集成电离层闪烁仿真的数字中频GPS信号模拟器设计验证

电离层闪烁造成GPS接收机测距误差增大、以致强闪烁条件下的频繁周跳和卫星信号失锁,集成闪烁仿真功能的GPS信号模拟器能够为接收机抗闪烁算法研究和性能测试提供必要的信号源。首先设计了基于AJ-Stanford模型和Cornell模型的电离层闪烁仿真软件,可以灵活配置闪烁时间、数据更新周期以及各模型参数,从而得到闪烁影响下的GPS信号幅度衰落及相位波动序列;然后开发了集成电离层闪烁仿真功能的数字中频GPS信号模拟器,该模拟器作为抗闪烁研究平台工具,可以灵活调整闪烁卫星号、模型及相关参数、开始时间和持续时间;其设计正确性通过实验室自研的软件GPS接收机得到了验证。     

电离层闪烁对卫星导航系统性能影响的仿真分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。通过仿真方法对中国区域用户定位性能受电离层闪烁影响的情况进行分析研究。结合电离层闪烁模型、卫星导航接收机模型和用户定位算法,仿真了中国区域内卫星导航系统用户在电离层闪烁存在情况下的定位精度性能。仿真结果表明：电离层闪烁将引起用户接收机测量误差的增大,在受电离层闪烁影响严重的中国低纬地区,用户定位误差将有明显增大,严重时可能出现定位异常。     

北斗室内导航伪卫星信号传播效应分析

室内场所因建筑物的遮挡,卫星导航设备无法接收导航信号而失去定位能力,伪卫星可以通过发射类似导航信号的方式独立进行定位。针对伪卫星信号在室内传播面临的功率衰减、多径衰落等问题,该文在经典室内通信模型的研究基础上,分析了伪卫星信号室内传播的应用环境和约束条件,建立了伪卫星信号室内传输的信道模型,并对伪卫星信号功率以及路径损耗、多径传播模型进行了计算仿真。仿真结果表明,对数距离路径损耗模型及莱斯分布多径模型可准确描述室内伪卫星信号的传输特点。     

高纬度地区PPP接收机跟踪噪声随机模型拟合改进

电离层闪烁是指无线电信号的振幅和相位在短时间内出现快速随机波动的现象,可以导致全球导航卫星系统(GNSS)的测量噪声增大、信号丢失。目前,接收机跟踪误差随机模型(RTES)可以有效降低电离层闪烁对GNSS精密单点位定位(PPP)的影响。然而,该模型依赖专用型电离层闪烁监测接收机(ISMR)的数据产品。与遍布世界各地的测地型接收机相比,ISMR监测站的数量非常有限,并且获取ISMR数据产品也较为困难。本文利用加拿大高纬度北极电离层闪烁监测网络(CHAIN)2014—2022年的GPS观测数据与闪烁产品,提出了一种适用于高纬度地区测地型接收机的PPP随机模型,简称高纬接收机跟踪误差随机模型(HL＿RTES)模型。HL＿RTES模型采用振幅闪烁指数(S_4c)和总电子含量变化率指数(ROTI)来估计接收机跟踪噪声的方差,并通过对观测值进行重新加权以提高闪烁环境下PPP定位精度。利用2023年2月1日至2023年2月28日的CHAIN网跟踪站GPS数据进行单频仿动态PPP试验验证,结果表明,HL＿RTES模型与RTES模型性能相当,都可以改进闪烁环境下PPP的定位精度;与高...     

1Hz GNSS电离层相位闪烁因子提取及在北极区域的验证

电离层闪烁作为北极区域频发的一种天文灾害,会影响全球导航卫星系统(GNSS)时空服务,需对其进行有效的监测.监测电离层闪烁通常需要高采样频率(50 Hz)的电离层闪烁接收机,但其分布有限,难以提供较大区域(如北极区域)的全面监测.为此本文以1 Hz GNSS观测数据为基础,详细研究了利用大地测量趋势分离、精密单点定位和小波变换等技术提取载波相位观测值中电离层闪烁信号的相关经验参数和方法,构建了可用于监测电离层闪烁的相位闪烁因子,并利用加拿大高纬度北极电离层闪烁监测网络(CHAIN)提供的11个测站188 d的观测数据对其有效性和准确性进行了验证.结果表明,与常用的ROTI因子相比,本文所提出的闪烁因子与ROTI均能有效地探测到电离层闪烁的发生,但是本文提出的闪烁因子与电离层闪烁接收机直接给出的相位闪烁因子具有更好的相关性,尤其是在有强电离层闪烁发生的时段,这说明该闪烁因子具有更为优良的电离层闪烁监测能力.     

电离层闪烁对GNSS的影响

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一。电离层闪烁可造成GNSS载噪比降低,测量误差增大,载波周跳次数增多,电离层修正精度降低,定位用精度因子变大等影响。中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,电离层闪烁影响的时空范围和程度较大,是我国卫星导航应用应关注的问题。针对电离层闪烁影响,提出了我国卫星导航系统应用中可行的针对性减缓措施。     

电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

基于北斗卫星信号的电离层环境测量

当卫星信号穿越电离层传播时,电离层会带来时延、闪烁等效应。基于卫星信号的变化可以提取电离层电子总含量、闪烁指数等参数信息。北斗系统的发展为在中国区域的电离层环境测量提供了更为丰富的信号源。文章介绍了基于北斗卫星信号的电离层测量设备的组成,电离层参数的计算方法,并给出了初步的观测结果。     

电离层扰动对局域增强系统的影响分析

卫星导航局域增强系统采用差分技术实现高精度定位能力。电离层扰动现象将对局域增强系统产生严重影响。电离层暴降低了电离层延迟空间相关性,进而影响差分定位的精度;电离层闪烁引起卫星信号质量和测量质量的降低,同时伴随闪烁产生的电离层电子密度不均匀体也会降低电离层延迟的空间相关性,影响差分定位精度。电离层扰动对局域增强系统的影响应通过接收机设计、增强系统设计、完好性实现方法等多方面的改进加以应对。     

电离层闪烁对接收机的影响

导航信号经过电子密度不均匀的电离层时,信号的幅度和相位会产生快速随机起伏,即为电离层闪烁。电离层闪烁对接收机信号捕获跟踪以及解调定位都有一定的影响,本文采用理论和仿真的方法分析了电离层闪烁对I,Q支路以及跟踪环路的影响。结果表明:相位闪烁对信号I,Q支路均有影响,幅度闪烁对I支路的影响比较大,在相位闪烁比较强或者幅度闪烁比较强的区域,信号更难跟踪处理。弱闪烁时锁相环(PLL)的跟踪门限约29 dBHz,延迟锁定环路(DLL)的跟踪门限约为20.2 dBHz,强闪烁时PLL跟踪门限约为32 dBHz,DLL的跟踪门限约为22 dBHz。相比而言,载波跟踪环路更加脆弱。同时得到,闪烁越强,载波发生周跳的概率越大,载噪比越高,抗闪烁能力越强。