[发明专利]一种采用多通道并行相关峰采样监测信号质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体地说，是指一种应用于卫星导航系统的信号质量监测方法。

背景技术

对于卫星导航系统来说，完好性是指当系统出现故障或某项运行参数偏差过大或由于系统多项因素的综合影响，而使系统提供的定位结果超过规定限值时，系统及时发现并及时通告用户的能力。

卫星导航系统本身能进行一定程度的完好性监测，但告警时间太长(通常需几个小时)，完好性信息单一，不能适应大多数用户的需求。现阶段主要通过外部地面监测的方法对完好性进行增强，典型系统是美国的广域增强系统(Wide Area Augmentation System，简称WAAS)和局域增强系统(Local Area Augmentation System，简称LAAS)，同时GPS和Galileo系统也通过其地面测控体系给出各自的完好性信息。

从目前LAAS和WAAS系统的实验运行结果来看，其自身不可避免的存在一定的局限性，如系统结构庞大，运行维护成本高昂，更重要的是这两种系统为了保证完好性性能，实际上都附加了大量的新的组成部分，这一方面使得系统的结构急剧复杂，另一方面，告警时间(TTA)是衡量完好性监测能力的重要指标，根据ICAO(国际民用航空组织)的标准，这一时间通常不得超过6秒，而现有的地面监测体系对于卫星故障的监测过程环节众多，整个过程耗时很长，很难满足告警时间要求，这也意味着地面监测体系往往难以及时的发现卫星导航系统中的卫星故障并加以及时的响应。

所以，如果能够在卫星段对于卫星本身的工作状态进行直接的监控，就可能极大的缩短告警时间，从而保证故障检测的及时性和有效性。直接在卫星上进行故障监测的技术称为SAIM(Satellite Autonomous Integrity Monitor，中文名称：卫星自主完好性检测)技术。SAIM技术作为地面完好性监测手段的重要技术补充，可以改善故障检测效果，有效缩短告警时间，有助于从根本上提高完好性性能。

到目前为止，共发生过两次重大的卫星故障事件。1993年SV19号卫星发生故障，定位误差增了2到8米，利兹大学测量发现，在SV19号卫星信号功率谱主瓣的中心处出现一个11dB的尖峰；2009年4月SVN49号发生异常，其伪距误差随着卫星仰角的增大而增大，当卫星仰角大于60度时，伪距误差大约为4米。鉴于类似异常事件就引发了对卫星段故障监测的研究。

在实际卫星信号质量监测过程中可以假设如果能够精确地知道卫星信号的结构以及其相关峰的形状，便可以利用相关峰的形变来监测卫星信号的异常与否，借助异常模型判定信号质量好坏。因此恢复实际相关峰的方法成为监测技术的基础。

根据接收机原理，在通过接收机I路和Q路去除载波后，要通过对本地产生的C/A码和接收到的信号进行相关运算来进行码对齐，接收机通过移动本地产生的C/A码和接收信号的时间关系来取得相关值的最大值(即主峰的峰顶)，但是在实际中由于卫星，环境和噪声等原因，可能使相关峰形状产生畸变。因此可以通过相关峰的形变程度来监测信号异常与否。通过接收机对相关峰的监测来实现完好性需求。要想满足这一需求必须解决两个问题：1，相关峰的获取；2，实时监视相关峰的异常。

如图1所示，E1，L1；E2，L2；E3，L3；分别为三对超前滞后采样点，每对采样点之间的码片间隔保持1个码片间隔不变，每对的区别只是在于其即时码相位的码片位置不同，E2，L2相当于其即时码位置相对于标准的E1，L1来说左移了一定间隔，同理E3，L3相当于右移了一定间隔。现有设计较为成熟的星载接收机并不是专门用于信号质量监测的，而现有的多点采样技术都采用窄相关技术，窄相关技术的相关器间距一般可以小到1/10甚至是1/16码片，而常规的接收机为1/2码片，常规接收机的超前滞后相关器通常工作在自相关函数主峰左右两边最陡峭的部分，如图1中的E1，L1，此时码环具有很高的敏感性，正好可以被监测相关峰对称性，平滑性所利用。当码环采用窄相关技术时，超前滞后相关器的相位工作点会在比较平滑的自相关函数顶峰附近，在实际中对复制的C/A码相位的一点调制并不能引起这些相关器输出的明显变化，即码环敏感性降低。而为了解决窄相关技术中码环敏感性低的问题，相应接收机必须配以较宽的射频前端带宽和相应较高的A/D(模拟/数字)转换器采样频率，同时射频前端的各级滤波器的要求也相应的提高，这些改变带来的经济投入是相当高的。

发明内容