CN116413747B - 一种基于gnss的监测仪闭环仿真测试方法和系统 - Google Patents
一种基于gnss的监测仪闭环仿真测试方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法和系统。该方法包括：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，模拟器解析控制指令，加载对应的场景文件，并根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，被测监测仪接收模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，上位机解析解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并进行比对，确定被测监测仪的测试结果，实现对电离层闪烁反演解算和对流层水汽反演解算，进一步提高了监测仪测试结果的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及GNSS（Global Navigation Satellite System）导航领域和GNSS气象学领域，具体涉及一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法和一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统。
背景技术
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），其包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。全球导航卫星系统国际委员会公布的全球4大导航卫星系统供应商，包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧盟的伽利略卫星导航系统（GALILEO）。其中GPS是世界上第一个建立并用于导航定位的全球系统，GLONASS经历快速复苏后已成为全球第二大卫星导航系统，二者正处现代化的更新进程中；GALILEO是第一个完全民用的卫星导航系统，正在试验阶段；BDS是中国自主建设运行的全球卫星导航系统，为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。
GNSS导航信号经过大气传播到地面接收机时在传播路径中主要受到大气中的电离层（Ionosphere）和对流层（Troposphere）的延迟影响，电离层中由于存在大量的电子密度不规则体，在这些不规则体的影响下又会造成GNSS导航信号产生幅度、相位随机起伏、衰落的闪烁现象。
为了减少这些延迟影响，国内外学者设计了许多GNSS信号模拟仿真的测试系统，对GNSS监测接收机进行性能测试，然而，目前的仿真系统不能模拟出电离层和对流层延迟，进而在仿真系统中对监测接收机进行测试时，无法准确测试监测接收机的性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法和一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统。
第一方面，本发明实施例提供一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法，包括：
控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；
所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；
所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
如上述方法，可选地，所述根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，包括：
所述模拟器根据所述电离层闪烁场景确定电离层闪烁参数；
所述模拟器根据所述对流层延迟场景确定对流层延迟参数；
所述模拟器根据所述电离层闪烁参数和康奈尔闪烁模型确定模拟信号电离层延迟；
所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟，基于所述天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟确定模拟信号对流层延迟；
所述模拟器根据所述电离层延迟和所述对流层延迟确定信号延迟量。
如上述方法，可选地，所述电离层闪烁参数包括：幅度闪烁指数和去相关时间/>；
相应地，所述模拟器根据所述电离层闪烁参数和康奈尔闪烁模型确定模拟信号电离层延迟，包括：
所述模拟器根据幅度闪烁指数和去相关时间/>，由高斯白噪声通过低通滤波器得到所述康奈尔闪烁模型的随机分量ξ(t)和所述随机分量ξ(t)的自相关函数Rξ(τ)；
所述模拟器基于K指数和所述幅度闪烁指数之间的关系，通过所述随机分量ξ(t)的功率/>，计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量/>；
所述模拟器将所述随机分量ξ(t)和直接分量求和之后再进行归一化处理，得到所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号/>；
所述模拟器基于所述闪烁序列信号确定模拟信号电离层的闪烁幅度/>和相位延迟/>；
K为莱斯分布参数。
如上述方法，可选地，所述计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量，包括：
根据公式（1）计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量：
公式（1）
其中，为所述随机分量ξ(t)的功率。
如上述方法，可选地，所述模拟器将所述随机分量ξ(t)和直接分量求和之后再进行归一化处理，得到所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号/>包括：
所述模拟器根据公式（2）计算所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号：
公式（2）
其中，ξ(t)为随机分量，为直接分量。
如上述方法，可选地，所述模拟器基于所述闪烁序列信号确定模拟信号电离层的闪烁幅度/>和相位延迟/>，包括：
所述模拟器根据公式（3）确定模拟信号电离层的闪烁幅度和相位延迟/>：
公式（3）
其中，j为虚数单位。
如上述方法，可选地，所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶静力学延迟，包括：
所述模拟器根据公式（4）计算天顶静力学延迟：
公式（4）
其中，为天顶静力学延迟，P为测站地面气压，T为测站地面温度，H为测站海拔高度，/>代表中性大气层顶部高于大地水准面的有效高度。
如上述方法，可选地，所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶对流层湿延迟，包括：
所述模拟器根据公式（5）确定天顶对流层湿延迟：
公式（5）
其中，为天顶对流层湿延迟，/>为大气对流层可降水量，Π为湿度转换因子。
如上述方法，可选地，所述模拟器根据公式（6）确定湿度转换因子：
公式（6）
其中，ρ为水的密度，R为普适气体常数，为常数，/>分别为大气在干和湿时的摩尔质量，/>为大气加权平均温度，且/>；/>为地表温度。
如上述方法，可选地，所述模拟器生成模拟GNSS导航信号，包括：
所述模拟器根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量。
如上述方法，可选地，所述被测监测仪进行电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，包括：
所述被测监测仪解析接收到的模拟GNSS导航信号，计算电离层电子总含量TEC、电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数和对流层水汽含量。
如上述方法，可选地，所述被测监测仪根据公式（8）计算电离层电子总含量TEC：
公式（8）
其中，和/>为模拟GNSS导航信号载波的不同频点，/>和/>分别为/>和/>对应频点的波长，/>和/>分别为/>和/>对应的载波相位。
如上述方法，可选地，所述被测监测仪进行定位解算，包括：
所述被测监测仪进行多模多频点信号的捕获、跟踪、电文解调和定位解算，并输出跟踪环路的原始观测量和定位解算信息。
如上述方法，可选地，所述上位机实时显示解算得到的定位信息，包括：
所述上位机根据所述原始观测量和定位解算信息显示GNSS卫星的星空图、速度和信号强度信息，并显示解算得到的定位信息。
如上述方法，可选地，所述确定所述被测监测仪的测试结果，包括：
所述上位机根据不同控制指令下所述被测监测仪解算的解算数据，确定多组比对结果，根据所述多组比对结果确定所述被测监测仪的性能测试结果。
第二方面，本发明实施例提供一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统，包括：
控制计算机、模拟器、被测监测仪和上位机，所述模拟器和所述被测监测仪通过射频电缆连接，所述被测监测仪和所述上位机通过网线连接；
所述控制计算机，用于接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；
所述模拟器，用于解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
所述被测监测仪，用于接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；
所述上位机，用于解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数；并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
如上述系统，可选地，所述模拟器具体用于：
根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量。
如上述系统，可选地，所述被测监测仪具体用于：
解析接收到的模拟GNSS导航信号，计算电离层电子总含量TEC、电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数和对流层水汽含量。
如上述系统，可选地，所述被测监测仪包括：
射频前端接收模块、数字基带信号处理模块、外部接口模块、电源供电模块和恒温晶振；
所述射频前端接收模块，用于接收所述模拟GNSS导航信号，并将所述模拟GNSS导航信号转变为数字中频信号；
所述数字基带信号处理模块，用于完成所述数字中频信号的计算功能，确定解算数据；
所述外部接口模块，用于将所述解算数据通过网口传输至所述上位机。
如上述系统，可选地，所述上位机具体用于：
根据不同控制指令下所述被测监测仪解算的解算数据，确定多组比对结果，根据所述多组比对结果确定所述被测监测仪的性能测试结果。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如下方法：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
第四方面，本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下方法：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
本发明实施例提供的基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方案，控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将控制指令发送至模拟器，模拟器解析所述控制指令，加载GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定被测监测仪的测试结果，该测试方案不仅能生成电离层闪烁场景，还加入了对流层延迟场景，通过控制计算机和模拟器不仅能实现对电离层闪烁反演解算，还能实现对流层水汽反演解算，进一步提高了监测仪的测试结果的准确率，具有一定的实用价值。
附图说明
图1是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例的步骤流程图；
图2是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成模拟GNSS导航信号的流程图；
图3是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成对流层延迟的流程图；
图4是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成模拟信号延迟量的流程图；
图5是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统实施例的结构框图；
图6是本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统实施例中被测监测仪的结构框图；
图7是本发明的一种电子设备实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤S110、控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；
具体地，当需要对被测监测仪进行测试时，可通过射频电缆将模拟器和被测监测仪进行连接，再通过网线将被测监测仪连接到上位机。
控制计算机可以设置有供用户输入的界面，以便用户输入测试需求，GNSS卫星模拟场景包括各卫星的状态参数信息，例如各卫星的载噪比、俯仰角、方位角等信息，用户可在控制计算机界面调节上述参数信息，完成GNSS卫星模拟场景输入。
之后，用户还可以继续设置电离层闪烁场景和对流层延迟场景。具体地，用户可设置电离层闪烁参数、对流层延迟参数等。
对于电离层闪烁参数而言，根据电离层闪烁对电磁波的不同影响，可将电离层闪烁参数分为幅度闪烁参数和相位闪烁参数。对于幅度闪烁，常用幅度闪烁指数来衡量，指数表示信号受电离层不规则结构影响，其强度在短时间内剧烈变化的程度，/>可按照如下公式（9）定义为归一化的信号强度标准差：
公式（9）
其中，为信号强度，/>为信号幅度，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，<I>表示对信号强度取均值。
对于相位闪烁参数而言，常用相位闪烁指数来衡量，/>表示信号受电离层不规则结构影响，其相位在短时间内剧烈变化的程度，/>可按照如下公式（10）定义为载波相位标准差：
公式（10）
其中，为载波相位。
用户完成输入之后，控制计算机生成控制指令，控制指令用于指示生成模拟GNSS导航信号，之后，控制计算机将控制指令发送至模拟器。
步骤S120、所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
具体地，模拟器接收到控制计算机发送的控制指令后，解析该控制指令，确定GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，加载GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景确定电离层闪烁参数和对流层延迟参数等信息，根据上述参数信息确定模拟信号延迟量，最后生成模拟GNSS导航信号。参照图2，示出了本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成模拟GNSS导航信号的流程图，模拟器根据伪码时延、广播星历、幅度闪烁、载波频率和相位延迟信息进行误差模拟，确定电离层延迟和对流层延迟，然后基于测距码、导航电文、载波信息等输出模拟GNSS导航信号。
具体地，模拟器根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量，/>既包括电离层引起的相位延迟/>又包括对流层延迟/>，其关系为：。
模拟GNSS导航信号包括电离层闪烁信息和对流层延迟信息，实现了对电离层闪烁、对流层延迟的仿真。之后，模拟器发送生成的模拟GNSS导航信号。
步骤S130、被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；
具体地，被测监测仪接收到模拟器发送的模拟GNSS导航信号之后，解析该模拟GNSS导航信号，获取全频段模拟GNSS导航信号的幅值、相位、功率等信息，完成四大GNSS系统多模多频点信号的捕获、跟踪、电文解调和定位解算，并输出跟踪环路的原始观测量和定位解算信息，其中四大GNSS系统包括：美国GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统和中国的北斗卫星导航系统。
之后，被测监测仪进行电离层TEC、电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数以及对流层水汽含量的反演解算，其中，被测监测仪根据公式（8）计算电离层电子总含量TEC：
公式（8）
其中，和/>为模拟GNSS导航信号载波的不同频点，/>和/>分别为/>和/>对应频点的波长，/>和/>分别为/>和/>对应的载波相位。
最后，被测监测仪通过网口向上位机输出解算数据。
步骤S140、所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
具体地，上位机接收到被测监测仪发送的解算数据之后，解码解算数据之后，在上位机软件主界面显示GNSS卫星的星空图、速度、信号强度等信息，并将解算得到的定位信息、各卫星载噪比、电离层TEC、电离层闪烁指数、对流层水汽含量也实时的在软件界面上显示，并和控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定对被测监测仪的测试结果。
具体地，控制计算机针对同一被测监测仪，可接收多种不同模拟场景，例如针对同一GNSS卫星模拟场景，控制计算机设置不同的电离层闪烁指数以及对流层延迟参数从而生成不同控制指令，被测监测仪反演解算电离层TEC、电离层闪烁指数以及对流层水汽含量，上位机将这些解算数据和控制计算机设置的场景参数进行比对，确定多组比对结果；最后上位机根据被测监测仪的多组比对结果确定被测监测仪的性能测试结果。
本发明实施例提供的基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法，控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将控制指令发送至模拟器，模拟器解析所述控制指令，加载GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定被测监测仪的测试结果，该测试方法不仅能生成电离层闪烁场景，还加入了对流层延迟场景，通过控制计算机和模拟器不仅能实现对电离层闪烁反演解算，还能实现对流层水汽反演解算，进一步提高了监测仪的测试结果的准确率，具有一定的实用价值。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，包括：
所述模拟器根据所述电离层闪烁场景确定电离层闪烁参数；
所述模拟器根据所述对流层延迟场景确定对流层延迟参数；
所述模拟器根据所述电离层闪烁参数和康奈尔（Cornell）闪烁模型确定模拟信号电离层延迟；
所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟，基于所述天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟确定模拟信号对流层延迟；
所述模拟器根据所述电离层延迟和所述对流层延迟确定信号延迟量。
具体地，国内外学者建立了多种电离层闪烁模型，例如由欧洲空间局（ESA）研发的全球电离层闪烁模型（Global Ionospheric Scintillation Model，GISM）、美国宇航局（NASA）研发的宽带电离层闪烁模型（Wide Band ionospheric scintillation Model,WBMOD）、康奈尔大学研发的康奈尔Cornell闪烁模型（Cornell Scintillation Model，CSM）、以及由A.J. Van Dierendonck 教授提出的AJ-Stanford模型等。本发明实施例中，使用Cornell闪烁模型确定模拟信号电离层延迟，基于Cornell闪烁模型，电离层闪烁参数包括：幅度闪烁指数和去相关时间/>。
康奈尔大学研发的Cornell闪烁模型（Cornell Scintillation Model，CSM）将生成的幅度闪烁和相位闪烁综合成一个复信号Z(t)，它可以表示为一个直接分量与一个随机分量/>相加的形式，具体如公式（2）所示：
公式（2）
其中，为随机分量，/>为直接分量。
其中，可以由一个零均值高斯白噪声通过一个二阶低通Butterworth滤波器生成，二阶低通滤波器的自相关函数/>如公式（11）所示：
公式（11）
其中，为信道去相关时间，/>为自相关的延迟时间，/>以确保，/>为所述随机分量ξ(t)的功率。
通过增加信道去相关时间对闪烁衰落频率进行限定，/>越小，闪烁变化频率越快，闪烁越强；/>越大，闪烁变化频率越慢，闪烁越大。
Cornell闪烁模型生成的幅度闪烁序列服从Nakagami—n（Rician）分布，/>概率密度函数可用公式（12）表示：
公式（12）
其中，，/>为贝塞尔函数，K为莱斯（Rician）分布参数，K与幅度闪烁指数/>、Nakagami—m分布参数m之间的关系如下公式（13）所示：
公式（13）
Cornell闪烁模型生成的相位服从高斯分布，/>概率密度函数可用公式（14）表示：
公式（14）
其中，、/>分别为高斯分布函数的位置参数和尺度参数。
基于上述针对Cornell闪烁模型的分析，模拟器可根据幅度闪烁指数和去相关时间/>，由高斯白噪声通过低通滤波器得到所述Cornell闪烁模型的随机分量ξ(t)和所述随机分量ξ(t)的自相关函数Rξ(τ)；
基于K指数和所述幅度闪烁指数之间的关系，通过随机分量ξ(t)的功率，根据公式（1）计算所述Cornell闪烁模型的直接分量/>：
公式（1）
其中，K为莱斯（Rician）分布参数，为所述随机分量ξ(t)的功率。
所述模拟器将所述随机分量ξ(t)和直接分量求和之后再进行归一化处理，根据公式（2）计算Cornell闪烁模型的闪烁序列信号/>：
公式（2）
其中，ξ(t)为随机分量，为直接分量。
最后模拟器根据公式（3）确定模拟信号电离层的闪烁幅度和相位延迟/>：
公式（3）
其中，j为虚数单位。
通过上述步骤，模拟器完成电离层闪烁延迟模拟，在模拟器中加载电离层闪烁场景，实现电离层延迟仿真，完成对被测监测仪的性能测试，有助于深入认识电离层闪烁及其变化规律，而且对有关基于GNSS的电离层监测仪的性能测试也有重要帮助。
在实际测量中通常用测站天顶对流层延迟（Zenith Tropospheric Delay，ZTD）来简化对流层延迟量，又分为天顶静力学延迟（Zenith Hydrostatic Delay，ZHD）和天顶对流层湿延迟（Zenith Wet Delay，ZWD），其关系为：ZTD=ZHD+ZWD。
天顶静力学延迟（ZHD）是对流层中非水汽因素造成的延迟，与测站所处位置的温度气压等有关，大约占对流层总延迟的95%，虽然静力学延迟占比较大，但是其相对稳定，可以通过霍普菲尔德（Hopfield）模型来生成天顶静力学延迟，具体地，模拟器可根据公式（4）计算天顶静力学延迟：
公式（4）
其中，为天顶静力学延迟，P为测站地面气压，T为测站地面温度，H为测站海拔高度，/>代表中性大气层顶部高于大地水准面的有效高度，。
天顶对流层湿延迟（ZWD）和水汽含量密切相关，根据其对流层湿延迟进而可以得到对流层中大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV），它们之间存在一定的线性关系，因此通过可降水量可生成对流层湿延迟，具体地，模拟器根据公式（6）确定湿度转换因子：
公式（6）/>
其中，ρ为水的密度，单位为；R为普适气体常数，单位为；/>为常数，单位为/>；/>分别为大气在干和湿时的摩尔质量，单位为/>；/>为大气加权平均温度；且/>，为地表温度。
之后，模拟器根据公式（5）确定天顶对流层湿延迟：
公式（5）
其中，为天顶对流层湿延迟，/>为对流层大气可降水量，Π为湿度转换因子。
参照图3，示出了本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成对流层延迟的流程图，模拟器根据大气可降水量PWV计算天顶对流层湿延迟ZWD，根据霍普菲尔德Hopfield模型计算天顶静力学延迟ZHD，将两者相加后得到天顶对流层延迟ZTD，进而模拟器可根据对流层延迟ZTD可以得到对流层相位延迟。
通过上述步骤，模拟器通过对流层水汽的反演分析，研究对流层模拟技术，在实时模拟器中加入仿真模块，实现对对流层延迟的仿真，模拟器完成对流层闪烁延迟模拟，在模拟器中加载电离层闪烁场景，实现电离层延迟仿真，完成对被测监测仪的性能测试，有助于深入认识对流层水汽活动及其变化规律，而且对有关基于GNSS的对流层水汽反演监测仪的性能测试也有重要帮助。
参照图4，示出了本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法实施例中模拟器生成模拟信号延迟量的流程图，模拟器根据大气可降水量PWV计算天顶对流层湿延迟ZWD，根据霍普菲尔德Hopfield模型计算天顶静力学延迟ZHD，将两者相加后得到天顶对流层延迟ZTD，模拟器根据Cornell闪烁模型计算电离层闪烁幅度、相位，得到电离层延迟，进而模拟器可根据对流层延迟ZTD和电离层延迟可以得到模拟信号延迟量：对流层相位延迟、电离层闪烁幅度/>、电离层相位延迟/>。
通过图4所示的流程图，模拟器基于上述Cornell电离层闪烁模型，在此基础上加上对流层延迟霍普菲尔德（Hopfield）模型设计出基于GNSS的电离层闪烁监测及对流层水汽反演的仿真测试系统，通过电离层、对流层模型，对电离层闪烁和对流层水汽的反演分析，研究电离层、对流层模拟技术，在实时模拟器中加入仿真模块，实现对电离层闪烁、对流层延迟的仿真，对该闭环测试系统的仿真和研究也有助于深入认识电离层闪烁、对流层水汽活动及其变化规律，而且对有关基于GNSS的电离层监测、对流层水汽反演监测仪的性能测试也有重要帮助。
本发明实施例提供的基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法，控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将控制指令发送至模拟器，模拟器解析所述控制指令，加载GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定被测监测仪的测试结果。该测试方法不仅能生成电离层闪烁场景，还加入了对流层延迟场景，通过控制计算机和模拟器不仅能实现对电离层闪烁反演解算，还能实现对流层水汽反演解算，进一步提高了监测仪的测试结果的准确率，具有一定的实用价值。可以理解的是，被测监测仪反演解算电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数、对流层水汽含量的过程，即为模拟器计算电离层延迟和对流层延迟的反向运算，本文不再对此过程进行详述。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图5，示出了本发明一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统实施例的结构框图，具体可以包括：控制计算机510、模拟器520、被测监测仪530和上位机540，所述模拟器520和所述被测监测仪530通过射频电缆连接，所述被测监测仪530和所述上位机540通过网线连接；
所述控制计算机510，用于接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器520；
所述模拟器520，用于解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
所述被测监测仪530，用于接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机540输出解算数据；
所述上位机540，用于解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数；并与控制计算机510接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪530的测试结果。
具体地，控制计算机510用于生成模拟GNSS导航信号的控制指令，选择模拟场景以及是否加载闪烁场景，根据需求设置生成相应的GNSS导航信号，调节载噪比、电离层闪烁以及对流层延迟控制指令参数，实时将相关指令传送给模拟器520生成指定输出功率的模拟GNSS导航信号、电离层闪烁参数、对流层延迟以及干扰信号。
模拟器520用来接收控制计算机510发出的控制指令，根据控制计算机510加载的测试模拟文件实时生成相应的模拟GNSS导航信号、电离层闪烁延迟参数、对流层延迟以及干扰信号等，模拟器520根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量。
具体地，模拟器520根据大气可降水量PWV计算天顶对流层湿延迟ZWD，根据霍普菲尔德Hopfield模型计算天顶静力学延迟ZHD，将两者相加后得到天顶对流层延迟ZTD，模拟器520根据Cornell闪烁模型计算电离层闪烁幅度、相位，得到电离层延迟，进而模拟器520可根据对流层延迟ZTD和电离层延迟可以得到模拟信号延迟量：对流层相位延迟、电离层闪烁幅度/>、电离层相位延迟/>。
最后模拟器520将生成的这些信号传输到被测监测仪530。
被测监测仪530用来接收模拟器产生的模拟GNSS导航信号，完成电离层TEC、电离层闪烁指数，包括电离层幅度闪烁指数和电离层相位闪烁指数以及对流层水汽的反演解算，并将这些数据实时传输给上位机540。
上位机540解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机510接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，根据不同控制指令下所述被测监测仪530解算的解算数据，确定多组比对结果，根据所述多组比对结果确定所述被测监测仪530的性能测试结果。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述模拟器520具体用于：
根据所述电离层闪烁场景确定电离层闪烁参数；
根据所述对流层延迟场景确定对流层延迟参数；
根据所述电离层闪烁参数和康奈尔Cornell闪烁模型确定模拟信号电离层延迟；
根据所述对流层延迟参数确定天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟，基于所述天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟确定模拟信号对流层延迟；
根据所述电离层延迟和所述对流层延迟确定信号延迟量。
具体地，国内外学者建立了多种电离层闪烁模型，例如由欧洲空间局（ESA）研发的全球电离层闪烁模型（Global Ionospheric Scintillation Model，GISM）、美国宇航局（NASA）研发的宽带电离层闪烁模型（Wide Band ionospheric scintillation Model,WBMOD）、康奈尔大学研发的Cornell闪烁模型（Cornell Scintillation Model，CSM）、以及由A.J. Van Dierendonck 教授提出的AJ-Stanford模型等。本发明实施例中，使用Cornell闪烁模型确定模拟信号电离层延迟，基于Cornell闪烁模型，电离层闪烁参数包括：幅度闪烁指数和去相关时间/>。
康奈尔大学研发的Cornell闪烁模型（Cornell Scintillation Model，CSM）将生成的幅度闪烁和相位闪烁综合成一个复信号Z(t)，它可以表示为一个直接分量与一个随机分量/>相加的形式，具体如公式（2）所示：
公式（2）
其中，为随机分量，/>为直接分量。
其中，可以由一个零均值高斯白噪声通过一个二阶低通Butterworth滤波器生成，二阶低通滤波器的自相关函数/>如公式（11）所示：
公式（11）
其中，为信道去相关时间，通过增加信道去相关时间/>对闪烁衰落频率进行限定，/>越小，闪烁变化频率越快，闪烁越强；/>越大，闪烁变化频率越慢，闪烁越大。
Cornell闪烁模型生成的幅度闪烁序列服从Nakagami—n（Rician）分布，/>概率密度函数可通过公式（12）表示：
公式（12）
其中，，/>为贝塞尔函数，K为莱斯（Rician）分布参数，K与幅度闪烁指数/>、Nakagami—m分布参数m之间的关系如下公式（13）所示：
公式（13）
Cornell闪烁模型生成的相位服从高斯分布，/>概率密度函数可通过公式（14）表示：
公式（14）
其中，、/>分别为高斯分布函数的位置参数和尺度参数。
基于上述针对Cornell闪烁模型的分析，模拟器520可根据幅度闪烁指数和去相关时间/>，由高斯白噪声通过低通滤波器得到所述Cornell闪烁模型的随机分量ξ(t)和所述随机分量ξ(t)的自相关函数Rξ(τ)；
基于K指数和所述幅度闪烁指数之间的关系，通过随机分量ξ(t)的功率，根据公式（1）计算所述Cornell闪烁模型的直接分量/>：
公式（1）
其中，K为莱斯（Rician）分布参数，为所述随机分量ξ(t)的功率。
所述模拟器520将所述随机分量ξ(t)和直接分量求和之后再进行归一化处理，根据公式（2）计算Cornell闪烁模型的闪烁序列信号/>：
公式（2）
其中，ξ(t)为随机分量，为直接分量。
最后模拟器520根据公式（3）确定模拟信号电离层的闪烁幅度和相位延迟：
公式（3）
其中，j为虚数单位。
通过上述步骤，模拟器520完成电离层闪烁延迟模拟，在模拟器520中加载电离层闪烁场景，实现电离层延迟仿真，完成对被测监测仪的性能测试，有助于深入认识电离层闪烁及其变化规律，而且对有关基于GNSS的电离层监测仪的性能测试也有重要帮助。
在实际测量中通常用测站天顶对流层延迟（Zenith Tropospheric Delay，ZTD）来简化对流层延迟量，又分为天顶静力学延迟（Zenith Hydrostatic Delay，ZHD）和天顶对流层湿延迟（Zenith Wet Delay，ZWD），其关系为：ZTD=ZHD+ZWD。
天顶静力学延迟（ZHD）是对流层中非水汽因素造成的延迟，与测站所处位置的温度气压等有关，大约占对流层总延迟的95%，虽然静力学延迟占比较大，但是其相对稳定，可以通过霍普菲尔德（Hopfield）模型来生成天顶静力学延迟，具体地，模拟器520可根据公式（4）计算天顶静力学延迟：
公式（4）
其中，为天顶静力学延迟，P为测站地面气压，T为测站海拔温度，H为测站地面高度，/>代表中性大气层顶部高于大地水准面的有效高度，。
天顶对流层湿延迟（ZWD）和水汽含量密切相关，根据其对流层湿延迟进而可以得到对流层中大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV），它们之间存在一定的线性关系，因此通过可降水量可生成对流层湿延迟，具体地，模拟器520根据公式（6）确定湿度转换因子：
公式（6）
其中，ρ为水的密度，单位为；R为普适气体常数，单位为；/>为常数，单位为/>；/>分别为大气在干和湿时的摩尔质量，单位为/>；/>为大气加权平均温度；且/>，/>为地表温度。
之后，模拟器520根据公式（5）确定天顶对流层湿延迟：
公式（5）
其中，为天顶对流层湿延迟，/>为对流层大气可降水量，Π为湿度转换因子。
通过上述步骤，模拟器520通过对流层水汽的反演分析，研究对流层模拟技术，在实时模拟器中加入仿真模块，实现对对流层延迟的仿真，模拟器完成对流层延迟模拟，在模拟器中加载电离层闪烁场景，实现电离层延迟仿真，完成对被测监测仪的性能测试，有助于深入认识对流层水汽活动及其变化规律，而且对有关基于GNSS的对流层水汽反演监测仪的性能测试也有重要帮助。
参照图6，示出了本发明的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统实施例中被测监测仪的结构框图，具体可以包括：射频前端接收模块531、数字基带信号处理模块532、外部接口模块533、电源供电模块534以及恒温晶振535。
所述射频前端接收模块531，用于接收所述模拟GNSS导航信号，并将所述模拟GNSS导航信号转变为数字中频信号；
所述数字基带信号处理模块532，用于完成所述数字中频信号的计算功能，确定解算数据；
所述外部接口模块533，用于将所述解算数据通过网口传输至所述上位机。
具体地，射频接收模块531位于天线和数字基带信号处理模块532之间，从天线传输的无线电信号经过该模块，主要实现把电磁波信号转变为基带数字信号处理模块易于处理的数字中频信号，包含模拟器520产生的全频段模拟GNSS导航信号的幅值、相位、功率等用于计算电离层TEC、反演电离层闪烁指数以及对流层水汽的原始数据。
基带信号处理模块532功能主要在FPGA内完成，该模块芯片不仅完成从射频接收模块531输出的中频信号的计算功能，即数字信号处理，还用于被测监测仪530各个模块之间的数据交互控制。
外部接口模块533主要负责和外部进行数据通信，将被测监测仪530产生的数据通过网口传输给上位机540，实时监测并得到电离层闪烁、对流层水汽反演数据用以形成可视化界面。
上位机540用来接收被测监测仪530通过网络传输的GNSS监测反演数据，包含各卫星载噪比、仰角和方位角以及电离层TEC、电离层闪烁指数、对流层水汽含量等数据，并将这些数据形成可视化界面，和模拟器520产生的信号进行对比，用以验证监测仪的性能。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，此处不再赘述。
本发明实施例提供的基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统，控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将控制指令发送至模拟器，模拟器解析所述控制指令，加载GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定被测监测仪的测试结果，该测试系统不仅能模拟生成电离层闪烁场景，还加入了对流层延迟场景，通过控制计算机和模拟器不仅能实现对电离层闪烁反演解算，还能实现对流层水汽反演解算，进一步提高了监测仪的测试结果的准确率，具有一定的实用价值。
参照图7，示出了本发明一种电子设备实施例的结构框图，所述设备包括：处理器(processor)710、存储器(memory)720和总线730；
其中，处理器710和存储器720通过所述总线730完成相互间的通信；
处理器710用于调用存储器720中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，并根据所述电离层闪烁场景和对流层延迟场景模拟信号延迟量，生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法和一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (20)
1.一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试方法，其特征在于，包括：
控制计算机接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；
所述模拟器解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，根据所述电离层闪烁场景确定电离层闪烁参数；根据所述对流层延迟场景确定对流层延迟参数；
所述模拟器根据电离层闪烁参数中的幅度闪烁指数和去相关时间/>，由高斯白噪声通过低通滤波器得到康奈尔闪烁模型的随机分量ξ(t)和所述随机分量ξ(t)的自相关函数Rξ(τ)；基于K指数和所述幅度闪烁指数/>之间的关系，通过所述随机分量ξ(t)的功率/>，计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量/>；将所述随机分量ξ(t)和直接分量/>求和之后再进行归一化处理，得到所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号/>；基于所述闪烁序列信号/>确定模拟信号电离层的闪烁幅度/>和相位延迟/>；K为莱斯分布参数；
所述模拟器根据对流层延迟参数确定天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟，基于所述天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟确定模拟信号对流层延迟；根据电离层延迟和所述对流层延迟确定信号延迟量；
所述模拟器生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
被测监测仪接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；
所述上位机解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数，并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量，包括：
根据公式（1）计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量：
公式（1）
其中， 为所述随机分量ξ(t)的功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模拟器将所述随机分量ξ(t)和直接分量求和之后再进行归一化处理，得到所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号/>包括：
所述模拟器根据公式（2）计算所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号：
公式（2）
其中，ξ(t)为随机分量，为直接分量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模拟器基于所述闪烁序列信号确定模拟信号电离层的闪烁幅度/>和相位延迟/>，包括：
所述模拟器根据公式（3）确定模拟信号电离层的闪烁幅度和相位延迟/>：
公式（3）
其中，j为虚数单位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶静力学延迟，包括：
所述模拟器根据公式（4）计算天顶静力学延迟：
公式（4）
其中，为天顶静力学延迟，P为测站地面气压，T为测站地面温度，H为测站海拔高度，/>代表中性大气层顶部高于大地水准面的有效高度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模拟器根据所述对流层延迟参数确定天顶对流层湿延迟，包括：
所述模拟器根据公式（5）确定天顶对流层湿延迟：
公式（5）
其中，为天顶对流层湿延迟，/>为对流层大气可降水量，Π为湿度转换因子。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述模拟器根据公式（6）确定湿度转换因子：
公式（6）
其中，ρ为水的密度，R为普适气体常数，为常数，/>分别为大气在干和湿时的摩尔质量，/>为大气加权平均温度/>，/>为地表温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟器生成模拟GNSS导航信号，包括：
所述模拟器根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测监测仪进行电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，包括：
所述被测监测仪解析接收到的模拟GNSS导航信号，计算电离层电子总含量TEC、电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数和对流层水汽含量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述被测监测仪根据公式（8）计算电离层电子总含量TEC：
公式（8）
其中，和/>为模拟GNSS导航信号载波的不同频点，/>和/>为/>和/>对应频点的波长，/>和/>为/>和/>对应的载波相位。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述被测监测仪进行定位解算，包括：
所述被测监测仪进行多模多频点信号的捕获、跟踪、电文解调和定位解算，并输出跟踪环路的原始观测量和定位解算信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述上位机实时显示解算得到的定位信息，包括：
所述上位机根据所述原始观测量和定位解算信息显示GNSS卫星的星空图、速度和信号强度信息，并显示解算得到的定位信息。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其特征在于，所述确定所述被测监测仪的测试结果，包括：
所述上位机根据不同控制指令下所述被测监测仪解算的解算数据，确定多组比对结果，根据所述多组比对结果确定所述被测监测仪的性能测试结果。
14.一种基于GNSS的监测仪闭环仿真测试系统，其特征在于，包括：
控制计算机、模拟器、被测监测仪和上位机，所述模拟器和所述被测监测仪通过射频电缆连接，所述被测监测仪和所述上位机通过网线连接；
所述控制计算机，用于接收用户输入的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景，生成控制指令，将所述控制指令发送至模拟器；
所述模拟器，用于解析所述控制指令，加载所述GNSS卫星模拟场景对应的场景文件，根据所述电离层闪烁场景确定电离层闪烁参数；根据所述对流层延迟场景确定对流层延迟参数；根据电离层闪烁参数中的幅度闪烁指数和去相关时间/>，由高斯白噪声通过低通滤波器得到康奈尔闪烁模型的随机分量ξ(t)和所述随机分量ξ(t)的自相关函数Rξ(τ)；基于K指数和所述幅度闪烁指数/>之间的关系，通过所述随机分量ξ(t)的功率/>，计算所述康奈尔闪烁模型的直接分量/>；将所述随机分量ξ(t)和直接分量/>求和之后再进行归一化处理，得到所述康奈尔闪烁模型的闪烁序列信号/>；基于所述闪烁序列信号/>确定模拟信号电离层的闪烁幅度/>和相位延迟/>；K为莱斯分布参数；根据对流层延迟参数确定天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟，基于所述天顶静力学延迟和天顶对流层湿延迟确定模拟信号对流层延迟；根据电离层延迟和所述对流层延迟确定信号延迟量；生成模拟GNSS导航信号，发送所述模拟GNSS导航信号；
所述被测监测仪，用于接收所述模拟GNSS导航信号，进行定位解算和电离层闪烁、对流层水汽参数反演解算，并向上位机输出解算数据；
所述上位机，用于解析所述解算数据，实时显示解算得到的定位信息、电离层闪烁参数和对流层水汽参数；并与控制计算机接收的GNSS卫星模拟场景、电离层闪烁场景和对流层延迟场景进行比对，确定所述被测监测仪的测试结果。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述模拟器具体用于：
根据公式（7）生成模拟GNSS导航信号：
公式（7）
其中，为信号的幅度，C(t)为测距码，/>为产生的时延，D(t)为导航电文，/>为载波频率，/>为初始相位，n(t)为噪声，/>为电离层闪烁引起的闪烁幅度，/>为相位延迟量。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述被测监测仪具体用于：
解析接收到的模拟GNSS导航信号，计算电离层电子总含量TEC、电离层幅度闪烁指数、电离层相位闪烁指数和对流层水汽含量。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述被测监测仪包括：
射频前端接收模块、数字基带信号处理模块、外部接口模块、电源供电模块和恒温晶振；
所述射频前端接收模块，用于接收所述模拟GNSS导航信号，并将所述模拟GNSS导航信号转变为数字中频信号；
所述数字基带信号处理模块，用于完成所述数字中频信号的计算功能，确定解算数据；
所述外部接口模块，用于将所述解算数据通过网口传输至所述上位机。
18.根据权利要求14-17任一项所述的系统，其特征在于，所述上位机具体用于：
根据不同控制指令下所述被测监测仪解算的解算数据，确定多组比对结果，根据所述多组比对结果确定所述被测监测仪的性能测试结果。
19.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至13任一项所述的方法。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至13任一项所述的方法。
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