CN113281792B - 一种gps p(y)信号功率增强监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,属于导航信号监测技术领域。本发明采用多站观测数据自适应加权融合的方法,实现了GPS IIR‑M和IIF卫星P(Y)信号功率增强与恢复高可靠监测。该方法实现了多站观测数据的自适应融合,有效保证了监测精度、可靠性与实时性,同时具有计算简单特点,易于实施的特点。
Description
技术领域
本发明涉及导航信号监测技术领域,特别是指一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法。
背景技术
GPS P(Y)信号功率增强是GPS现代化战争中提升其导航对抗能力的一项重要措施,对其功率变化开展有效的监测,有助于提升其军事行动的预警以及信号特征分析评估能力等。
目前采用基于单一站点的监测方法,观测区域有限,仅能够对站点观测区域内卫星监测,不能够对全球区域内GPS P(Y)信号功率增强进行有效监测,存在监测范围小,监测卫星数目受限的问题。并且,该方法仅依靠单一站点进行监测,站点的可靠性直接影响监测可靠性。目前采用多个站点进行监测的方法,解决单一站点监测可靠性和观测区域受限问题,但缺乏有效的多站自适应有机联合监测机制,需要人工进行综合判断,存在监测实时性差和准确性低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决GNSS空间信号质量监测评估领域中GPS P(Y)信号功率增强与恢复可靠性监测问题,提出一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,该方法基于分布式监测数据融合实现,具有监测效率高、可靠性强、工程实施简单等优点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,基于全球分布的监测站进行GPS P(Y)信号功率增强监测,所述全球分布的监测站中至少有部分能够输出L1C/A和L1P信号,部分能够输出L1C/A和L2P信号,包括如下步骤:
(1)监测站接收机稳定捕获并跟踪上GPS卫星之后,完成对该卫星L1C/A的帧同步;
(2)获取各监测站的L1C/A码观测数据和星历数据,以及L1P、L2P的观测数据;
(3)提取星历数据中的周内秒tsow,以及第i个站点tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i),自适应计算各个监测站的载噪比权值,对各个监测站载噪比数据进行数据融合,分别计算L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比;
(4)根据L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,判断L1P和L2P功率是否增强,若至少有一个功率增强,则转入步骤(5),若两者都没有增强,则返回步骤(2)继续获取新的数据;
(5)依据L1P、L2P功率增强时刻前后的载噪比,计算L1P、L2P的功率增强值;
(6)重复步骤(2)~(5),实现对功率增强的持续监测。
进一步的,步骤(3)的具体方式为:
(301)计算tsow时刻第i个站点的载噪比融合权值:
(302)对多个站点的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i)进行数据融合:
其中,CN0L1C/A(tsow,Com)、CN0L1P(tsow,Com)和CN0L12P(tsow,Com)分别表示tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,N为监测站的总个数;wL1C/A(tsow,i)、wL1P(tsow,i)、wL2P(tsow,i)分别表示tsow时刻第i个站点的L1C/A、L1P和L2P信号的载噪比融合权值。
进一步的,步骤(4)中,判断L1P和L2P功率是否增强的具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L1P(tsow,Com)≥50,则L1P信号功率增强,否则L1P信号功率无增强;
如果CN0L2P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L12P(tsow,Com)≥50,则L2P信号功率增强,否则L2P信号功率无增强。
进一步的,步骤(5)的具体方式为:
式中,VaL1P、VaL2P分别为L1P、L2P的功率增强值,tL1P、tL2P分别为L1P、L2P的功率增强时刻,L和L′分别为L1P、L2P统计增强值的时间长度,CN0L1p(l,Com)、CN0L2p(l,Com)分别为l时刻L1P、L2P的多站联合融合后的载噪比。
进一步的,监测到至少一个功率增强后,还对功率增强是否恢复进行监测,具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L1P信号功率增强恢复;
如果CN0L2P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L2P信号功率增强恢复。
本发明的有益效果在于:
1、本发明方法基于分布式监测数据融合实现,可用于GPS IIR-M和IIF卫星的P(Y)信号功率增强与恢复监测。
2、本发明通过实时融合多个监测站点观测数据和星历数据,可消除单站观测数据和星历数据异常对监测结果的影响。
3、本发明与现有方法相比,具有监测效率高、可靠性强、计算简单、易于实施等优点。
总之,本发明通过采用全球分布的监测站点,对实时数据进行自适应加权融合,实现对全球区域内GPS卫星P(Y)信号功率增强进行实时、可靠监测,无需人为介入判断,可实现常态化连续监测,解决了目前已有方法存在的监测区域小、监测卫星数目受限、实时性差和可靠性低的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中GPS P(Y)信号功率增强监测方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点,下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示,一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,基于全球分布的监测站进行GPS P(Y)信号功率增强监测,所述全球分布的监测站中至少有部分能够输出L1C/A和L1P信号,部分能够输出L1C/A和L2P信号,包括如下步骤:
(1)监测站接收机稳定捕获并跟踪上GPS卫星之后,完成对该卫星L1C/A的帧同步;
(2)获取各监测站的L1C/A码观测数据和星历数据,以及L1P、L2P的观测数据;
(3)提取星历数据中的周内秒tsow,以及第i个站点tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i),自适应计算各个监测站的载噪比权值,对各个监测站载噪比数据进行数据融合,分别计算L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比;
(4)根据L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,判断L1P和L2P功率是否增强,若至少有一个功率增强,则转入步骤(5),若两者都没有增强,则返回步骤(2)继续获取新的数据;
(5)依据L1P、L2P功率增强时刻前后的载噪比,计算L1P、L2P的功率增强值;
(6)重复步骤(2)~(5),实现对功率增强的持续监测。
进一步的,步骤(3)的具体方式为:
(301)计算tsow时刻第i个站点的载噪比融合权值:
(302)对多个站点的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i)进行数据融合:
其中,CN0L1C/A(tsow,Com)、CN0L1P(tsow,Com)和CN0L12P(tsow,Com)分别表示tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,N为监测站的总个数;wL1C/A(tsow,i)、wL1P(tsow,i)、wL2P(tsow,i)分别表示tsow时刻第i个站点的L1C/A、L1P和L2P信号的载噪比融合权值。
进一步的,步骤(4)中,判断L1P和L2P功率是否增强的具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L1P(tsow,Com)≥50,则L1P信号功率增强,否则L1P信号功率无增强;
如果CN0L2P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L12P(tsow,Com)≥50,则L2P信号功率增强,否则L2P信号功率无增强。
进一步的,步骤(5)的具体方式为:
式中,VaL1P、VaL2P分别为L1P、L2P的功率增强值,tL1P、tL2P分别为L1P、L2P的功率增强时刻,L和L′分别为L1P、L2P统计增强值的时间长度,CN0L1p(l,Com)、CN0L2p(l,Com)分别为l时刻L1P、L2P的多站联合融合后的载噪比。
进一步的,监测到至少一个功率增强后,还对功率增强是否恢复进行监测,具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L1P信号功率增强恢复;
如果CN0L2P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L2P信号功率增强恢复。
以下为一个更具体的例子:
以UTC时间2019年6月20日15时27分GPS L1P和L2P的功率增强事件为例进行描述:
1)通过在石家庄、北京和武汉部署三个监测站,获取到各监测站点L1C/A码观测数据和星历数据、L1P、L2P的观测数据;
2)提取星历电文信息中周内秒tsow,以及tsow时刻对应的三个站点L1C/A、L1P和L2P载噪比为44.6dB-Hz、55.2dB-Hz、54.6dB-Hz,40.2dB-Hz、50.1dB-Hz、49.6dB-Hz,39.2dB-Hz、48.2dB-Hz、47.5dB-Hz。
3)对提取的多个站点的载噪比进行数据融合:
融合后,CN0L1C/A(tsow,Com)=41.9dB-Hz,CN0L1P(tsow,Com)=52.2dB-Hz,CN0L12P(tsow,Com)=51.4dB-Hz,其中wL1C/A(tsow,A)、wL1P(tsow,A)、wL2P(tsow,A)采用观测数据计算分别为:0.42,0.45和0.41,wL1C/A(tsow,B)、wL1P(tsow,B)、wL2P(tsow,B)分别为:0.22,0.24和0.20,wL1C/A(tsow,C)、wL1P(tsow,C)、wL2P(tsow,C)分别为:0.32,0.36和0.29。
4)根据如下标准对L1P功率是否增强进行判断:
CN0L1P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)
或者
CN0L1P(tsow,Com)≥50,
通过判断,L1P功率增强;
根据如下标准对L2P功率是否增强进行判断:
CN0L2P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)
或者
CN0L12P(tsow,Com)≥50,
通过判断,L2P功率增强;
5)本例中:
CN0L1P(tsow,Com)=52.2dB-Hz,
CN0L12P(tsow,Com)=51.4dB-Hz,
取增强前值为:
CN0L1P(tsow-1,Com)=44.2dB-Hz,
CN0L12P(tsow,Com)=43.2dB-Hz,
L和L′取1,
利用下式计算L1P、L2P的增强值VaL1P和VaL2P:
可以计算出,VaL1P和VaL2P分别为8.0dB和8.2dB。
6)重复步骤2~5,实现对功率增强的持续监测,并进行如下的功率增强状态恢复逻辑判断:
如果CN0L1P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则L1P信号功率增强恢复;
如果CN0L2P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则L2P信号功率增强恢复。
本例中,功率开始恢复时间为UTC时间2019年6月21日04时28分。
总之,本发明为一种基于分布式监测数据融合的GPS P(Y)信号功率增强监测方法,其采用多站观测数据自适应加权融合的方法,实现了GPS IIR-M和IIF卫星P(Y)信号功率增强与恢复高可靠监测。该方法实现了多站观测数据的自适应融合,有效保证了监测精度、可靠性与实时性,同时具有计算简单特点,易于实施的特点。
Claims (5)
1.一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,其特征在于,基于全球分布的监测站进行GPSP(Y)信号功率增强监测,所述全球分布的监测站中至少有部分能够输出L1C/A和L1P信号,部分能够输出L1C/A和L2P信号,包括如下步骤:
(1)监测站接收机稳定捕获并跟踪上GPS卫星之后,完成对该卫星L1C/A的帧同步;
(2)获取各监测站的L1C/A码观测数据和星历数据,以及L1P、L2P的观测数据;
(3)提取星历数据中的周内秒tsow,以及第i个站点tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i),自适应计算各个监测站的载噪比权值,对各个监测站载噪比数据进行数据融合,分别计算L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比;
(4)根据L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,判断L1P和L2P功率是否增强,若至少有一个功率增强,则转入步骤(5),若两者都没有增强,则返回步骤(2)继续获取新的数据;
(5)依据L1P、L2P功率增强时刻前后的载噪比,计算L1P、L2P的功率增强值;
(6)重复步骤(2)~(5),实现对功率增强的持续监测。
2.根据权利要求1所述的一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,其特征在于,步骤(3)的具体方式为:
(301)计算tsow时刻第i个站点的载噪比融合权值:
(302)对多个站点的载噪比CN0L1C/A(tsow,i)、CN0L1P(tsow,i)、CN0L2P(tsow,i)进行数据融合:
其中,CN0L1C/A(tsow,Com)、CN0L1P(tsow,Com)和CN0L12P(tsow,Com)分别表示tsow时刻L1C/A、L1P和L2P的多站联合融合后的载噪比,N为监测站的总个数;wL1C/A(tsow,i)、wL1P(tsow,i)、wL2P(tsow,i)分别表示tsow时刻第i个站点的L1C/A、L1P和L2P信号的载噪比融合权值。
3.根据权利要求2所述的一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,其特征在于,步骤(4)中,判断L1P和L2P功率是否增强的具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L1P(tsow,Com)≥50,则L1P信号功率增强,否则L1P信号功率无增强;
如果CN0L2P(tsow,Com)>CN0L1C/A(tsow,Com)或CN0L12P(tsow,Com)≥50,则L2P信号功率增强,否则L2P信号功率无增强。
5.根据权利要求2所述的一种GPS P(Y)信号功率增强监测方法,其特征在于,监测到至少一个功率增强后,还对功率增强是否恢复进行监测,具体方式为:
如果CN0L1P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L1P信号功率增强恢复;
如果CN0L2P(tsow,Com)≤CN0L1C/A(tsow,Com),则判断L2P信号功率增强恢复。
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