CN114879225B - 一种适用于gbas系统的卫星导航信号干扰检测方法 - Google Patents

一种适用于gbas系统的卫星导航信号干扰检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，针对机场GBAS系统监测卫星导航信号的场景，首先利用GBAS地面参考接收机完成卫星导航信号的接收，将卫星导航数字化信号进行主瓣带宽的滤波处理，依据获取的信号长度和采样率大小确定信号分段长度，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段，计算每一段时域分段信号的功率权值并完成线性加权和平滑处理，最终将平滑后的功率谱以中心频率为对称轴进行左右两侧功率谱值相减，并判决是否出现影响到卫星导航定位服务的干扰信号，从而完成对GBAS引导服务的告警。本发明可以快速检测影响GBAS精密进近引导服务的卫星导航信号所在频段的电磁干扰，保障了机场GBAS系统的应用安全。

Description

一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法
技术领域
本发明涉及GBAS系统对卫星导航信号质量监测评估技术领域，具体为一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法。
背景技术
GBAS(Ground Based Augmentation System，地基增强系统)，最早由国际民航组织提出，从现有陆基导航系统过渡到星基导航系统，通过卫星导航差分定位提升定位导航精度，并增加了一系列完好性监视算法，提高系统完好性、可用性、连续性的指标，使机场覆盖空域范围内的配置相应机载设备的飞机获得到达I类精密进近(CAT-I)甚至更高标准的精密进近、着陆引导服务。
GBAS系统中最重要的设施就是地面参考站，主要完成对所在区域可见的导航卫星信号的监测接收，并形成差分信息播发给卫星。然而由于卫星导航信号到达地面的功率较低，极易受到外界各种电磁干扰信号的影响，给GBAS的可靠运行带来很大的隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，可以有效的快速监测威胁GBAS系统服务的信号干扰并及时告警，保障精密进近引导服务额可用性。技术方案如下：
一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，包括以下步骤：
步骤1：利用GBAS地面参考接收机完成卫星导航信号的接收，获取经过AD芯片模数转换后的原始卫星导航采样信号，并对原始卫星导航采样信号进行主瓣带宽的滤波处理；
步骤2：根据获取的信号长度和采样率大小确定信号分段长度，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段；
步骤3：计算每一段时域分段信号的功率权值，依据功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权；
步骤4：对加权平均后的卫星导航信号功率谱进行平滑处理；
步骤5：将平滑后的功率谱以中心频率为对称轴，对左右两侧的功率谱值相减，并计算相减结果绝对值的最大值，当最大值大于预设值时，则检测到影响到卫星导航定位服务的干扰信号，完成对GBAS引导服务的告警。
进一步的，对原始卫星导航采样信号S(n)进行主瓣带宽滤波处理，计算得到滤波后的原始卫星导航采样信号为：
Figure BDA0003661978770000021
Figure BDA0003661978770000022
其中，fc为卫星导航采样信号中心频率，Fs为信号采样率，L为原始卫星导航采样信号S(n)的序列长度，Rc为导航信号伪码速率；n为信号周期数。
更进一步的，步骤2.1：根据原始卫星导航采样信号S(n)的序列长度L和信号采样率Fs，计算信号分段长度N：
N＝L/(Fs×0.001)
对应的分段的段数K为：
K＝L/(N×0.5)-1
步骤2.2：依据计算得到分段长度N，实现对原始卫星导航采样信号S(n)的时域分段，分段后的信号为：
SK(n)＝S(n)
n＝1+(K-1)*(N×0.5),2+(K-1)*(N×0.5),…K*(N×0.5)。
更进一步的，所述步骤3具体包括：
步骤3.1：将每一段时域分段信号SK(n)分别进行傅里叶变换，得到：
TK(n)＝DFT(SK(n))
步骤3.2：将得到的时域分段信号傅里叶变换结果进行加权组合，计算每一段时域分段信号的功率权值：
Figure BDA0003661978770000023
其中，i为信号周期数的序号；TK(i)为第K段时域分段信号SK(n)的傅里叶变换；
步骤3.3：利用所述功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权，得到加权平均后的卫星导航信号功率谱：
Figure BDA0003661978770000024
其中，Wj为第j段时域分段的功率权值。
更进一步的，所述步骤4具体为：
取加权平均后的卫星导航信号功率谱的每个序列值邻近的100个点进行平均处理，得到的平滑后功率谱H(n)计算方法为：
Figure BDA0003661978770000031
其中，A(i)为信号周期数为i时的卫星导航信号功率谱值。
更进一步的，所述步骤5具体为：
以获取的平滑后功率谱H(n)中心频点所在位置fc×L/Fs为中心点，左右两侧功率谱值相减，
并只计算主瓣带宽下的功率谱值，相减得到的结果为：
Figure BDA0003661978770000032
计算M(i)的最大值，如果最大值大于1.2，则表明在卫星导航信号的主瓣带宽内出现了明显的干扰信号，需要在GBAS系统上予以告警，暂停精密进近引导服务。
本发明的有益效果是：
1)本发明针对机场GBAS系统监测卫星导航信号的场景，快速检测影响GBAS精密进近引导服务的卫星导航信号频点电磁干扰，提升了机场GBAS系统的应用安全，保证了高完好性的陆基增强引导。
2)本发明实现在GBAS系统内的导航信号频段电磁干扰快速检测，有效识别规避对导航定位产生严重影响的电磁干扰发射时刻，实现对精密进近服务的可靠保障，提升GBAS运行服务的完好性。
附图说明
图1为本发明适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本方法首先利用GBAS地面参考接收机完成卫星导航信号的接收，将卫星导航数字化信号进行主瓣带宽的滤波处理，依据获取的信号长度和采样率大小确定信号分段长度，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段，计算每一段时域分段信号的功率权值并完成线性加权和平滑处理，最终将平滑后的功率谱以中心频率为对称轴进行左右两侧功率谱值相减，并判决是否出现影响到卫星导航定位服务的干扰信号，从而完成对GBAS引导服务的告警。
本发明方法的流程图如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)利用GBAS地面参考接收机完成卫星导航信号的接收，获取经过AD芯片模数转换后的原始卫星导航采样信号，并对原始卫星导航采样信号进行主瓣带宽的滤波处理。
GBAS地面参考接收机通过卫星导航天线获取卫星导航无线信号，信号通过接收机的射频前端后进入AD芯片，由AD芯片将模拟信号转化为原始采样的数字化信号S(n)，对该信号进行主瓣带宽滤波处理，计算得到滤波后的原始卫星导航采样信号
Figure BDA0003661978770000043
其中，
Figure BDA0003661978770000041
fc为卫星导航采样信号中心频率，Fs为信号采样率，L为原始卫星导航采样信号S(n)的序列长度，Rc为导航信号伪码速率；n为信号周期数。
(2)依据获取的信号长度和采样率大小确定信号分段长度，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段。
根据卫星导航采样信号S(n)的序列长度L和信号采样率Fs，计算信号分段长度：
N＝L/(Fs×0.001)
对应的分段的段数为：
K＝L/(N×0.5)-1
依据上一步计算得到分段长度N，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段，分段后的信号为：
SK(n)＝S(n),
n＝1+(K-1)*(N×0.5),2+(K-1)*(N×0.5),…K*(N×0.5)
(3)计算每一段时域分段信号的功率权值，依据功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权。
将上一步得到的每一段时域分段信号SK(n)分别进行傅里叶变换，得到TK(n)＝DFT(SK(n))；
将上一步计算得到的时域分段信号傅里叶变换结果进行加权组合，计算每一段时域分段信号的功率权值：
Figure BDA0003661978770000042
其中，i为信号周期数的序号；TK(i)为第K段时域分段信号SK(n)的傅里叶变换；
利用上一步计算的功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权，得到加权平均后的卫星导航信号功率谱：
Figure BDA0003661978770000051
(4)对加权平均后的卫星导航信号功率谱进行平滑处理。
取加权平均后的卫星导航信号功率谱的每个序列值邻近的100个点进行平均处理，得到的平滑后功率谱H(n)计算方法为：
Figure BDA0003661978770000052
其中，A(i)为信号周期数为i时的卫星导航信号功率谱值。
(5)将平滑后的功率谱以中心频率为对称轴，对左右两侧的功率谱值相减，并计算相减结果绝对值的最大值，当最大值大于1.2时，则检测到影响到卫星导航定位服务的干扰信号，完成对GBAS引导服务的告警。
以步骤(5)获取的平滑后功率谱H(n)中心频点所在位置fc×L/Fs为中心点，左右两侧功率谱值相减，并只计算主瓣带宽下的功率谱值，相减得到的结果:
Figure BDA0003661978770000053
计算M(i)的最大值，如果最大值大于1.2，则证明在卫星导航信号的主瓣带宽内出现了明显的干扰信号，此类干扰信号会严重影响到GBAS系统差分信息的生成精度，所以需要在GBAS系统上予以告警，并停止干扰时刻的差分信息生成，保障用户的精密进近引导服务安全。

Claims (4)

1.一种适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用GBAS地面参考接收机完成卫星导航信号的接收，获取经过AD芯片模数转换后的原始卫星导航采样信号，并对原始卫星导航采样信号进行主瓣带宽的滤波处理；
步骤2：根据获取的信号长度和采样率大小确定信号分段长度，实现对原始卫星导航采样信号的时域分段；
步骤3：计算每一段时域分段信号的功率权值，依据功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权；
步骤4：对加权平均后的卫星导航信号功率谱进行平滑处理；
步骤5：将平滑后的功率谱以中心频率为对称轴，对左右两侧的功率谱值相减，并计算相减结果绝对值的最大值，当最大值大于预设值时，则检测到影响到卫星导航定位服务的干扰信号，完成对GBAS引导服务的告警；
所述步骤1中，
对原始卫星导航采样信号S(n)进行主瓣带宽滤波处理，计算得到滤波后的原始卫星导航采样信号为：
Figure FDA0004136758660000011
Figure FDA0004136758660000012
其中，fc为卫星导航采样信号中心频率，Fs为信号采样率，L为原始卫星导航采样信号S(n)的序列长度，Rc为导航信号伪码速率；n为信号周期数；
所述步骤3具体包括：
步骤3.1：将每一段时域分段信号SK(n)分别进行傅里叶变换，得到：
TK(n)＝DFT(SK(n))
步骤3.2：将得到的时域分段信号傅里叶变换结果进行加权组合，计算每一段时域分段信号的功率权值：
Figure FDA0004136758660000013
其中，i为信号周期数的序号；TK(i)为第K段时域分段信号SK(n)的傅里叶变换；
步骤3.3：利用所述功率权值对每一段零中频信号的傅里叶变换结果进行线性加权，得到加权平均后的卫星导航信号功率谱：
Figure FDA0004136758660000021
其中，Wj为第j段时域分段的功率权值。
2.根据权利要求1所述的适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
步骤2.1：根据原始卫星导航采样信号S(n)的序列长度L和信号采样率Fs，计算信号分段长度N：
N＝L/(Fs×0.001)
对应的分段的段数K为：
K＝L/(N×0.5)-1
步骤2.2：依据计算得到分段长度N，实现对原始卫星导航采样信号S(n)的时域分段，分段后的信号为：
SK(n)＝S(n)
n＝1+(K-1)*(N×0.5),2+(K-1)*(N×0.5),…K*(N×0.5)。
3.根据权利要求1所述的适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
取加权平均后的卫星导航信号功率谱的每个序列值邻近的100个点进行平均处理，得到的平滑后功率谱H(n)计算方法为：
Figure FDA0004136758660000022
其中，A(i)为信号周期数为i时的卫星导航信号功率谱值。
4.根据权利要求1所述的适用于GBAS系统的卫星导航信号干扰检测方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
以获取的平滑后功率谱H(n)中心频点所在位置fc×L/Fs为中心点，左右两侧功率谱值相减，并只计算主瓣带宽下的功率谱值，相减得到的结果为：
Figure FDA0004136758660000023
计算M(i)的最大值，如果最大值大于1.2，则表明在卫星导航信号的主瓣带宽内出现了明显的干扰信号，需要在GBAS系统上予以告警，暂停精密进近引导服务。
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