CN116931026A - 一种卫星导航信号的异常判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星导航信号的异常判定方法，具体涉及卫星导航技术领域，所述处理方法包括如下步骤：获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，对当前的接收机设备进行评估，根据接收机设备状态指数对筛选后的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表，提前发现接收设备的性能问题，从而更准确地判断卫星导航信号是否异常。从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，并通过综合分析模型对卫星导航信号进行评估，更有效、全面地判断卫星导航信号是否出现异常或低质量情况。

Description

一种卫星导航信号的异常判定方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，本发明涉及一种卫星导航信号的异常判定方法。

背景技术

GNSS 是基于人造卫星技术的数字无线通信系统，能提供实时的定位和授时服务。随着计算机和互联网技术的快速发展，卫星导航已广泛应用于国防和民用领域的各个方面。常见的卫星导航系统主要由卫星组网与用户接收设备组成，卫星组网通常由多颗卫星组成，它们在不同的轨道高度和角度上分布，从而实现全球范围的导航服务。用户接收设备会接收多颗卫星发射的信号，并通过计算信号传播时间来确定自己的位置。它还可能包括地图显示、导航指引和其他相关的功能，同时接收设备还用于对导航信号的质量进行评估，从而判定卫星导航信号的异常情况。

通常情况下，卫星导航信号的异常判定是在接收机接收到卫星导航信号之后对其进行信号的异常判定，若接收机设备自身出现故障、误差可能导致对卫星导航信号异常判定的错误，导致定位失败，导航不准确。

为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种卫星导航信号的异常判定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种卫星导航信号的异常判定方法，包括如下步骤：

步骤S1：获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，对当前的接收机设备进行评估；

步骤S2：将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较，筛选出状态良好的接收机设备，并根据接收机设备状态指数对筛选后的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表；

步骤S3：从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，对卫星导航信号质量进行评估；

步骤S4：将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较，若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号。

在一个优选地实施方式中，步骤S1中，所述的接收机设备信息包括接收设备时延和信号快速重连占比率，用户反馈信息包括用户使用趋势指数，将接收设备时延、信号快速重连占比率、用户使用趋势指数进行归一化处理通过加权求和得到接收机设备状态指数。

在一个优选地实施方式中，步骤S2中，还包括：

步骤S2-1：信号快速重连占比率的计算表达式为其中/>为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数；为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备未能够在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数；

用户使用趋势指数的获取步骤如下：通过计算获取用户使用频率，表达式如下其中，S为用户在T时间内的使用次数，T为预设的时间段；建立用户使用频率的平均值，表达式如下/>其中/>为用户使用频率的平均值，/>为用户使用频率，i表示不同时间段的序列号/>为正整数；通过不同时间段的用户使用频率计算用户使用趋势指数，表达式如下/>其中，/>为用户使用趋势指数。

在一个优选地实施方式中，步骤S2中，所述的将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较；

若接收机设备状态指数大于等于接收机设备状态指数参考阈值，则根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。

在一个优选地实施方式中，步骤S3中，所述的导航信号信息包括载波波动系数和伪码异常周期值，环境信息包括电磁强度偏差值，将载波波动系数、伪码异常周期值、电磁强度偏差值进行归一化处理并通过加权求和计算得到卫星导航信号状态指数。

在一个优选地实施方式中，步骤S4中，所述的将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较；

若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号，提醒用户卫星导航信号存在异常。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较，对接收机设备的当前状态进行评估，并根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。可以提前发现接收设备的性能问题，避免用户在实际使用过程中遇到的不稳定情况，从而更准确地判断卫星导航信号是否异常。

2、本发明从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，并通过综合分析模型对卫星导航信号进行评估，将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较，若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号。通过采集多项影响数据对卫星导航信号质量进行综合评估，提供更全面、准确的卫星导航信号状态信息，从而更有效地判断卫星导航信号是否出现异常或低质量情况。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1给出了本发明一种卫星导航信号的异常判定方法，其包括如下步骤：

步骤S1：获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，对当前的接收机设备进行评估；

步骤S2：将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较，筛选出状态良好的接收机设备，并根据接收机设备状态指数对筛选后的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表；

步骤S3：从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，对卫星导航信号质量进行评估；

步骤S4：将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较，若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号。

本实施例是基于接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，从而判定卫星导航信号是否出现异常。但在接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估之前，若接收机设备自身出现故障、误差可能导致对卫星导航信号异常判定的错误。本实施例在接收机设备对卫星导航信号的异常判定之前，通过获取接收机设备信息和用户反馈信息，对地面控制中心中现存的接收机设备状态进行评估，确保接收机设备处于一个稳定的状态，从而避免因为接收机设备自身出现问题导致卫星导航信号的异常判定出现误判。

用于接收卫星导航信号的接收机设备通常被称为卫星导航接收机，它们可以接收全球定位系统（GPS）、伽利略、GLONASS、北斗等卫星系统发送的导航信号，从而定位、导航和定时。以下是一些常见的卫星导航接收机设备类型：

GPS接收机：用于接收美国全球定位系统（GPS）卫星系统的信号，提供定位、导航和定时功能。

伽利略接收机：用于接收欧洲伽利略卫星系统的信号，类似于GPS，提供类似的定位和导航功能。

GLONASS接收机：用于接收俄罗斯GLONASS卫星系统的信号，与GPS类似，也可以用于定位和导航。

北斗接收机：用于接收中国北斗卫星导航系统的信号，主要在亚太地区提供定位、导航和定时服务。

需要说明的是，地面控制中心中存在多个接收机设备，对现存的接收机设备进行编号，编号以数字表示，例如，{1,2,3...}。

本实施例在获取接收机设备信息时，对于接收机设备的种类不做限定，可根据实际情况而定。

获取接收机设备信息和用户反馈信息，对当前的接收机设备进行评估；

接收机设备信息主要包括接收设备时延和信号快速重连占比率，用户反馈信息包括用户使用趋势指数；

将接收设备时延、信号快速重连占比率、用户使用趋势指数分别标记为；

将接收设备时延、信号快速重连占比率、用户使用趋势指数通过归一化处理，计算接收机设备状态指数，其表达式如下：

式中，为接收机设备状态指数，/>分别为信号快速重连占比率、用户使用趋势指数、接收设备时延的预设比例系数，其中/>。

其中，接收设备时延是指卫星导航信号接收设备内部传播所需的时间延迟，该时间延迟是设备自身的固有特性，并且其大小与设计有关。对于不同的设备或系统，根据个体的设计特殊性，其设备时延有着不同的确切定义。接收设备时延越短，则说明卫星导航信号在接收设备内部传播的延迟时间越短，反映出接收设备在处理卫星导航信号的过程中，信号传播、处理和解析的效率较高。这可以暗示设备的性能较好，因为短时延意味着设备能够快速地接收、处理和解析信号，从而提供更快速、准确的定位和导航信息。接收设备时延的计算通常由接收设备内部自动完成。

信号快速重连占比率：当接收设备处于城市峡谷、高楼大厦区域、密集的森林或树木覆盖区域等特殊场景时，可能会导致卫星导航信号出现丢失，而信号快速重连占比率反映了接收设备在历史的使用过程中，若卫星导航信号出现丢失，接收设备能否在时间内重新连接上卫星导航信号，需要说明的是上述的/>时间不做限定，可根据接收设备类型的不同以及实际情况而。信号快速重连占比率越高，则表示接收设备在处理卫星导航信号丢失的能力越强，反映接收设备的状态越好。信号快速重连占比率的计算表达式如下：，其中/>为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数；/>为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备未能够在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数。

用户使用趋势指数：用户使用趋势指数是指用户在不同的时间里使用卫星导航接收设备的次数，随着时间的推移，用户使用频率的降低，同样反映了卫星导航接收设备在性能上可能出现下降的趋势。通过历史的使用记录中获取用户在一定时间内的使用次数，需要说明的是该时间段的设定不做限定，例如，每天、每周。通过计算获取用户使用频率，表达式如下：，其中，S为用户在T时间内的使用次数，T为预设的时间段。建立用户使用频率的平均值，表达式如下：/>，其中/>为用户使用频率的平均值，/>为用户使用频率，i表示不同时间段的序列号，i={1、2、...、n},n为正整数；通过不同时间段的用户使用频率计算用户使用趋势指数，表达式如下：/>，其中，/>为用户使用趋势指数。

将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较。

若接收机设备状态指数大于等于接收机设备状态指数参考阈值，则说明接收机设备当前的状态较为良好，不会因为接收机设备自身状态导致卫星导航信号异常判定出现错误，并根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。

若接收机设备状态指数小于接收机设备状态指数参考阈值，则说明接收机设备当前的状态较差，继续对卫星导航信号的异常判定，可能出现判定错误，发出预警信号，提示用户需要对该接收机设备进行维修。

本实施例通过获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较，对接收机设备的当前状态进行评估，并根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。可以提前发现接收设备的性能问题，避免用户在实际使用过程中遇到的不稳定情况，从而更准确地判断卫星导航信号是否异常。

实施例2

上述实施例中通过获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，对接收机设备状态进行评估，若接收机设备状态指数大于等于接收机设备状态指数参考阈值，则继续对卫星导航信号的异常状况进行判定，同时根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。本实施中将从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，通过获取导航信号信息和环境信息对卫星导航信号进行综合分析，判定卫星导航信号是否出现异常情况，通过建立综合分析模型来判定卫星导航信号是否出现异常情况，提高判定的准确性和可靠性。

获取导航信号信息和环境信息，建立综合分析模型对卫星导航信号进行评估；

导航信号信息包括载波波动系数和伪码异常周期值，环境信息包括电磁强度偏差值；

将载波波动系数、伪码异常周期值、电磁强度偏差值分别标记为；

将载波波动系数、伪码异常周期值、电磁强度偏差值通过归一化处理，计算卫星导航信号状态指数，其表达式如下：

式中，为卫星导航信号状态指数，/>分别为载波波动系数、伪码异常周期值、电磁强度偏差值的预设比例系数，其中，/>。

其中，载波波动系数：载波波动系数是用来描述载波信号波动程度的指标，用于评估卫星导航信息的频率稳定性和相位连续性，从而判断卫星导航信号是否存在异常情况。载波波动系数的计算表达式如下：，其中 />为载波波动系数，j为不同时间t的序列号j={2、...m},m为正整数，/>为载波信号在时间t的值；载波是一种特定频率的正弦波，用来携带卫星导航信息，载波/>的表达式如下：/>，其中A是载波的幅值，/>是载波的频率，/>是载波的相位。

较小的载波波动系数意味着载波信号的相位波动较小，卫星导航信号较为稳定。较大的载波波动系数则表示载波信号的相位波动较大，可能存在频率偏移、干扰、多径效应等问题，从而卫星导航信号出现异常的概率将大大增加。

卫星导航系统中的伪码是一种特殊的伪随机码序列，也称为导航码或扩频码。这些伪码在卫星发射导航信号时，与信号进行扩频，将信号从窄带信号扩展到宽带信号，从而提高信号的抗干扰性和接收灵敏度。

伪码序列通常具有周期性，即伪码序列在某一时间段内的波形模式在之后的时间内重复出现的性质。对于伪码序列，周期性表示在一定的时间跨度内，序列的波形模式会循环出现。这个时间跨度就是伪码的周期，也称为伪码序列的周期长度。伪码异常周期值是指在伪码序列中出现周期性紊乱错误的次数，在伪码序列中周期性出现错误的次数越多，则卫星导航信号出现异常状况的概率越大。

在卫星导航信号中，电磁干扰指的是来自其他电磁源的无关信号或噪声，可能会降低卫星导航信号的质量、强度和可靠性。

电磁干扰对卫星导航信号的影响主要包括以下几个方面：

信号强度下降： 强烈的电磁干扰可以降低卫星导航信号的接收强度，使信号变得微弱，可能导致信号丢失或解码困难。

信号失真： 电磁干扰可能引起卫星导航信号的失真，例如相位偏移、频率偏移等，这可能导致定位精度降低。

多普勒效应： 电磁干扰可能导致信号的频率变化，引起多普勒效应，这会影响信号的解码和定位计算。

解码困难： 电磁干扰可能使信号的解码变得困难，需要更复杂的解调算法来处理受到干扰的信号。

多径效应加剧： 电磁干扰可能导致多径效应加剧，使信号在传播过程中发生反射、折射，影响信号的完整性和质量。

由于接收设备通常会安装在移动设备中，如智能手机、手持GPS机、导航仪以及车辆内部等，所以接收设备接收卫星导航信号时所处的环境可能不断变化，即电磁干扰的强度也会随所处的环境不同而出现变化。

在卫星导航系统中，每颗卫星发射的卫星导航信号都是独特的，具有不同的伪码序列（扩频码）和其他特征。这种独特性是为了使接收设备能够识别不同卫星的信号，从而进行定位和导航。而对于不同的卫星导航信号能够适应的电磁强度也是不同的，预设每种卫星导航信号能够适应的电磁场强度最优阈值，将其标记为，通过在接收设备上安装电磁场传感器实时监测周围环境的电磁场强度，将其标记为/>，则电磁强度偏差值的计算表达式如下：/>，其中，/>为电磁场强度偏差值。

较小的电磁强度偏差值，表示接收设备所处环境的电磁场强度对卫星导航信号的影响较小，较大的电磁强度偏差值，表示接收设备所处环境的电磁场强度对卫星导航信号的影响较大，可能导致卫星导航信号出现异常状况。

经过上述计算得到卫星导航信号状态指数，根据卫星导航信号状态指数建立综合分析模型，并设置卫星导航信号状态指数参考阈值。

将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较。

若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则说明经过综合分析后卫星导航信号质量较低，超出了接收设备自带的修正技术能够校正的范围，若继续按照该卫星导航信号进行定位导航可能导致定位精度下降、导航不准确甚至定位失败的风险，将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号，提醒用户卫星导航信号存在异常。

若卫星导航信号状态指数小于卫星导航信号状态指数参考阈值，则说明经过综合分析后卫星导航信号的状态良好，符合预期，没有出现明显的异常情况，可以按照该卫星导航信号进行定位导航。

本实施例从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，并通过综合分析模型对卫星导航信号进行评估，将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较，若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号。通过采集多项影响数据对卫星导航信号质量进行综合评估，提供更全面、准确的卫星导航信号状态信息，从而更有效地判断卫星导航信号是否出现异常或低质量情况。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：获取接收机设备信息和用户反馈信息，建立接收机设备状态指数，对当前的接收机设备进行评估；

步骤S2：将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较，筛选出状态良好的接收机设备，并根据接收机设备状态指数对筛选后的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表；

步骤S3：从接收机设备优先级排序表中选择优先级最高的接收机设备对卫星导航信号的质量进行评估，通过获取导航信号信息和环境信息，建立卫星导航信号状态指数，对卫星导航信号质量进行评估；

步骤S4：将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较，若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号。

2.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：步骤S1中，所述的接收机设备信息包括接收设备时延和信号快速重连占比率，用户反馈信息包括用户使用趋势指数，将接收设备时延、信号快速重连占比率、用户使用趋势指数进行归一化处理通过加权求和得到接收机设备状态指数。

3.根据权利要求2所述的一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：步骤S2中，还包括：

步骤S2-1：信号快速重连占比率的计算表达式为：，其中/>为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数；/>为在卫星导航信号出现丢失的情况下，接收设备未能够在/>时间内能够重新连接上卫星导航信号的次数；

用户使用趋势指数的获取步骤如下：通过计算获取用户使用频率，表达式如下：，其中，S为用户在T时间内的使用次数，T为预设的时间段；建立用户使用频率的平均值，表达式如下：/>，其中/>为用户使用频率的平均值，/>为用户使用频率，i表示不同时间段的序列号/>为正整数；通过不同时间段的用户使用频率计算用户使用趋势指数，表达式如下：/>，其中，/>为用户使用趋势指数。

4.根据权利要求2所述的一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：步骤S2中，所述的将接收机设备状态指数与接收机设备状态指数参考阈值进行比较；

若接收机设备状态指数大于等于接收机设备状态指数参考阈值，则根据接收机设备状态指数对筛选出的状态良好的接收机设备由大到小进行排序，得到接收机设备优先级排序表。

5.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：步骤S3中，所述的导航信号信息包括载波波动系数和伪码异常周期值，环境信息包括电磁强度偏差值，将载波波动系数、伪码异常周期值、电磁强度偏差值进行归一化处理并通过加权求和计算得到卫星导航信号状态指数。

6.根据权利要求5所述的一种卫星导航信号的异常判定方法，其特征在于：步骤S4中，所述的将卫星导航信号状态指数与卫星导航信号状态指数参考阈值进行比较；

若卫星导航信号状态指数大于等于卫星导航信号状态指数参考阈值，则将其标记为异常的卫星导航信号，同时发送用于提示用户导航信号异常的预警信号，提醒用户卫星导航信号存在异常。