[发明专利]基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法

说明书

本发明公开了基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法，本发明通过构造单通道变步长LMS自适应滤波器以抑制伪码‑载波偏离度高频噪声，单通道LMS自适应滤波器是在标准双通道LMS自适应滤波器基础上，利用被检测信号短时相关性及其量化噪声的非相关性，构造一个采用被检测信号延时量作为参考输入的自适应滤波器，同时对Sigmoid函数进行改进，使得自适应滤波器在前期收敛速度快，且待滤波器收敛后保持较高稳定性。本发明所提出的滤波方法具有更好的高频噪声抑制效果，对电离层慢增长故障检测性能最优。

技术领域

本发明属于星基导航增强系统领域，具体涉及基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法。

背景技术

目前民用航空导航中普遍使用仪表着陆系统(Instrument Landing System，ILS)为飞机提供精密进近与着陆引导服务，其频道仅为40，严重制约了进近航班量的提升，逐渐成为限制航班量增长的瓶颈。近年来，全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)逐步完善，GNSS凭借全球、全天候、高精度等优点得到越来越多的应用，国际民航组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)已计划利用GNSS替代ILS，降低航空导航成本、增加航路设计和进场路线的灵活性。然而由于GNSS信号在传输过程中受到电离层延时、对流层延时、多路径误差等影响，基于信号本身的测距精度不能满足ICAO对民用航空进近所需导航性能要求，因此需要对GNSS信号进行增强，其中地基增强系统(ground-based augmentation systems，GBAS)通过建立位置点已知的基准站，采用差分和完好性监视技术，提高了系统完好性和可用性。2009年，Honeywell公司研制的基于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)L1频点的GBAS获得ICAO CAT I类许可认证。实验表明，单频点GBAS不能满足CAT III类导航需求，为此相关研究机构起草了多星座、多频点CAT III类GBAS研究规划。目前国内中电20所、中电54所、中电28所等研究机构正在开展CAT I类原型系统研制工作，围绕伪距差分校正、卫星信号完好性监测以及机载差分定位等展开研究，北京航空航天大学长期以来一直致力于机载完好性评估与仿真关键技术研究，积极推动了该领域技术进步。

电离层是地球大气层中的一个电离区域，卫星信号通过该区域后受到其中自由电子和离子的非线性散射影响，信号传播速度与路径发生了变化，从而会降低导航定位精度，该误差也称为电离层延时，是GNSS主要误差源之一。尽管电离层延时对GNSS精度影响可以通过数学建模或使用双频GNSS卫星信号组合加以削弱，但是在特定使用领域中，由于电离层延时引起的位置误差严重时会影响用户的生命安全，因此必须实时监测电离层状态，例如，用于支持飞机精密进近与着陆的GBAS受到电离层梯度影响后难以满足其导航精度与完好性需求。对于GBAS而言，电离层异常检测精度和灵敏度较为苛刻且具有挑战性，目前如何快速、准确地检测异常电离层是GBAS电离层监测的重要研究方向之一。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法，通过构造单通道变步长最小均方自适应滤波器以抑制被检测卫星信号伪码-载波偏离度高频噪声，从而能够获得较为准确的电离层延时变化率，并与设定的电离层异常检测门限值进行比较，如果检测得到的延时变化率大于异常检测门限值，则说明卫星信号异常。

技术方案：本发明所述的基于LMS自适应滤波的GBAS电离层异常检测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据地基增强系统(GBAS)地面站接收机输出的伪距和载波相位观测值计算卫星信号伪码-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，抑制伪距测量、多路径误差等噪声；

步骤2，以步骤1中计算得到的卫星信号伪码-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(LMS)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；