衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限的分析方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航中的信號干擾檢測 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] GNSS已經(jīng)成為各國的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，對每個國家具有舉足輕重的意義，世 界主要航天大國都不惜巨資發(fā)展屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，已建成和在建的GNSS 有GPS、GLONASS、GALILEO和BDS。由這四大GNSS的信號體制參數(shù)可知，BOC(包括衍生的 ALTBOC和MBOC信號）調(diào)制信號在GNSS中已被廣泛地采用，而傳統(tǒng)的PSK-R調(diào)制信號依然保 留下來，因此，PSK-R和BOC調(diào)制信號同時存在的局面不可避免。偽距是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基 本觀測量，偽距觀測量的提取時通過碼和載波的精確跟蹤來實現(xiàn)的，因此，碼和載波跟蹤精 度直接決定了偽距觀測精度。碼跟蹤精度是導(dǎo)航信號體制設(shè)計中所必須考慮的關(guān)鍵指標(biāo)， 對碼跟蹤精度及其影響因素的研究具有重要意義，可為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收終端的研發(fā)提供 理論指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了確定衛(wèi)星導(dǎo)航頻段內(nèi)對各種外部干擾的約束，使外部干擾在 滿足一定的約束條件下不會對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的服務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，提出一種衛(wèi)星導(dǎo)航信 號保護(hù)門限的分析方法。
[0004] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限的分析方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，計算期望信號經(jīng)采樣量化后的載噪比；根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位性能指 標(biāo)與平均幾何因子得到偽距誤差因子后求解出接收機(jī)熱噪聲誤差，并根據(jù)接收機(jī)熱噪聲誤 差求解出滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位性能指標(biāo)要求的載噪比；
[0007] 步驟2,將采樣量化后的載噪比與滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位性能指標(biāo)要求的載噪比 求差值得到干擾引起的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所允許的最大載噪比下降值；
[0008] 步驟3,根據(jù)最大載噪比下降值計算干擾引起的等效白噪聲功率譜密度；
[0009] 步驟4,根據(jù)由干擾類型確定的干擾功率譜密度計算得到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所允許干 擾的最大功率；
[0010] 完成衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限的求解。
[0011] 其中，所述步驟1中期望信號經(jīng)采樣量化后的載噪比為C/N。;其中，N。為噪聲功率 譜密度的典型值，C為接收功率，接收功率C的表達(dá)式如下：
[0012] C = P+G-Adist-Aatm-Apol+Guser-A filter-AA/D-Acorr
[0013] 其中，P為有效載荷功發(fā)輸出功率，G為發(fā)射天線增益，Adlst為自由空間損耗，Aatni 為大氣損耗，Apcil為極化損耗，G USCT為接收天線增益，A flltCT為接收濾波損耗，A A/D為采樣量化 損耗，為相關(guān)損耗。
[0014] 其中，所述的步驟1中求解接收機(jī)熱噪聲誤差具體為：
[0016] 其中，UERE為偽距誤差因子，〇1為電離層誤差引入的等效距離，σ &為對流層誤 差引入的等效距離，ση為接收機(jī)熱噪聲誤差引入的等效距離， 〇 st為衛(wèi)星鐘差引入的等效 距離，為接收機(jī)鐘差引入的等效距離，〇 "為多徑誤差源引入的等效距離。
[0017] 其中，所述的步驟1中根據(jù)接收機(jī)熱噪聲誤差求解出滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位性能 指標(biāo)要求的載噪比，具體為：
[0019] 其中，σ η為接收機(jī)熱噪聲誤差引入的等效距離，c為光速，T。為單個碼片長度， 為環(huán)路帶寬，d為超前支路減滯后支路寬度，T為積分時間，（C/N。) thlWrold為滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系 統(tǒng)定位性能指標(biāo)要求的載噪比。
[0020] 其中，所述的步驟2中最大載噪比下降值的表達(dá)式為：
[0021 ] Δ (C/N〇) = C/N0-(C/N0)threshold-(C/N0) renain
[0022] 其中，Δ (C/N。）為最大載噪比下降值，C/N。為期望信號經(jīng)采樣量化后的載噪比， ((^。)",為滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位性能指標(biāo)要求的載噪比，（(：氣)__為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 設(shè)計余量。
[0023] 其中，所述的步驟3中等效白噪聲功率譜密度的表達(dá)式為：
[0024] (N0)eff= (Δ (C/N〇)-l) · N0
[0025] 其中，（N丄ff為等效白噪聲功率譜密度，Δ (C/N。）為最大載噪比下降值，N。為噪聲 功率譜密度的典型值。
[0026] 其中，所述的步驟4中衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所允許干擾的最大功率的表達(dá)式為：
[0028] 其中，C1為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所允許干擾的最大功率，"丄"為等效白噪聲功率譜密 度，ξ ls為干擾系數(shù)。
[0029] 其中，所述的干擾系數(shù)ξ ls取譜分離系數(shù)與碼跟蹤譜分離系數(shù)的最大值，即ξ ls = max{ μ is，κ ls}，其中，
[0032] 其中，L是接收機(jī)前端帶寬；G s(f)是期望信號的歸一化功率譜密度；G1 (f+Af) 是干擾信號的歸一化功率譜密度；A是超前-滯后相關(guān)器間隔，單位為秒；κ ls為譜分離系 數(shù)；μ 1；3為碼跟蹤譜分離系數(shù)。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比取得的有益效果為：
[0034] 首次提出衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限確定方法，可用于中歐、中美、中俄衛(wèi)星導(dǎo)航頻率 協(xié)調(diào)談判，為雙方兼容性評估門限提供定量支撐。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的保護(hù)門限分析方法流程圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳輸鏈路示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明的衛(wèi)星與用戶的幾何關(guān)系。
【具體實施方式】
[0038] 為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖1-3和實施例對本發(fā)明的技 術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0039] 衛(wèi)星導(dǎo)航信號保護(hù)門限的分析方法，以載噪比作為關(guān)鍵評估參量，圖1為本發(fā)明 的保護(hù)門限分析方法流程圖，包括如下步驟：
[0040] 步驟1，計算期望信號經(jīng)A/D后的載噪比C/N。，其中，噪聲功率譜密度Ν。設(shè)為典型 值，接收功率計算如下所示：
[°041] Cj= P j+GrAdist_Aatm-Apol+G user-Afilter-AA/D-Acorr
[0042]其中，Pj為有效載荷功發(fā)輸出功率，G j為發(fā)射天線增益，A dlst為自由空間損耗，A atni 為大氣損耗，Apcil為極化損耗，G USCT為接收天線增益，A flltCT為接收濾波損耗，A A/D為采樣量化 損耗，Atxm為相關(guān)損耗；
[0043] 根據(jù)上述相關(guān)模型計算北斗信號在無干擾時到達(dá)接收機(jī)相關(guān)器輸出的載噪比。
[0044] 圖2為本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳輸鏈路示意圖：無干擾北斗信號經(jīng)A/D變換、功率 放大和濾波后經(jīng)天線發(fā)射至空間信道；接收天線接收信號，經(jīng)濾波、采樣量化和相關(guān)后由接 收機(jī)相關(guān)器輸出。
[0045] 實施例：參考RAD文件，BDS BlC信號發(fā)射的EIRP為28. 2dBW。（注：暫只考慮MEO 衛(wèi)星。）
[0046] 計算接收機(jī)天線口面接收的最小信號功率，假設(shè)以5度仰角收到信號的功率為最 小功率。衛(wèi)星離軸角α以及衛(wèi)星到用戶之間的傾斜距離r與仰角elv之間的函數(shù)關(guān)系如 圖3。衛(wèi)星離軸角α以及衛(wèi)星到用戶之間的傾斜距離r與仰角elv之間滿足如下的函數(shù)關(guān) 系：
[0050] 北斗全球系統(tǒng)的軌道參數(shù)如表1所示。
[0051] 表1北斗全球系統(tǒng)軌道參數(shù) [0052?
[0053] 則仰角為5度時，計算得到MEO衛(wèi)星的星地距離為20015. 9km，計算中考慮的因素 包括：發(fā)射天線增益、自由空間損耗、大氣損耗、極化損耗、接收天線增益、接收濾波損耗、采 樣量化損耗、相關(guān)損耗。各信號的鏈路預(yù)算如表2所示。
[0054] 表2北斗全球信號最小接收功率
[0055]
[0056] 下面通過假設(shè)前端元器件所引起的噪聲的典型值進(jìn)行接收機(jī)噪聲分析，表3為接 收機(jī)前端元器件所引起的噪聲的典型值。
[0057] 表3接收機(jī)前端元器件的典型噪聲性能
[0058]
[0061] 衛(wèi)星接收機(jī)噪聲功率譜密度：
[0062] N0= IOlog 10k (TA+TR (F2, G1)) dBff/Hz
[0063] N0 (Ta= IOOK1F2= SdB1G1= 0. 8) ^ -201. 3dBff/Hz
[0064] 其中，k為波爾茲曼常數(shù)。
[0065] 結(jié)合以上計算結(jié)果，計算得到的無干擾北斗信號載噪比如表4。
[0066] 表4無干擾時期望信號的載噪比
[0067]
[0068] 步驟2,計算滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位性能指標(biāo)要求的載噪比，具體步驟包括：
[0069] 201)根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位性能指標(biāo)與平均幾何因子得到偽距誤差因子，并根 據(jù)偽距誤差因子求解出接收機(jī)熱噪聲誤差；
[0071] 其中，UERE為偽距誤差因子，〇1為電離層誤差引入的等效距離，σ &為對流層誤 差引入的等效距離，ση為接收機(jī)熱噪聲誤差引入的等效距離， 〇 st為衛(wèi)星鐘差引入的等效 距離，為接收機(jī)鐘差引入的等效距離，〇 "為多徑誤差源引入的等效距離。
[0072] 202)根據(jù)接收機(jī)熱噪聲誤差求解出滿足衛(wèi)星導(dǎo)