电离层闪烁对卫星导航系统的影响与监测方法分析

针对电离层闪烁对卫星定位精度和完好性的影响问题,文章建立电离层闪烁模型,并仿真分析了电离层闪烁对导航接收机在信号接收、定位解算精度的影响,提出了监测方法,对导航减轻电离层闪烁影响具有一定参考作用。     

中国区域电离层特性对卫星导航系统的影响

利用GPS数据对中国区域电离层环境(电离层赤道异常、电离层暴、电离层闪烁)对卫星导航系统的完好性、可用性影响进行分析。结果表明,中国区域电离层异常将影响电离层延迟误差的空间相关性,从而影响电离层完好性门限的建立。电离层暴破坏了电离层的空间相关性,在影响系统完好性门限建立的同时,还影响到系统对扰动的检测能力。电离层闪烁影响接收机测量的精度、可用的卫星数和定位精度,影响系统的可用性;同时,闪烁相关的不均匀体也会影响电离层TEC的准确提取,从而影响系统电离层修正模型的实现。电离层这些不同影响效应之间往往又相互影响,使得中国区域的电离层环境对卫星导航系统的影响具有复杂性。     

卫星地球站电离层闪烁智能监测系统的设计与实现

针对电离层闪烁对我国南部低纬度地区卫星通信的影响,自主研发卫星地球站电离层闪烁智能监测系统。通过对频谱信号和接收信号质量的监测、发射前和接收信号视频比对等技术手段,并结合千寻位置网提供的电离层活跃等级预报数据进行关联分析,利用python编程语言实现对电离层闪烁等卫星信号外部干扰进行实时监测,提高抗干扰研判能力。     

Android智能手机GNSS数据质量综合评估及定位精度分析

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的发展，智能终端在导航定位和位置服务中的应用日趋广泛，但是针对其GNSS原始观测数据的综合研究分析不足。选取具有代表性的智能手机，从数据完整率、周跳比、信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)、多路径误差、卫星可见数和伪距单点定位等方面，综合评估智能手机的GNSS数据质量及定位精度。研究结果表明，智能手机的锁星能力及GNSS数据质量水平存在一定差异，其BDS数据完整率最高为94.73%,GLONASS最低为81.14%;大部分周跳比相对测量型接收机略差，个别相差较大；SNR均值最大值为35.19 dB-Hz,同一频点SNR均值的差值最大为14.85 dB-Hz; L5频点的多路径误差均值最小为0.72 m。智能手机观测数据质量整体低于测量型接收机，并非双频手机的所有数据质量优于单频手机，L5/E5信号的多路径抑制功能并非对所有的智能手机都适用。双频信号比单频信号能更有效地对抗多路径效应，提升定位精度。     

电离层闪烁对跟踪测量的影响分析及规避策略

针对某南方卫星测控站测控信号频繁被干扰的情况展开研究。首先介绍国内外对电离层闪烁原理及监视预警方面的研究成果,然后分析电离层闪烁的时空效应原理,通过计算对比电离层强闪烁监测预报数据和卫星测控站的实时观测数据,发现电离层闪烁与卫星测控站跟踪测量信号的幅度、相位抖动以及接收机失锁之间的相关性,最后提出相应的规避策略,期望为后续测控设备的电离层闪烁防护预警研究提供一定的借鉴和参考。     

地球大气对卫星信号的影响及应对方法

针对卫星信号下行路径上存在的折射和延迟等问题,分析了大气层的结构特点及其对卫星信道造成的不利影响,其中电离层对C波段信号的折射、对流层对Ka波段信号的延迟和电离层闪烁是分析的重点。提出了应对大气层不利影响的方法,指出必须设计可变参数模型并结合实时空间天气和气象预报的数据才能实现对卫星信道的有效校正和补偿。     

电离层残差法对载波相位周跳探测的改进

针对传统电离层残差法在实际数据处理中的缺陷,提出了一种电离层残差与高次差结合的改进型周跳探测方法。该改进方法首先借鉴高次差的高通滤波特性,对电离层残差的组合观测值求一次差,从而有效抑制低频信号并消除常数部分,使实际发生的周跳影响放大,再结合组合观测值的方差进行周跳探测。算法验证表明该方法不论对“北斗”卫星不同星座的数据还是对全球定位系统( GPS)卫星的数据均有良好的探测效果,弥补了原电离层残差法在电离层活跃期间以及数据质量不佳时其不易有效探测出小周跳的缺陷,且避免了原算法经常出现误判断的情况,使其成为一种较优的周跳探测方法。     

FY-2气象卫星信号的开发利用

详细介绍了基于风云二号静止气象卫星信号实现电离层闪烁监测、云图接收、太空环境参数接收的设备设计、构成。该设备主要用于实时监测分析风云二号卫星信号因电离层变化而造成的幅度闪烁和相位闪烁。由于静止卫星不存在运动所附带的变化,利用其稳定的L波段遥测信号来监测电离层闪烁,优越性显著。风云卫星展宽云图接收设备目前已遍布全国,该设备在其跟踪遥测及云图接收的基础上进行开发,易于组网监测。电离层闪烁监测的结果,将对空间的探测和通讯技术的发展具有重大的意义。     

GPS电离层闪烁实时监测系统的设计与实现

给出了一种用于电离层闪烁测量和显示的GPS电离层闪烁实时监测系统,它既能实时监测分析GPS信号的幅度闪烁和相位闪烁指数,也能自动存储闪烁发生时间段内的原始幅度和相位数据,用于对闪烁事件的详细分析.此外,对电离层闪烁的测量原理和闪烁指数的计算也作了详细讨论,这对利用我国北斗卫星信号测量电离层闪烁也具有指导意义.     

双模电离层闪烁监测系统设计与实现

伴随着北斗卫星导航系统的发展成熟,采用多个卫星导航系统可以获得更多的观测卫星进行电离层闪烁监测,极大提高监测的性能,因此利用GPS系统与北斗系统结合进行电离层闪烁监测成为趋势。文中介绍了所研制的GPS/BD双模电离层闪烁监测系统,它可以实时地监测分析GPS卫星L1/L2频点与北斗卫星B1/B2频点信号的电离层幅度闪烁指数和电离层相位闪烁指数,并可显示和存储各项观测数据。文中对电离层闪烁监测系统的硬件、系统嵌入式软件和电离层闪烁监测上位机软件的设计进行了介绍,对消趋势滤波器的设计和闪烁指数的计算进行了详细的讨论,并在最后给出了系统运行测试结果。     

基于射线追踪的TID期间电离层高阶效应及多普勒效应仿真

电离层行进式扰动(traveling ionospheric disturbance, TID)是一种常见的电离层扰动形式,对电磁波（如卫星导航）信号的传播过程有着重要影响. 为研究TID对卫星导航信号传播效应,本文基于三维射线追踪方法对导航信号在空间电离层磁等离子体的传播进行仿真,重点研究TID情况下电离层二阶效应和多普勒效应. 首先,通过在NeQuick电离层模型上添加电离层扰动建立TID仿真生成模型,该模型能够模拟多种尺度的TID结构;其次,基于我国南北方两个虚拟站点,仿真模拟得到导航信号在TID发生时的传播特性;然后,计算得到不同仰角和方位角时卫星导航信号的电离层二阶效应和多普勒效应等参数;最后,分析TID参数对电离层二阶效应和多普勒效应的影响. 仿真结果表明,在本文仿真参数下电离层二阶和多普勒效应在低射线仰角情况下更明显,TID多普勒效应和TID周期相关性明显.     

电离层闪烁对北斗增强系统影响的建模研究

电离层闪烁严重影响了北斗及其增强系统的性能.为了评估电离层闪烁影响下北斗系统的可用性,需建立闪烁影响下的北斗及其增强系统性能模型,并进行仿真分析.文章系统地建立了电离层闪烁影响下的卫星导航接收机模型、用户定位算法和系统性能模型,利用电离层闪烁模型给出电离层闪烁分布,利用建立的北斗系统性能影响模型,实现对电离层闪烁影响下北斗增强系统性能的可用性分析.利用上述方法,仿真分析了中国中低纬地区强电离层闪烁影响下北斗增强系统的可用性.结果表明:电离层闪烁将引起用户接收机测量误差的增大,对于中国低纬地区而言,强电离层闪烁影响下,存在系统可用性低于95％的性能严重影响区域,北斗系统性能受影响区域与电离层强闪烁的发生 区域具有密切关系.     

电离层闪烁对GNSS信号影响的相位屏仿真方法

建立了利用相位屏模型实现的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)闪烁仿真方法.仿真包括随机相位屏的产生和抛物波方程求解.相位屏产生中,通过将零均值的Gauss白噪声通过特定滤波器(根据闪烁功率谱密度函数设计)的方法产生二维随机相位分布;抛物波方程求解中,通过分步法求解抛物波方程获得接收机处的卫星信号复振幅.上述过程考虑了信号倾斜传播路径、不均匀体特征参量等因素, 这些因素可由实测数据估计获得.利用中国低纬地区典型闪烁事件期间的GNSS观测数据提取闪烁相关参量, 并用于闪烁仿真.从信号强度时间序列、幅度相位统计特性、谱特征等多个方面, 对仿真和实测结果进行比较.结果表明, 建立的GNSS信号闪烁仿真方法可以有效复现电离层闪烁影响下的GNSS信号, 仿真信号符合理论变化规律, 且与实测数据结果具有一致性.由此表明了建立的GNSS信号闪烁仿真方法的有效性.     

强电离层影响下GPS精密单点定位的周跳实时探测与修复

 该文提出了一种应用于GPS精密单点定位的周跳实时探测与修复的方法。该方法基于双频P码,可在受到强电离层影响的情况下应用于静态定位与动态导航。为了保证周跳探测与修复的实时性与准确性,采用信号处理与数据处理相结合的方式并通过合理性检验降低误判概率。通过实际数据的处理验证了该方法在强电离层影响情况下的有效性。     

我国中纬地区卫星信号失锁现象初步研究

利用山东威海槎山站（122.296°E,36.866°N）地面GNSS电离层电子总含量(total electron content, TEC)与闪烁接收机2018—2019年的观测数据,初步探索了我国中纬度地区卫星信号失锁现象及其可能的成因。依据定义的卫星信号失锁判定标准,结合全球电离层TEC数据,展示了典型的信号失锁现象并进一步开展事件分析及初步统计研究。结果表明:在太阳活动低年,我国中纬地区地面接收机捕获到卫星信号失锁现象,其持续时间从1 min到10 min多不等;信号失锁前经常出现信噪比下降、闪烁强度增强等现象。结合相应区域的Madrigal TEC数据,初步推断电离层的等离子体密度或TEC在时间和空间上的较快减少可导致信号失锁。本文研究揭示了我国中纬度地区卫星信号失锁现象的特点及可能的形成原因,具有一定的科学意义和应用价值。     

基于多手段观测的海口站电离层闪烁对地磁暴响应研究

联合利用CHAMP卫星等离子体密度就位观测数据和海口站GPS电离层闪烁监测仪数据，分析了2004年1月、2月和11月三次地磁暴期间海口站的电离层闪烁特征.我们发现海口站电离层对3次磁暴事件的响应特征明显不同.就磁暴期间B_z分量和Dst指数的观测值来说，2004年11月的磁暴事件最强，其次是1月的，2月的最弱.而地基闪烁监测仪的观测结果表明:1月磁暴事件期间，L波段电离层闪烁最强，闪烁指数S₄最大值接近于1.0，闪烁出现率的最大值超过80%；2月磁暴事件期间，电离层闪烁持续时间最长，S₄最大值接近于1.0，闪烁出现率的最大值接近63%；11月磁暴主相和恢复相期间，无电离层闪烁现象出现.CHAMP卫星和地面闪烁监测仪观测到的结果一致，表明多重尺度的电离层不均匀体通常同时存在，但是小尺度的电离层不规则体通常会先消失.对比上述三次实验的观测结果，我们推断造成电离层响应特征差异的原因与环电流的影响有关，Aarons准则可较好地解释电离层对3次磁暴事件的响应.同时跨赤道风场可能也有贡献，它通过增加沿场向积分的Pedersen电导率，降低了R-T不稳定性，从而抑制了电离层闪烁的发生.     

GNSS闪烁分析中的软件定义无线电技术

<正>意大利都灵理工大学的Nicola Linty等在2018年10月《GPS Solutions》上发表的论文指出,极地电离层具有强烈的相位闪烁特征,从而严重影响接收信号的质量和可靠性。全球导航卫星系统(GNSS)可用于支持各种后勤、科学活动,以及对极地电离层的间接监测,为基于数据抓取器与软件接收机的客户定制解决方案提供了一种新的思路,能够实现更高水平的灵活性和可配置性,这对偏远和严峻环境中的工作来说十分重要。     

跳时信号体制地基伪卫星远近效应分析

远近效应反映了传播距离变化下信号间干扰对信号捕获、跟踪和电文解析的影响,是影响地基伪卫星定位系统定位精度和有效范围的关键因素。针对地基伪卫星系统在高精度定位中的应用,分析了远近效应对系统性能的影响,提出基于跳时改善远近效应的方法,分析了TH/DS-CDMA伪卫星信号体制改善远近效应的作用原理和改善程度,并提出在帧信号体制下系统跳时相关参数的一般设计方法。针对基于北斗参数的伪卫星仿真了系统测距误差和可用范围的分布特性。仿真结果表明,跳时体制可大幅提升地基伪卫星信号的测距性能和有效覆盖范围,跳时对载波相位测量的影响和在星地联合运行下的参数设计有待进一步研究。     

GEO卫星对北斗终端定位精度影响仿真分析

北斗导航系统比GPS、GLONASS等其他导航系统多了地球同步轨道(GEO)卫星,GEO卫星信号的调制方式和编码格式和非GEO卫星有着很大的区别,有助于增强导航与定位。文中通过多个GEO和非GEO卫星组合的测试场景,重点仿真分析了在选定的定位精度因子下GEO卫星和非GEO卫星对北斗终端定位精度的影响。结果表明GEO卫星有助于提高定位精度,尤其是当参与定位的卫星数较少时,GEO卫星参与定位可提高20%以上的定位精度。     

低纬电离层闪烁对强磁暴的响应

利用武汉电离层闪烁和TEC的观测数据,分析了发生在2004年7月下旬和11月上旬的两次超强磁暴期间,GPS信号振幅闪烁和TEC起伏的响应特征,并对磁暴影响低纬电离层电波闪烁的机制进行了讨论。结果表明:强磁暴主相期间,L-波段振幅闪烁强度及闪烁出现率都显著增强,这种增强可归因为强磁暴引起的效应;闪烁活动的磁暴控制效应存在地方时依赖;暴时近赤道区电离层电场的极性和强度是磁暴主相期间闪烁活动及其强度增高的重要控制因素。