[发明专利]一种基于GISM星历的电离层闪烁过程受扰GNSS卫星识别与风险预警方法

说明书

本发明涉及GNSS卫星监测和电离层监测技术领域，特别是涉及一种基于GISM星历的电离层闪烁过程受扰GNSS卫星识别与风险预警方法，包括步骤：利用电离层闪烁时空域特征数据，基于GISM预测模型构建电离层闪烁空间分布网格图和闪烁强度等级；根据预报星历计算出卫星坐标，基于GNSS接收机天线、GNSS卫星、电离层空间的几何关系，计算出来GNSS卫星的穿刺点位置，并将其与电离层闪烁的位置进行匹配，识别出受扰GNSS卫星；利用预测的电离层闪烁强度等级和关联性GNSS性能评价指标，对受扰GNSS卫星进行风险预警，建立电离层闪烁过程GNSS卫星性能衰减与分级评价指标体系，为北斗在亚澳扇区强电离层闪烁过程实现准确、可靠、完整的全天候导航定位提供重要的理论和技术支撑。

技术领域

本发明涉及GNSS卫星监测和电离层监测技术领域，特别是涉及一种基于GISM星历的电离层闪烁过程受扰GNSS卫星识别与风险预警方法。

背景技术

电离层是影响GNSS服务性能的重要来源之一，特别是异常的电离层活动，会对无线电信号产生极其不稳定的影响，无线电信号穿过异常电离层时，会产生信号振幅和相位都发生波动的电离层闪烁现象，电离层闪烁对GNSS也会产生严重甚至破坏性影响，美国已将电离层闪烁列为GPS系统的主要威胁之一，导航卫星信号穿过不规则结构的电离层时，信号群时延和相位超前量将出现起伏，不仅会引起接收到的GNSS信号幅度和相位的快速随机起伏和衰弱，甚至出现误码和信号畸变，影响信号质量，严重时会导致载波相位产生周跳，甚至卫星失锁，降低卫星空间几何结构的强度，增加定位误差甚至无法定位，显著地降低了GNSS的可用性和完好性。

国外于1994年，由Clynch和Henry首次在靠近南极地区利用Ashtech P-12接收机观测到2～3颗GPS卫星在持续20分钟高强度电离层闪烁时发生失锁，随后，国外研究人员又在亚澳扇区开展了电离层闪烁影响GPS性能的试验，研究发现：电离层闪烁时，L2相位观测中断，L2码经常失锁，但L1跟踪性能下降程度较小；电离层闪烁会影响GPS卫星的空间几何结构，导致精度降低；信号衰减较大时，导航将中断；中、强相位闪烁会影响载波平滑算法的性能，定位误差将会增倍；闪烁情况越严重，信号失锁的概率越高。

目前，我国已开展的电离层闪烁相关研究主要集中在闪烁的监测预报、区域特性统计分析等方面，但在电离层闪烁影响GNSS性能方面的研究还没有深入探索，尤其在亚澳扇区、大时间尺度的电离层闪烁影响GNSS性能的研究，缺乏系统、完整的性能评价指标体系，特别是亚澳扇区电离层闪烁影响北斗性能的评价指标体系和风险分级预警几乎处于空白。

我国对电离层闪烁影响北斗/GNSS性能的研究起步较晚、研究较少，且主要以模拟仿真和试验研究为主，当前，尤其在亚澳扇区大时间尺度的电离层闪烁影响GNSS性能的研究，缺乏系统、完整的性能评价指标体系，特别是亚澳扇区电离层闪烁影响北斗性能的评价指标体系和风险分级预警几乎处于空白。

GISM是目前国际上研究电离层闪烁的主要预测模型，然而，由于强电离层闪烁频发的亚澳扇区缺乏高分辨率的电离层闪烁时空特征数据，GISM预测值与实测值仍存在一些偏差。

我国自主的风云三号C/D(FY-3C/D)卫星搭载的GNSS掩星探测装置(GNSSOccultation Sounder，GNOS)可以为亚澳扇区高时空分辨率电离层闪烁探测提供一种新的技术手段，但是相关理论成果在国内甚少，亟需利用所述技术手段来提高亚澳扇区GISM电离层闪烁预测的准确性。

利用GISM预测数据和GNSS星历精准识别受扰卫星及预警其风险等级，这在国内还没有一个成型的方案，该研究具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于GISM星历的电离层闪烁过程受扰GNSS卫星识别与风险预警方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于GISM星历的电离层闪烁过程受扰GNSS卫星识别与风险预警方法，包括以下步骤：