CN107728125B - 一种电离层闪烁的卫星信号模拟系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统及使用方法，适用于BDS/GPD卫星信号解决的是无法重现BDS/GPS卫星信号传播过程中所经历的电离层闪烁的环境的技术问题，通过采用卫星信号模拟系统适用于BDS/GPD卫星信号，包括通过串口连接的硬件装置与上位机，所述上位机配置有上位机软件，上位机软件用于生成硬件装置所需场景文件、配置模拟参数以及控制显示硬件装置；所述硬件装置包括基带信号模块，与基带信号模块连接的高稳晶振，单片机模块，DA模块及电源模块，DA模块还依次连接有射频模块与天线，天线工作频段覆盖BDS/GPS卫星信号频率的技术方案，较好的解决了该问题，可用于卫星导航定位中。

Description

一种电离层闪烁的卫星信号模拟系统及使用方法

技术领域

本发明涉及导航定位领域，具体涉及一种电离层闪烁的卫星信号模拟系统及使用方法。

背景技术

伴随着卫星导航技术的不断发展和成熟，卫星导航系统的广泛应用为国民经济和社会发展起到了巨大的推动作用，并且近些年来，在精细农业、科学研究(野外生物学、气象学、地球科学)、环境监测、突发事件和灾害评估、安全保障、天体与建筑工程和自然资源分析的领域得到了越来越多的应用。目前，国际上主流的卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗以及欧洲的伽利略。GPS是世界上第一种成熟的卫星导航系统，具有全能性、全球性、全天候连续性和实时性的导航定位和授时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统与GPS系统类似，由空间段、地面段和用户段三部分组成。北斗卫星导航系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。由于电离层是一种非均匀色散介质，BDS/GPS卫星信号在传播过程中很容易受其影响，特别是当低纬地区发生电离层闪烁现象时信号将会产生衰落甚至中断，导致接收机失锁。为此，我们必须研究电离层闪烁有关特性及其对导航接收机的各种影响，以采取必要的措施，降低其对导航定位的影响。

目前，利用BDS/GPS研究电离层闪烁的传统方法是利用BDS/GPS监测接收机接收空间实测信号，然后再进行闪烁信号的处理，但该方法无法重现BDS/GPS卫星信号传播过程中所经历的电离层闪烁的环境。因此，采用一款能模拟这种信号传播环境的设备来研究电离层闪烁就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的无法重现BDS/GPS卫星信号传播过程中所经历的电离层闪烁的环境的技术问题。提供一种新的电离层闪烁的卫星信号模拟系统，该电离层闪烁的卫星信号模拟系统具有使用方便、准确度高的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，卫星信号模拟系统适用于BDS/GPS卫星信号，包括通过串口连接的硬件装置与上位机，所述上位机配置有上位机软件，上位机软件用于生成硬件装置所需场景文件、配置模拟参数以及控制显示硬件装置；

所述硬件装置包括基带信号模块，与基带信号模块连接的高稳晶振，单片机模块，DA模块及电源模块，DA模块还依次连接有射频模块与天线，天线工作频段覆盖BDS/GPS卫星信号频率；

所述的单片机模块用于处理基带信号模块通过串口发出的模拟器参数，并实时显示处理结果；所述的高稳晶振用于提供时钟源；所述的射频模块是用于对基带信号模块输出中频模拟信号进行变频，上变频至与BDS/GPS卫星信号相对应的载波频段。

本发明的工作原理：本发明中提供的模拟系统能够模拟BDS/GPS卫星发射信号经过一定的传输路径到达接收机前端的过程，用户可以根据需要进行参数设定，模拟所需的信号环境，产生卫星下行导航信号，在BDS/GPS卫星信号模拟器中加入电离层闪烁仿真模型，实现电离层闪烁效应对卫星信号的实时模拟,可以重现BDS/GPS卫星信号传播过程中所经历的电离层闪烁的环境，可以随时随地为导航接收机抗闪烁算法的研究和测试提供仿真环境。

上诉方案中，为优化，进一步地，所述基带信号模块包括FPGA模块以及与FPGA模块连接的2个DSP模块，一个DSP模块用于GPS卫星的电离层闪烁模块计算，另一个DSP模块用于BDS卫星的电离层闪烁模型计算；两个DSP模块之间通过SDRAM及FLASH连接通信；FPGA模块用于时序逻辑控制、信号调制及通信交互，FPGA模块包括RS232接口，RS232接口通过串口与上位机连接。

进一步地，所述FPGA模块包括RTC模块、信号调制模块；RTC模块与信号调制模块通过并联的GPS通道与BDS通道连接，信号调制模块与DA模块连接。

进一步地，所述DA模块分为4路DA输出。

进一步地，所述上位机软件包括用户场景生成单元、电离层闪烁仿真参数控制软件以及实时界面；

场景生成软件单元存储实时模拟所需的必要数据，用于在模拟开始前生成场景文件；

电离层闪烁仿真参数控制软件用于配置闪烁模型参数、闪烁仿真时长、数据更新周期；

实时界面用于和硬件装置实时通信，并显示模拟器当前运行状态，设定参数。

本发明还提供一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统使用方法，使用方法基于前述的卫星信号模拟系统，包括：

步骤1：通过上位机软件设置系统参数为初始参数，上位机软件根据初始参数生成场景文件，通过串口将场景文件发送给基带信号模块；

步骤2：通过上位机软件设置仿真参数与仿真对象，上位机软件显示仿真结果；

步骤3：基带信号模块受控于DSP中建立电离层闪烁模型，根据上位机下发的参数求解电离层闪烁模型，获得波动数据，波动数据为产生闪烁信号所需要的相位和幅度；

步骤4：将步骤3的波动数据打包为波动文件，根据波动文件配闪烁参数，根据闪烁参数实时输出闪烁影响下的GPS/BDS卫星信号r(t)：

r(t)＝A₀δAcos[2π(f_IF+f_d)t+φ₀+δφ]b(t-τ)d+n(t)，

其中，A₀为接收到卫星信号幅度，f_IF为中频频率，f_d为多普勒频率，φ₀为载波相位，b为扩频码，d为导航电文，n(t)为噪声，δA为闪烁引起的乘性的幅度衰落值，δφ为引起的加性的相位波动；

步骤5：实测电离层延迟观测数据，将实测的电离层延迟观测数据加载至步骤4中的卫星模拟信号r(t)，输出计算的加载了电离层延迟的双频伪距和相位观测值；

步骤6：使用电离层闪烁监测接收装置接收加载后的卫星信号，提取载波相位值以及跟踪通道相关器的同相和正交积分值，与模拟器原始数据仿真配置的相关参数值进行对比。

进一步地，所述初始参数包括用户坐标、运动模式、轨迹参数、仿真时长、卫星星历文件、误差模型参数及卫星可见仰角门限。

进一步地，仿真对象包括幅度仿真、相位仿真、幅度闪烁指数仿真以及相位闪烁指数仿真。

场景文件通过串口发送到FPGA的FIFO缓冲区，FIFO接收到数据后给DSP发送标志位，DSP实时检测标志位，以此读取数据。用户通过上位机软件能够控制模拟器运行开始和暂停、控制可见星通道开关、调节信号功率，同时软件界面能实时地显示系统时间、用户轨迹、可见卫星号、可见星仰角、可见星方位角、各颗卫星的位置、伪距和功率。

图形显示部分是根据实际需求，采用图形的方式直观的实现仿真结果的显示，便于用户的观察与研究，同时提供必要的编辑功能，满足不同的用户需求。

建立电离层闪烁模型，首先进行闪烁理论分析，电离层闪烁的强度通常利用信号幅度闪烁指数S₄来表示，它定义为信号强度I的归一化方差为:

式中I＝a²，a为信号的振幅。

电离层闪烁，归根到底还是电子密度不规则体引起的，电离层中，同时存在分子、原子、离子、电子等粒子，它们之间的距离远小于波长，所以电离层是一种具有一定电参量的连续的随机介质，其介电常数可以表示成真空中介电常数ε₀乘于电离层中的相对介电常数ε_r，即：

ε＝ε₀·ε_r

电离层不规则体是随时随机变化的，所以电离层不规则体的相对介常数由随机变化部分和不变部分组成，则不规则体的相对介电常数可表示为：

ε(r)＝<ε_r>[1+ε₁(r)]

其中，式中

是相对介电常数的平均值，<>表示平均值，

是等离子体频率，

表示介电常数中和不规则体相关的随机变化起伏的部分，ΔN(r)为背景电子浓度的起伏，即变化量，

为背景电离层电子密度。

电离层就可以看成是个不均匀的、线性的、各向同性的随机平稳介质层，对于exp(-jwt)这样的时谐波，麦克斯韦方程组可变为：

则推导出广义亥姆赫兹方程：

又由于不规则体的相关距离远远大于入射波的波长(l＞＞λ)，得到简化式为：

式中ε(r)＝<ε_r>[1+ε₁(r)]，可得：

其中

为介质的波数，

是自由空间的波数，引入一个复振幅的随机场，表示如下：

E(r)＝U(r,z)exp(j∫k(z)dz)

k(z)是随空间变化的波数，在电离层不规则体中的某一空间位置、某一极小时间段内，k(z)可以看成一个常量。化简得：

其次对于导航频段，只要不规则体的平均尺度选择合适，就能得到比较精确的结果，当满足上述假设时，可以近似表示为下列形式：

其中

为横向拉普拉斯算子，是多相位屏技术的出发点。

为了利用相位屏技术解决电离层不规则体中的电波传播问题及相应的闪烁效应，把抛物方程分解为两个方程，第一个方程描述了由于电离层不规则的存在，随机波动r的变化直接影响这相位的变化，r表示到主传播轴的距离；z表示主传播轴，即电波的传播方向，对于相位屏内部，幅值基本上不改变，所以▽_t ²U(r,z)＝0，即得到只有相位改变下的传播方程为：

求解得：

U(r,z-Δz)＝U(r,z)exp(jkΔzε₁(r,z)/2)

其中，Δz是电波在相位屏中的传播距离。

第二个方程描述了相位屏之间自由空间的电波传播，即对于真空中传播ε₁(r,z)得到：

在频域求解方程得：

把只有相位改变下的传播方程的解经过傅里变换后作为

的初始条件，然后在频域求解方程，获得其结果，在电离层不规则体内如此交替进行求解，最终求解出产生闪烁信号所需要的相位和幅度的波动数据。

本发明的有益效果：

效果一，重现BDS/GPS卫星信号传播过程中所经历的电离层闪烁的环境；

效果二，在DSP+FPGA硬件平台上实现实时输出闪烁影响下的GPS/BDS卫星信号；

效果三，使用显示控制部分优化使用体验。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统框图示意图。

图2，上位机软件设计构架示意图。

图3，集成电离层闪烁的BDS/GPS信号生成示意图。

具体实施方式

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，适用于BDS/GPS卫星信号，如图1，包括通过串口连接的硬件装置与上位机，所述上位机配置有上位机软件，上位机软件用于生成硬件装置所需场景文件、配置模拟参数以及控制显示硬件装置；所述硬件装置包括基带信号模块，与基带信号模块连接的高稳晶振，单片机模块，DA模块及电源模块，DA模块还依次连接有射频模块与天线，天线工作频段覆盖BDS/GPS卫星信号频率；所述的单片机模块用于处理基带信号模块通过串口发出的模拟器参数，并实时显示处理结果；所述的高稳晶振用于提供时钟源；所述的射频模块是用于对基带信号模块输出中频模拟信号进行变频，上变频至与BDS/GPS卫星信号相对应的载波频段。

上位机软件包括模拟器上位机软件和电离层闪烁仿真参数控制软件，用户通过模拟器上位机软件可以方便地设置各项系统参数，包括用户坐标、运动模式、轨迹参数、仿真起止时间、卫星星历文件、误差模型参数、卫星可见仰角门限等，上位机软件根据用户设置的初始参数进行计算并保存为场景文件，然后通过串口发送至基带信号模块。另外，用户通过模拟器上位机软件能够控制模拟器运行开始和暂停、控制信号通道开关、改变信号功率，而且软件界面能实时地显示系统时间、用户轨迹、各颗卫星的位置、伪距和功率；同时通过电离层闪烁仿真参数控制软件来配置闪烁模型相关参数、闪烁起始时间、闪烁持续时间、闪烁卫星号及数据更新周期。实时界面主要功能是在运行过程中和硬件实时通信，并显示模拟器当前运行状态，对一些参数进行设定。

基带信号模块是卫星信号模拟器的核心部分，采用双DSP+FPGA的硬件平台实现，经串口接收上位机发送的场景文件、星历文件、电离层闪烁波动数据文件，然后经由DSP和FPGA的算法处理生成数字中频信号，再经过D/A芯片完成数模转换为模拟中频信号。DSP部分主要负责卫星信号模拟算法实现及电离层闪烁模型的计算，FPGA部分主要负责整个系统的时序逻辑控制、信号调制、通信交互。

单片机模块用于对基带信号模块通过串口发出的模拟器参数进行处理，包括当前系统时间、用户经纬高位置和通道功率值，并实时地显示在单片机的LED屏幕上。

高稳晶振用于为整个系统提供10MHz的时钟源；所述的电源模块是用于给高稳晶振、基带信号模块和射频模块供电；所述的射频模块是用于对基带信号模块输出的GPS系统和BDS系统共3个频段的中频模拟信号进行变频处理，上变频至对应的载波频段，经过无源天线将射频信号发射出去。

上位机软件总体构架设计如图2所示，其具体功能描述如下：

根据用户的要求可灵活设置接收机的初始位置、初始速度、闪烁模型相关参数、闪烁起始时间、闪烁持续时间、闪烁卫星号及数据更新周期，随意更换星历文件，设计BDS/GPS接收机的运动轨迹(时间、位置、速度、加速度)来生成用户想要的各种仿真场景。

卫星信号状态可调：可同时模拟12颗卫星；每个卫星信号功率可调节；可随意关闭/打开每个卫星信号通道；根据用户和卫星的状态，预测全部BDS/GPS卫星的可见性，计算出全部可见卫星信号发送时刻的状态，生成可见卫星的导航信息并且实时显示可见卫星星座图。

实时显示每个通道状态信息，如卫星编号、闪烁卫星编号、卫星位置、伪距、仰角、方位角等；实时输出接收机位置、速度等信息；可实时显示模拟接收机位置-接收机定位结果曲线；实时输出可见星状态信息并以NMEA0183格式保存。电离层闪烁图形显示部分是根据实际需求，采用图形的方式直观的实现仿真结果的显示，便于用户的观察与研究，同时提供必要的编辑功能，满足不同的用户需求。

数据共享：通过将BDS/GPS接收机定位后的测量数据和卫星信号模拟器产生的定位数据比较，做出精度和性能评判。

本实施例还提供一种集成电离层闪烁的BDS/GPS卫星信号方法，如图3所示，包括如下步骤：

Step1：建立电离层闪烁模型，首先进行电离层闪烁理论分析，电离层闪烁的强度通常利用信号幅度闪烁指数S₄来表示，它定义为信号强度I的归一化方差为:

式中I＝a²，a为信号的振幅。

电离层闪烁归根到底还是电子密度不规则体引起的，电离层中，同时存在分子、原子、离子、电子等粒子，它们之间的距离远小于波长，所以电离层是一种具有一定电参量的连续的随机介质，其介电常数可以表示成真空中介电常数ε₀乘于电离层中的相对介电常数ε_r，即：

ε＝ε₀·ε_r

电离层不规则体是随时随机变化的，所以电离层不规则体的相对介常数由随机变化部分和不变部分组成，则不规则体的相对介电常数可表示为：

ε(r)＝<ε_r>[1+ε₁(r)]

其中，式中

是相对介电常数的平均值，<>表示平均值，

是等离子体频率，

表示介电常数中和不规则体相关的随机变化起伏的部分，ΔN(r)为背景电子浓度的起伏，即变化量，

为背景电离层电子密度。

电离层就可以看成是个不均匀的、线性的、各向同性的随机平稳介质层，对于exp(-jwt)这样的时谐波，麦克斯韦方程组可变为：

推导出广义亥姆赫兹方程：

又由于不规则体的相关距离远远大于入射波的波长(l＞＞λ)，得到简化式为：

式中ε(r)＝<ε_r>[1+ε₁(r)]，可得：

其中

为介质的波数，

是自由空间的波数，为了得到电波在电离层中传播的解析解，我们先引入一个复振幅的随机场，表示如下：

E(r)＝U(r,z)exp(j∫k(z)dz)

k(z)是随空间变化的波数，在电离层不规则体中的某一空间位置、某一极小时间段内，k(z)可以看成一个常量。化简得：

其次对于导航频段，只要不规则体的平均尺度选择合适，就能得到比较精确的结果，当满足上述假设时，抛物线方程为：

其中

为横向拉普拉斯算子，

以及

是多相位屏技术的出发点。

为了利用相位屏技术解决电离层不规则体中的电波传播问题及相应的闪烁效应，把抛物方程分解为两个方程，第一个方程描述了由于电离层不规则的存在，随机波动r的变化直接影响这相位的变化，r表示到主传播轴的距离；z表示主传播轴，即电波的传播方向，对于相位屏内部，幅值基本上不改变，所以▽_t ²U(r,z)＝0，得到只有相位改变下的传播方程为：

求解得：

U(r,z-Δz)＝U(r,z)exp(jkΔzε₁(r,z)/2)

其中Δz是电波在相位屏中的传播距离。

第二个方程描述了相位屏之间自由空间的电波传播，即对于真空中传播ε₁(r,z)得到：

在频域求解方程得：

把只有相位改变下的传播方程的解经过傅里变换后作为方程

的初始条件，然后在频域求解方程，获得其结果；在电离层不规则体内如此交替进行求解，最终求解出产生闪烁信号所需要的相位和幅度的波动数据。

Step2：将步骤Step1计算出的波动数据文件，作为BDS/GPS卫星信号模拟器引起乘性的幅度衰落和加性相位波动的输入文件，实时模拟器可以灵活配置闪烁卫星PRN号、闪烁开始时间、闪烁持续时间、数据更新周期、不同闪烁量级以及各模型参数，并实时输出闪烁影响下的GPS/BDS卫星信号：r(t)＝A₀δAcos[2π(f_IF+f_d)t+φ₀+δφ]b(t-τ)d+n(t)，

其中A₀为接收到卫星信号幅度，f_IF为中频频率，f_d为多普勒频率，φ₀为载波相位，b为扩频码，d为导航电文，n(t)为噪声，δA为闪烁引起的乘性的幅度衰落值，δφ为引起的加性的相位波动。

闪烁相位的波动是由NCO的变化引起的，DSP计算NCO的时间间隔Δt＝4ms，则FPGA的相位累加器对当前NCO参数累加次数N＝4ms*62MHz＝248000次。在三级相位累加器累加NCO时，各级累加器的输出比输入滞后一个时钟周期，因此计算Δt时间内伪码和载波的相位变化

Step3：FPGA模块在接收到DSP模块发送的通道启动标志位flag后，同步启动FPGA信号处理模块中的BDS信号通道和GPS信号通道；信号通道分别完成相应频点的载波信号生成、伪随机码信号生成、导航电文的模拟和调制、载波调制。

Step4：D/A转换模块将集成电离层闪烁的数字中频信号转换为模拟中频信号，然后通过同轴电缆线输入BDS/GPS上变频模块。

Step5：上变频模块对D/A模块生成的模拟中频信号进行上变频处理，上变频至对应频点射频信号，射频信号经天线辐射出去，用电离层监测接收机接收该模拟器辐射的信号进行测试，验证其设计的正确性，从而为BDA/GPS接收机抗电离层闪烁算法研究提供平台。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，其特征在于：卫星信号模拟系统适用于BDS/GPS卫星信号，包括通过串口连接的硬件装置与上位机，所述上位机配置有上位机软件，上位机软件用于生成硬件装置所需场景文件、配置模拟参数以及控制显示硬件装置；

所述硬件装置包括基带信号模块，与基带信号模块连接的高稳晶振，单片机模块，DA模块及电源模块，DA模块还依次连接有射频模块与天线，天线工作频段覆盖BDS/GPS卫星信号频率；

所述的单片机模块用于处理基带信号模块通过串口发出的模拟器参数，并实时显示处理结果；

所述的高稳晶振用于提供时钟源；

所述的射频模块是用于对基带信号模块输出中频模拟信号进行变频，上变频至与BDS/GPS卫星信号相对应的载波频段；

所述上位机软件包括用户场景生成单元、电离层闪烁仿真参数控制软件以及实时界面；

场景生成软件单元存储实时模拟所需的必要数据，用于在模拟开始前生成场景文件；

电离层闪烁仿真参数控制软件单元用于配置闪烁模型参数、闪烁仿真时长、数据更新周期；

实时界面用于和硬件装置实时通信，并显示模拟器当前运行状态，设定参数；

所述闪烁模型参数为

真空中传播ε₁(r,z)得到：

在频域求解方程得：

把只有相位改变下的传播方程

的解U(r,z-Δz)＝U(r,z)exp(jkΔzε₁(r,z)/2)经过傅里变换后作为方程

的初始条件，然后在频域求解方程，获得其结果；在电离层不规则体内如此交替进行求解，最终求解出产生闪烁信号所需要的相位和幅度的波动数据；

其中，r表示到主传播轴的距离，z表示主传播轴，Δz是电波在相位屏中的传播距离，

为介质的波数，

是自由空间的波数，

表示介电常数中和不规则体相关的随机变化起伏的部分，ΔN(r)为背景电子浓度的起伏，即变化量，

为背景电离层电子密度，

是等离子体频率，

为横向拉普拉斯算子。

2.根据权利要求1所述的用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，其特征在于：所述基带信号模块包括FPGA模块以及与FPGA模块连接的2个DSP模块，一个DSP模块用于GPS卫星的电离层闪烁模块计算，另一个DSP模块用于BDS卫星的电离层闪烁模型计算；两个DSP模块之间通过SDRAM及FLASH连接通信；FPGA模块用于时序逻辑控制、信号调制及通信交互，FPGA模块包括RS232接口，RS232接口通过串口与上位机连接。

3.根据权利要求2所述的用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，其特征在于：所述FPGA模块包括RTC模块、信号调制模块；RTC模块与信号调制模块通过并联的GPS通道与BDS通道连接，信号调制模块与DA模块连接。

4.根据权利要求3所述的用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统，其特征在于：所述DA模块为4路DA。

5.一种用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统使用方法，其特征在于：所述使用方法基于权利要求1-4任一所述的卫星信号模拟系统，包括：

步骤1：通过上位机软件设置系统参数为初始参数，上位机软件根据初始参数生成场景文件，通过串口将场景文件发送给基带信号模块；

步骤2：通过上位机软件设置仿真参数与仿真对象，上位机软件显示仿真结果；

步骤3：基带信号模块受控于DSP中建立电离层闪烁模型，根据上位机下发的参数求解电离层闪烁模型，获得波动数据，波动数据为产生闪烁信号所需要的相位和幅度；

所述闪烁模型参数为

真空中传播ε₁(r,z)得到：

在频域求解方程得：

把只有相位改变下的传播方程

的解U(r,z-Δz)＝U(r,z)exp(jkΔzε₁(r,z)/2)经过傅里变换后作为方程

的初始条件，然后在频域求解方程，获得其结果；在电离层不规则体内如此交替进行求解，最终求解出产生闪烁信号所需要的相位和幅度的波动数据；

其中，r表示到主传播轴的距离，z表示主传播轴，Δz是电波在相位屏中的传播距离，

为介质的波数，

是自由空间的波数，

表示介电常数中和不规则体相关的随机变化起伏的部分，ΔN(r)为背景电子浓度的起伏，即变化量，

为背景电离层电子密度，

是等离子体频率，

为横向拉普拉斯算子；

步骤4：将步骤3的波动数据打包为波动文件，根据波动文件配闪烁参数，根据闪烁参数实时输出闪烁影响下的GPS/BDS卫星信号r(t)：

r(t)＝A₀δAcos[2π(f_IF+f_d)t+φ₀+δφ]b(t-τ)d+n(t)，

其中，A₀为接收到卫星信号幅度，f_IF为中频频率，f_d为多普勒频率，φ₀为载波相位，b为扩频码，d为导航电文，n(t)为噪声，δA为闪烁引起的乘性的幅度衰落值，δφ为引起的加性的相位波动；

步骤5：实测电离层延迟观测数据，将实测的电离层延迟观测数据加载至步骤4中的卫星模拟信号r(t)，输出计算的加载了电离层延迟的双频伪距和相位观测值；

步骤6：使用电离层闪烁监测接收装置接收加载后的卫星信号，提取载波相位值以及跟踪通道相关器的同相和正交积分值，与模拟器原始数据仿真配置的相关参数值进行对比。

6.根据权利要求5所述的用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统使用方法，其特征在于：所述初始参数包括用户坐标、运动模式、轨迹参数、仿真时长、卫星星历文件、误差模型参数及卫星可见仰角门限。

7.根据权利要求5所述的用于电离层闪烁的卫星信号模拟系统使用方法，其特征在于：仿真对象包括幅度仿真、相位仿真、幅度闪烁指数仿真以及相位闪烁指数仿真。

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