述同相支路的强态功率门限和正交支路的强态功率门限通
过如下公式计算得到：
[0021][0022]其中，Th
s,Id
为强态支路功率门限基准值，P
s
(j)为强态支路平均功率样本，j为平均功率样本序号，N
P
为平均功率的样本数量。
[0023]优选地，给定目标虚警概率Pr
FaG
，弱态支路功率门限基准值Th
w,Id
满足如下条件：
[0024][0025]其中，N
w
为弱态支路非相干积分包含的采样点数；x代表平均功率随机变量；
[0026]给定目标检测概率Pr
DeG
，弱态支路功率门限基准值Th
w,Id
满足：
[0027][0028]其中由下式得出：
[0029][0030]其中，为弱态支路所含导航信号的平均功率，为支路从弱态转强态后增加的导航信号平均功率，为弱态支路所含噪声的功率。
[0031]优选地，给定目标虚警概率Pr
FaG
，强态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于民用信号跟踪的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于包括如下步骤：S1、对L频段天线接收的GPS卫星导航信号进行带通滤波、下变频、放大、模数转换处理后，得到GPS卫星导航数字信号；所述GPS卫星导航数字信号为射频或中频采样信号；S2、采用载波跟踪环稳定跟踪民用卫星导航信号，生成与GPS卫星导航数字信号同频同相的本地载波，将GPS卫星导航数字信号与本地载波正交混频后输出同相支路信号u
I
(n)和正交支路信号u
Q
(n)；所述民用卫星导航信号为L1C/A信号或L2C信号；S3、将同相支路信号u
I
(n)、正交支路信号u
Q
(n)分别进行低通滤波和非相干积分处理，得到同相支路基带信号平均功率P
IB
、正交支路基带信号平均功率P
QB
；S4、计算同相支路的弱态功率门限同相支路的强态功率门限正交支路的弱态功率门限正交支路的强态功率门限S5、当前P(Y)信号未功率增强时，将同相支路基带信号平均功率P
IB
与同相支路的弱态功率门限比较，并将正交支路基带信号平均功率P
QB
与正交支路的强态功率门限比较，根据比较结果判定当前P(Y)信号是否转为功率增强状态；S6、当前P(Y)信号已功率增强时，将同相支路基带信号平均功率P
IB
与同相支路的强态功率门限比较，并将正交支路基带信号平均功率P
QB
与正交支路的弱态功率门限比较，根据比较结果判定当前P(Y)信号是否转为非功率增强状态。2.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于步骤S5中，当满足下式时，判定当前P(Y)信号转为功率增强状态，否则，判定当前P(Y)信号为非功率增强状态：3.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于步骤S6中，当满足下式时，判定当前P(Y)信号转为非功率增强状态，否则，判定当前P(Y)信号为功率增强状态：4.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于所述同相支路的弱态功率门限和正交支路的弱态功率门限采用如下公式计算得：
其中，Th
w,Id
为弱态支路功率门限基准值，P
w
(i)为弱态支路平均功率样本，i为平均功率样本序号，N
P
为平均功率的样本数量。5.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于所述同相支路的强态功率门限和正交支路的强态功率门限通过如下公式计算得到：其中，Th
s,Id
为强态支路功率门限基准值，P
s
(j)为强态支路平均功率样本，j为平均功率样本序号，N
P
为平均功率的样本数量。6.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特征在于：给定目标虚警概率Pr
FaG
，弱态支路功率门限基准值Th
w,Id
满足如下条件：其中，N
w
为弱态支路非相干积分包含的采样点数；x代表平均功率随机变量；给定目标检测概率Pr
DeG
，弱态支路功率门限基准值Th
w,Id
满足：其中由下式得出：其中，为弱态支路所含导航信号的平均功率，为支路从弱态转强态后增加的导航信号平均功率，为弱态支路所含噪声的功率。7.根据权利要求1所述的基于民用信号载波的GPS P(Y)信号功率增强监测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家兴，王健，钟兆丰，鹿小莺，熊军，宋小全，梁翠娜，康成斌，潘宇倩，张旭，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：