CN109471135A - 一种卫星信号的真实模拟方法 - Google Patents

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段章山
王徐华
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Xi'an Reqing Electronic Technology Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/23—Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种卫星信号的真实模拟方法，包括如下步骤：射频干扰模拟、环境噪声模拟、电离层误差模拟、对流层误差模拟和误差引入仿真计算；本发明的有益效果在于，首先，本发明的方法将卫星传播过程的误差和干扰分成射频干扰、环境噪声、电离层误差和对流程误差，并采用数学方法对各误差和干扰进行模拟，最后引入卫星传播的仿真计算中，以使卫星信号的传播仿真过程与真实情况更符合；其次，本发明采用地心地固坐标系进行卫星的位置和速度计算，并根据不同的卫星类型采用不同的地固地心坐标，使得不同的卫星能够采用更具针对性的数学模型，以得到更为真实的仿真结果。

Description

一种卫星信号的真实模拟方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体是一种卫星信号的真实模拟方法。
背景技术
由于无人机成本低廉、操作方便、功能强大、容易获取，易形成“黑飞”。通常这些无人机由于飞行速度较慢，体积小、飞行高度低，导致雷达反射截面积小，不易被发现和拦截。某些无资质、未经审批的个人和组织利用无人机进行飞行活动也易对国家社会、空中航道、重点目标、大型活动等造成严重安全威胁。更为严重的是，一些不法分子可利用无人机携带炸药、相机、毒品等，对诸如监狱、机场、核设施、军用设施基地、边境等重要区域造成极大安全隐患，严重危及国家和社会公共安全。因此，反无人机系统应运而生。目前，反无人机系统主要分为物理打击、强压制干扰和欺骗式诱导三种。
在对侵入无人机进行欺骗之前，必须对无人机的真实位置和速度进行确认，因此需要通过卫星信号对无人机进行定位，但是，在对卫星信号传播仿真的过程中，现有的仿真计算仅仅采用引入系数的方式进行误差和干扰的补偿，此外，现有的仿真模型中，仅考虑了单一因素的干扰，并没有将多个因素纳入误差和干扰分析，因此严重影响了卫星信号传播的真实性，为此我们推出了一种卫星信号的真实模拟方法。
发明内容
1.需要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种卫星信号的真实模拟方法，对各种误差源和干扰源进行模拟，使得卫星信号传播的仿真过程尽量与真实过程相一致。
2.技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卫星信号的真实模拟方法，包括如下步骤：
步骤1，射频干扰模拟：采用卫星信号的带内强噪声模拟宽带射频，将宽带射频调制成卫星信号的中频，采用落在卫星信号通带内的单音频模拟窄带射频；
步骤2，环境噪声模拟：采用标准均匀分布的随机数发生器产生白噪声，并变换为高斯分布以模拟环境噪声；
步骤3，电离层误差模拟：根据Klobuchar模型利用导航电文发布的8个电离层参数计算电离层延时误差；
步骤4，对流层误差模拟：根据当地温度、压力和相对湿度修正对流层折射率，并根据修正后的对流层折射率和真实折射率的差值计算对流层延迟误差；
步骤5，将步骤1至步骤4模拟的射频干扰、环境噪声、电离层误差和对流误差引入卫星信号的传播仿真中，使得卫星信号传播的仿真结果接近卫星信号传播的真实结果。
优选的是，步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算方位角、仰角需要转换到测站坐标系中。
优选的是，步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算经度和纬度需要转换到大地坐标中。
优选的是，步骤1至步骤4的模拟计算中，仿真的初始位置、速度以及卫星的位置和速度均在地心地固坐标系中进行。
优选的是，所述卫星为GPS卫星、GLONASS卫星和BD(北斗)卫星中的一种或多种。
优选的是，所述卫星的位置和速度计算中，GPS采用地心地固WGS-84坐标，GLONASS采用地心地固PZ-90坐标，BD采用BJ2000坐标。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的方法将卫星传播过程的误差和干扰分成射频干扰、环境噪声、电离层误差和对流程误差，并采用数学方法对各误差和干扰进行模拟，最后引入卫星传播的仿真计算中，以使卫星信号的传播仿真过程与真实情况更符合；
(2)本发明采用地心地固坐标系进行卫星的位置和速度计算，并根据不同的卫星类型采用不同的地固地心坐标，使得不同的卫星能够采用更具针对性的数学模型，以得到更为真实的仿真结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种卫星信号的真实模拟方法，包括如下步骤：
步骤1，射频干扰模拟：采用卫星信号的带内强噪声模拟宽带射频，将宽带射频调制成卫星信号的中频，采用落在卫星信号通带内的单音频模拟窄带射频；
步骤2，环境噪声模拟：采用标准均匀分布的随机数发生器产生白噪声，并变换为高斯分布以模拟环境噪声；
步骤3，电离层误差模拟：根据Klobuchar模型利用导航电文发布的8个电离层参数计算电离层延时误差；
步骤4，对流层误差模拟：根据当地温度、压力和相对湿度修正对流层折射率，并根据修正后的对流层折射率和真实折射率的差值计算对流层延迟误差；
步骤5，将步骤1至步骤4模拟的射频干扰、环境噪声、电离层误差和对流误差引入卫星信号的传播仿真中，使得卫星信号传播的仿真结果接近卫星信号传播的真实结果。
优选的是，步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算方位角、仰角需要转换到测站坐标系中。
优选的是，步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算经度和纬度需要转换到大地坐标中。
优选的是，步骤1至步骤4的模拟计算中，仿真的初始位置、速度以及卫星的位置和速度均在地心地固坐标系中进行。
优选的是，所述卫星为GPS卫星、GLONASS卫星和BD卫星中的一种或多种。
优选的是，所述卫星的位置和速度计算中，GPS采用地心地固WGS-84坐标，GLONASS采用地心地固PZ-90坐标，BD采用BJ2000坐标。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，射频干扰模拟：采用卫星信号的带内强噪声模拟宽带射频，将宽带射频调制成卫星信号的中频，采用落在卫星信号通带内的单音频模拟窄带射频；
步骤2，环境噪声模拟：采用标准均匀分布的随机数发生器产生白噪声，并变换为高斯分布以模拟环境噪声；
步骤3，电离层误差模拟：根据Klobuchar模型利用导航电文发布的8个电离层参数αi、βi(i＝0,1,2,3)计算电离层延时误差；
步骤4，对流层误差模拟：根据当地温度、压力和相对湿度修正对流层折射率，并根据修正后的对流层折射率和真实折射率的差值计算对流层延迟误差；
步骤5，将步骤1至步骤4模拟的射频干扰、环境噪声、电离层误差和对流误差引入卫星信号的传播仿真中，使得卫星信号传播的仿真结果接近卫星信号传播的真实结果。
2.根据权利要求1所述的一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于：步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算方位角、仰角需要转换到测站坐标系中。
3.根据权利要求1所述的一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于：步骤3和步骤4中，电离层误差模拟和对流层误差模拟中，涉及计算经度和纬度需要转换到大地坐标中。
4.根据权利要求1所述的一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于：步骤1至步骤4的模拟计算中，仿真的初始位置、速度以及卫星的位置和速度均在地心地固坐标系中进行。
5.根据权利要求4所述的一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于：所述卫星为GPS卫星、GLONASS卫星和BD卫星中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种卫星信号的真实模拟方法，其特征在于：所述卫星的位置和速度计算中，GPS采用地心地固WGS-84坐标，GLONASS采用地心地固PZ-90坐标，BD采用BJ2000坐标。
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