[发明专利]基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法

权利要求书

1.基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算卫星信号伪码-载波偏离度，并对卫星信号伪码-载波偏离度进行平滑预处理；

步骤2，以卫星信号伪码-载波偏离度作为检测滤波器的输入，利用单通道变步长最小均方自适应滤波器抑制卫星信号伪码-载波偏离度高频噪声，以获取被检测卫星信号电离层延时变化率；

步骤3，将步骤2得到的卫星信号电离层延时变化率与检测门限值进行比较，如果卫星信号电离层延时变化率大于检测门限值，说明电离层梯度异常，需要隔离异常卫星，如果卫星信号电离层延时变化率不大于检测门限值，说明电离层平稳，保留该颗卫星；

步骤1包括：

步骤1-1，根据如下公式计算被检测卫星信号码减载波值：

ρ(k)＝ρ_IF(k)+I(k)+ε_ρ(k)，

φ(k)＝ρ_IF(k)-I(k)+λ·N+ε_φ(k)

ρ_IF(k)＝r(k)+c[δt_u(k)-δt_s(k)]+T(k)，

其中，ρ(k)为k时刻GBAS基准站卫星信号接收机输出的伪距观测值，φ(k)为k时刻GBAS基准站卫星信号接收机输出的载波相位观测值，ρ_IF(k)为k时刻无电离层影响的伪距，r(k)为k时刻星站真实的几何距离，c为光速，δt_u(k)和δt_s(k)分别为k时刻接收机钟差和卫星钟差，I(k)和T(k)分别为k时刻电离层延迟和对流层延迟，λ为波长，N为整周模糊度，ε_ρ(k)和ε_φ(k)分别为k时刻接收机伪距和相位观测误差；

根据如下公式进行码减载波计算：

其中，CMC(k)为k时刻码减载波值；

步骤1-2，由码减载波值计算得卫星信号伪码-载波偏离度，并进行平滑预处理：

设定一段时间T₁内，接收机处于锁定状态，无失锁和失周现象，则N值大小不变，同时令δε(k)＝ε_ρ(k)-ε_φ(k)，即δε(k)表示k时刻ε_ρ(k)和ε_φ(k)的差值，则有：

其中，δε(k-(k₀+1))表示k-(k₀+1)时刻ε_ρ(k-(k₀+1))和ε_φ(k-(k₀+1))的差值，dz(k)为k时刻码减载波差分值，也称为卫星信号伪码-载波偏离度；为电离层延时速率；T_s表示相邻两个历元间隔时间；k₀表示平滑窗口时间长度；

步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，初始化W(M)＝0；

步骤2-2，计算输出值：

k＝M+1,M+2,…，

y(k)＝W^T(k)X(k)；

步骤2-3，计算预测误差：

e(k)＝dz(k)-y(k)；

步骤2-4，调整步长因子μ(k)；

步骤2-5，更新权重：

其中，k表示观测历元时间；M为LMS自适应滤波窗口长度；y(k)为滤波器输出值，即被检测卫星信号电离层延时变化率；X(k)表示LMS自适应滤波器k时刻输入信号矢量，X(k)＝[dz(k-1),dz(k-2),…,dz(k-M)]^T，其中，dz(k-1),dz(k-2),…,dz(k-M)分别表示k时刻码减载波差分值延时1至M个历元输入量；W(k)表示LMS自适应滤波器k时刻权重更新系数，W(k)＝[w_1,k,w_2,k,…,w_M,k]^T，其中，w_M,k表示k时刻LMS自适应滤波器窗口长度为M时的第M个权重系数值，W^T(k)为W(k)的转置，μ(k)表示k时刻单通道变步长最小均方滤波器步长因子，e(k)表示k时刻预测误差；

步骤2-4中，采用改进的Sigmoid函数调节步长因子μ与预测误差e之间的映射关系：

其中，exp表示以自然常数为底的指数函数，参数α用于控制Sigmoid函数的形状，其取值决定函数曲线上升速度，参数β用于控制Sigmoid函数的取值范围；

分别设置α＝1，β＝2；

步骤3中，设置检测门限值为0.02m/s。