CN110389361B

CN110389361B - 一种基于gps/bds载噪比下降的太阳射电暴检测方法

Info

Publication number: CN110389361B
Application number: CN201910547979.7A
Authority: CN
Inventors: 祝雪芬; 杨帆; 林梦颖; 陈熙源; 汤新华
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2039-06-24
Also published as: CN110389361A

Abstract

本发明公开了一种基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法，该方法利用太阳射电暴对GPS/BDS信号载噪比的影响，对太阳射电暴进行检测，依此判断是否发生太阳射电暴。在此过程中，首先计算观测地的太阳高度角并进行数据预处理，接着筛选出“降点”和“升点”用于确定单个观测地单颗卫星的波谷时间区间，最后综合多颗卫星和多个观测地确定太阳射电暴的检测结果。该检测方法不依赖于射电望远镜，识别率高，成本低，能进行全天候实时的监测。

Description

一种基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法。

背景技术

随着GNSS等卫星技术在现代社会越来越广泛应用，太阳射电对GNSS信号的影响已成为不可忽视的重要部分。太阳射电爆发是在太阳上突然出现强烈扰动时所产生的一种射线增强和无线电噪声急剧增加的现象，常同太阳活动区的耀斑、X射线爆发，甚至质子爆或宇宙线爆等现象共同发生。太阳射电爆发一般都不是单一机制，而是多种机制的联合效应。因此在爆发持续时间、辐射强度、频谱特征、偏振等方面都呈现出多样性。就爆发强度而言，强度越大的爆发出现的频次越少。同时，不同太阳射电频段的爆发强度和频次根据太阳活动周的不同也不尽相同，反应出太阳活动周之间也存在很大差异。

耀斑引起的无线电干扰噪声覆盖的波段从毫米到十米甚至更长的波长，包含了整个卫星导航可用频段，会造成GNSS信号带宽内的噪声能量普遍升高，会引起GNSS接收机的载噪比下降、环路跟踪误差和定位误差增加甚至失锁等现象。

传统检测太阳射电活动的主要方法是依赖射电望远镜，但造价昂贵，分布稀疏，无法对太阳射电进行全天候实时监测。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法，此方法识别率高，成本低，能进行全天候实时的监测。

技术方案：本发明所述的基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法包括：

(1)根据检测的日期计算得到太阳赤纬δ；

(2)根据检测的世界时间和各观测地经度计算得到各观测地的地方时角θ；

(3)根据太阳赤纬δ、地方时角θ和观测地纬度计算得到各观测地的太阳高度角h；

(4)去除太阳高度角h低于阈值的观测地，排除多路径效应；

(5)在长度为len的一段时间内对各观测地的各卫星的载噪比进行连续采样，将当前采样时刻的载噪比值大于后一采样时刻的载噪比值对应的采样时刻作为降点，将当前采样时刻的载噪比值大于前一采样时刻的载噪比值对应的采样时刻作为升点，从而获取到各观测地的各卫星的降点集合和升点集合；

(6)根据各观测地的各卫星的降点集合和升点集合，确定各观测地的各卫星的波谷时间区间；

(7)对于各观测地，分别获取该观测地中所有卫星的波谷时间区间的交集，作为该观测地的共同波谷时间区间；

(8)将所有观测地的共同波谷时间区间取交集，所述交集即为太阳射电暴发生的时间区间。

进一步的，步骤(1)中太阳赤纬δ的计算公式为：

式中，n表示从春分日开始到检测日期的天数。

进一步的，步骤(2)中地方时角θ的计算公式为：

式中，UT表示检测时刻的世界时间，east表示观测地的经度，且若为东经，则不变，若为西经，则取相反数。

进一步的，步骤(3)中太阳高度角h的计算公式为：

式中，

表示观测地地理纬度，且若为北纬，则不变，若为南纬，则取相反数。

进一步的，步骤(4)中阈值具体为20°。步骤(5)中对卫星的载噪比采样时，采用同一频段。

进一步的，步骤(6)中波谷时间区间的确定公式为：

式中，A表示降点集合，B表示升点集合，a_i,b_j分别表示集合A、B中的元素，C/N_0t、

和

分别表示t时刻、a_i时刻和b_j时刻的载噪比值。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：利用太阳射电对GPS/BDS接收机观测量的影响监测太阳活动在国际上属于比较新颖的内容，传统检测太阳射电活动的主要方法是依赖射电望远镜，但造价昂贵，分布稀疏，无法对太阳射电进行全天候实时监测，本发明只需利用GPS/BDS接收机，不仅便捷、成本低、可以实现实时检测，而且检出率高。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本实施例提供了一种基于GPS/BDS载噪比下降的太阳射电暴检测方法，如图1所示，包括：

(1)根据检测的日期计算得到太阳赤纬δ。

其中，太阳赤纬δ即太阳直射点所在的纬度，计算公式为：

式中，n表示从春分日(3月21日前后)开始到检测日期的天数。

例如，假设检测日期为12月6日，则n为259，则计算得到的太阳赤纬为δ＝-22.36°。

(2)根据检测的世界时间和各观测地经度计算得到各观测地的地方时角θ。

其中，地方时角θ的计算公式为：

例如，假设检测时刻为12月6日下午7点，某观测地ALBH(48°N，124°W)，即UT＝19，east＝-124°，则可以计算得到地方时角θ＝-19.05。

(3)根据太阳赤纬δ、地方时角θ和观测地纬度计算得到各观测地的太阳高度角h。

其中，太阳高度角h的计算公式为：

式中，

例如，接上例，该观测地纬度为北纬48°，则

再根据δ＝-22.36°，θ＝-19.05，计算得到该观测地太阳高度角h＝17.58°，即得到了一个观测地ALBH(48°N，124°W)在12月6日19:00:00(UT)时刻的太阳高度角，同理可以计算出同一天同一时刻ISPA(27°S，110°W)、AREQ(16°S，72°W)和BOGT(4°N，75°W)的太阳高度角分别为83.5°、58.3°和50.6°。

(4)去除太阳高度角h低于阈值的观测地，排除多路径效应。

例如，接上例，阈值设为20°，去除太阳高度角h低于20°对应的观测地,以排除多路径效应。之前计算得在观测地ALBH、ISPA、AREQ和BOGT中，仅ALBH太阳高度角为17.58°，故去除ALBH。对于定位中断的时刻，将中断时刻对应的载噪比置为0。

(5)在长度为len的一段时间内对各观测地的各卫星的载噪比进行连续采样，将当前采样时刻的载噪比值大于后一采样时刻的载噪比值对应的采样时刻作为降点，将当前采样时刻的载噪比值大于前一采样时刻的载噪比值对应的采样时刻作为升点，从而获取到各观测地的各卫星的降点集合和升点集合。

其中，采样时，选择同一频段，例如，对于观测地ISPA的某卫星，选择GPS的L2频段，采样12月6日观测地ISPA从18:45(UT)至19:15(UT)长度为30分钟的载噪比值，分别为52、50、50、51、51、50、50、50、50、50、50、50、50、50、50、50、49、49、49、49、49、49、49、49、49、50、50、50、50、50、52，共31个(1分钟采一个数据)，单位都为dB·Hz。从中挑选出降点集合A＝{18:45,18:49,19:00}，升点集合为B＝{18:48，19:10，19:15}。同理，可以得到其他观测地各卫星的降点集合和升点集合。

(6)根据各观测地的各卫星的降点集合和升点集合，确定各观测地的各卫星的波谷时间区间。

其中，将所有的降点和升点进行一对一匹配，生成波谷时间区间。进行匹配时需满足：升点时刻要大于降点，且波谷时间区间内任意时刻的载噪比必须比降点和升点时刻对应的载噪比中的较小值还小。因此可将波谷时间区间的集合记作：

式中，a_i,b_j分别表示集合A、B中的元素，C/N_0t、

和

分别表示t时刻、a_i时刻和b_j时刻的载噪比值。

例如，接上例，可以得到观测地ISPA的某卫星的波谷时间区间为：

P₁＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)，(19:00,19:10)}。

同理，也可以得到观测地ISPA的其他卫星的波谷时间区间，具体为：

P₂＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)}

P₃＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)，(19:00,19:10)，(19:11,19:15)}

P₄＝{(18:45,18:47)，(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)，(19:00,19:10)}

其中，P_s表示第s颗卫星的波谷时间区间。

(7)对于各观测地，分别获取该观测地中所有卫星的波谷时间区间的交集，作为该观测地的共同波谷时间区间。

其中，对于某个观测地，共同波谷时间区间为：G＝P₁∩P₂∩…∩P_l，l为观测地的卫星个数。

例如，接上例，可以得到观测地ISPA的共同波谷时间区间为：

G_ISPA＝P₁∩P₂∩P₃∩P₄

＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)}

同理，可以得到观测地AREQ和BOGT的共同波谷时间区间为：

G_AREQ＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)}

G_BOGT＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)，(18:49,19:15)，(19:10,19:15)}

其中，将所有观测地的共同波谷时间区间取交集，得到：

U＝G₁∩G₂∩…∩G_m

式中，U表示m个观测地某个频段共同的波谷时间区间，形如G_k表示第k个观测地的波谷时间区间。

例如，接上例，可以得到观测地ISPA、AREQ和BOGT的共同波谷时间区间为：

U＝G_ISPA∩G_AREQ∩G_BOGT＝{(18:45,18:48)，(18:45,19:15)}。

因此，太阳射电暴发生的时间区间为(18:45,18:48)，(18:45,19:15)这两段时间。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。