CN117452445B - 北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置 - Google Patents

北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置。所述方法包括：通过将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，对于GEO卫星下行的导航信号，基于其稳定性特征，若当下时段的某一载噪比估计值超出由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定的预设范围，则判定接收机接收异常信号，对于其余卫星下行导航信号，基于其连续性特征，若载噪比估计值发生突变，则判定接收机接收异常信号，判断奇异点的门限由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。与现有干扰检测方法相比，本发明算法与计算量简单，异常数据检测有效，便于特定信号的实时监测。

Description

北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置
技术领域
本申请涉及导航信号干扰监测技术领域，特别是涉及一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置。
背景技术
受空间复杂电磁干扰影响，北斗导航系统在可用性和可靠性方面面临巨大挑战，欺骗、干扰事件层出不穷，而干扰监测技术与抗干扰技术的发展和完善是相互促进的，研究卫星导航干扰监测技术，也会改进和完善抗干扰技术，提高导航接收机在复杂电磁环境下的工作能力，提升导航系统可靠性。但是，由于北斗导航系统全球组网刚刚完成，配套的干扰监测设施并未开始体系建设。
当前，导航干扰信号检测相关成果已经成熟，如导航干扰检测、识别和测向技术等。干扰检测技术主要采用能量检测算法，根据接收机在一定时间内接收信号的能量大小来确定干扰是否存在，对干扰类型没有要求。根据实现方式不同，分为时域能量检测算法和频域能量检测算法，其中时域能量检测将接收信号平均功率与预先设定的干扰检测门限作比较，频域能量检测将信号接收信号频谱图峰值与门限比较。
现有的干扰检测技术为保证门限确定的精确性，需要对干扰检测门限进行时变性的自适应确定，因此检测算法计算复杂。现有技术存在计算复杂，适应性不高的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化算法、减少计算量的北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置。
一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法，所述方法包括：
将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。
在其中一个实施例中，还包括：对每一时段监测信号进行N次载噪比估计；
若当前时段无异常信号，则计算N次载噪比估计值的均值和方差，得到当前时段监测信号的正态分布信息。
在其中一个实施例中，还包括：对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的均值，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
在其中一个实施例中，还包括：对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
在其中一个实施例中，还包括：将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，以每一分钟的监测信号为一段。
一种北斗卫星导航信号异常数据存储方法，所述方法包括：
将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
当判定异常数据出现时，由所述导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
一种北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置，所述装置包括：
信号分段模块，用于将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
GEO卫星异常数据检测模块，用于对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
非GEO卫星异常数据检测模块，用于对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
异常数据存储模块，用于当判定异常数据出现时，由所述导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
上述北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法及装置，通过将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，获取上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息，以及正在监测的信号实时估计载噪比，对于GEO卫星下行的导航信号，基于其稳定性特征，若当下时段的某一载噪比估计值超出由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定的预设范围，则判定接收机接收异常信号，对于其余卫星下行导航信号，基于其连续性特征，若载噪比估计值发生突变，则判定接收机接收异常信号，判断奇异点的门限由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。与现有干扰检测方法相比，本发明算法与计算量简单，异常数据检测有效，便于特定信号的实时监测；并对异常数据段进行采集存储，减少离线存储器压力，降低硬件占用率。
附图说明
图1为一个实施例中北斗卫星导航信号异常数据检测方法的流程示意图；
图2为一个实施例中北斗卫星导航信号异常数据存储方法的流程示意图；
图3为一个实施例中北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置的结构框图；
图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的北斗卫星导航信号异常数据检测方法，可以应用于卫星导航信号监测系统中。其中，卫星导航信号监测系统可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法，包括以下步骤：
步骤102，将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理。
卫星导航信号监测系统通常针对特定信号做长时间的实时跟踪和采集监测，有用信号的载噪比测量值通常具有连续性特征；北斗星座的GEO卫星具有地球同步特性，因此GEO卫星下行的导航信号载噪比还具有稳定性。本发明针对北斗导航信号性能的连续性和稳定性特征，提出了一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法。
具体地，对于监测信号进行分时段处理，每监测1min记为一段，共估计载噪比N次。当该段无异常信号时，计算载噪比估计值的均值和方差/>，并得到相应正态分布：
；
；
其中，为第/>次载噪比估计，/>。
步骤104，对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据。
预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间。
GEO卫星具有地球同步特性，地面观测几何几乎不变，且其高轨特性使得观测信息受到地面观测几何的影响更小，载噪比估计值几乎不受轨道偏移误差影响，保持了良好的稳定性。因此，基于GEO卫星下行的导航信号载噪比具有稳定性，如果当前载噪比的估计值极大地超出了上一正常时段的载噪比均值，则说明该监测信号接收到异常数据。
在本实施例中，在正态分布的假设下，区域包含了99.7%数据，如果当下时段的某一载噪比估计值超出该范围则判定接收机接收异常信号：
；
其中，为当前信号监测的载噪比估计值。
步骤106，对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据。
预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。
对于北斗星座的其余下行导航信号，如监测信号为IGSO或MEO下行导航信号时，由于星地距离不断变化，载噪比估计值不会稳定不变，但仍有很强的连续性。当导航信号受到干扰后，载噪比会随干扰强度下降不同dB，即载噪比估计值发生突变，产生奇异点。
采用上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息，并对正在监测的信号实时估计载噪比，记为/>，上一载噪比估计值记为/>，其中/>。
当和/>差值超过/>时，判定接收机接收到异常数据：
。
上述北斗卫星导航信号异常数据检测方法中，通过将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，获取上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息，以及正在监测的信号实时估计载噪比，对于GEO卫星下行的导航信号，基于其稳定性特征，若当下时段的某一载噪比估计值超出由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定的预设范围，则判定接收机接收异常信号，对于其余卫星下行导航信号，基于其连续性特征，若载噪比估计值发生突变，则判定接收机接收异常信号，判断奇异点的门限由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。与现有干扰检测方法相比，本发明算法与计算量简单，异常数据检测有效，便于特定信号的实时监测。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种北斗卫星导航信号异常数据存储方法，包括：
步骤202，将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
步骤204，对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据。
预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
步骤206，对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据。
预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
步骤208，当判定异常数据出现时，由导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
对异常数据段进行采集存储，能够减少离线存储器压力，降低硬件占用率。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置，包括：信号分段模块302、GEO卫星异常数据检测模块304、非GEO卫星异常数据检测模块306和异常数据存储模块308，其中：
信号分段模块302，用于将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
GEO卫星异常数据检测模块304，用于对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
非GEO卫星异常数据检测模块306，用于对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
异常数据存储模块308，用于当判定异常数据出现时，由导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
信号分段模块302还用于对每一时段监测信号进行N次载噪比估计；若当前时段无异常信号，则计算N次载噪比估计值的均值和方差，得到当前时段监测信号的正态分布信息。
GEO卫星异常数据检测模块304还用于对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；预设范围为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的均值，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
非GEO卫星异常数据检测模块306还用于对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；预设值为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
关于北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置的具体限定可以参见上文中对于北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法的限定，在此不再赘述。上述北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法、存储方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种北斗卫星导航信号异常数据检测方法，其特征在于，所述方法包括：
将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，还包括：
对每一时段监测信号进行N次载噪比估计；
若当前时段无异常信号，则计算N次载噪比估计值的均值和方差，得到当前时段监测信号的正态分布信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间，包括：
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的均值，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定，包括：
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，包括：
将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理，以每一分钟的监测信号为一段。
6.一种北斗卫星导航信号异常数据存储方法，其特征在于，所述方法包括：
将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
当判定异常数据出现时，由所述导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
7.一种北斗卫星导航信号异常数据检测与存储装置，其特征在于，所述装置包括：
信号分段模块，用于将北斗卫星导航监测信号进行分时段处理；
GEO卫星异常数据检测模块，用于对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为设置的上一无异常信号时段的载噪比正态分布置信区间；
非GEO卫星异常数据检测模块，用于对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值由上一无异常信号时段的载噪比正态分布信息确定；
异常数据存储模块，用于当判定异常数据出现时，由所述导航接收机采集1s监测信号数据，存储到离线存储器中。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号分段模块还用于：
对每一时段监测信号进行N次载噪比估计；
若当前时段无异常信号，则计算N次载噪比估计值的均值和方差，得到当前时段监测信号的正态分布信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述GEO卫星异常数据检测模块还用于：
对于GEO卫星下行的导航信号，若当前时段监测信号存在载噪比估计值超出预设范围，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设范围为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的均值，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述非GEO卫星异常数据检测模块还用于：
对于非GEO卫星下行的导航信号，若当前时段与上一时段监测信号实时载噪比估计值的差值超出预设值，则判定导航接收机接收到异常数据；所述预设值为，其中，/>为上一无异常信号时段的载噪比估计值的根方差。
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