[发明专利]一种掩星信号快速恢复方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星应用领域，涉及一种掩星信号快速恢复方法。

背景技术

近年来，地球大气无线电GNSS掩星探测技术作为二十一世纪最先进的空间探测技术之一迅速发展起来，并且成为国内外众多学者广泛关注的焦点。GNSS掩星探测技术开辟了地球大气探测崭新的思路，可以实现对全球范围的大气层和电离层进行探测。其基本原理是：在低轨LEO卫星上安装星载多系统兼容GNSS掩星双频接收机，对GNSS卫星进行临边观测，当电波信号穿过电离层和中性大气层传播时，由于介质垂直折射指数变换，导致对电波的折射作用，使信号路径发生弯曲，由此可反演获得全球大气折射率、气压、密度、温度和水汽压等大气参数剖面及电离层电子密度剖面。掩星探测技术具有高精度、高垂直分辨率、长期稳定、全球覆盖、全天候和花费较低廉等优势，可弥补传统大气探测手段的不足，其探测资料对于提高数值天气预报精度、临近空间环境监测与研究、气候与全球变化研究、大气模式研究和数据同化等方面具有重要的科学研究意义，在气候学、气象学、电离层和测地学等领域具有重大的科学研究价值和广泛的实际应用前景。

星载多系统兼容GNSS掩星双频接收机是地球大气无线电GNSS掩星探测技术的主要载荷设备，它通过对掩星信号的观测得到大气附加信号延迟，进而对大气参数进行反演。由于掩星信号是弱信号，在掩星信号的传播过程中，不可避免的会受到各种干扰的影响，例如大气层衰减、多路径干扰和电离层闪烁等，这些影响会不可避免的导致掩星信号的失锁。

一种掩星信号快速恢复方法是对掩星信号失锁后快速恢复的方法，它利用参考星通道实时记录掩星信号的发射时间，利用多普勒多普勒外推方法对信号多普勒进行外推，利用快速傅里叶变换方法实现对信号码相位的快速估计，从而可以在小于1秒的时间内快速恢复伪距测量信息。该方法可以推广应用到其他星载导航接收机，提高接收机的定位连续性和有效性。

利用该发明可以很好的满足后端反演软件的需要，可应用于掩星星座和掩星地震预报等掩星信号接收及处理系统、GNSS海洋反射信号接收处理系统、高可靠星载卫星导航接收机等工程应用领域，具有重要的应用价值和广阔的推广应用前景。

发明内容

本发明解决的技术问题：适应工程应用需求，提供一种掩星信号的快速恢复方法，实用性强，可广泛应用于掩星大气探测、GNSS-R海洋遥感等领域。

本发明的技术解决方案是：一种掩星信号快速恢复方法，包括如下步骤:

（1）选择高仰角直达星通道作为参考通道，一个掩星通道用于接收一颗掩星的信号；在当前TIC时刻，根据掩星通道以及参考通道记录的各自通道的Z计数值和V计数值，确定两通道的Z计数差值和V计数差值：ΔZ和ΔV；同时根据掩星通道在当前TIC时刻计算的掩星信号的多普勒和多普勒变化率信息进行多普勒外推；并判断下一TIC时刻的掩星信号是否失锁，若未失锁，则转步骤（2）；否则转步骤（3）；

（2）根据掩星通道的Z计数值、V计数值得到掩星信号的发射时间，以及本地计数器得到的掩星信号接收时间，进而得到掩星信号的伪距测量信息；将该TIC时刻作为当前TIC时刻，返回步骤（1）循环执行；

（3）首先对外推多普勒信息进行快速傅里叶变换，进行并行码相位搜索，得到信号码相位信息，将得到的外推多普勒信息和信号码相位信息置入信号跟踪环路对掩星信号进行精细搜索，完成对掩星信号的实时跟踪，得到1ms同相累加数据，将1ms同相累加数据进行比特同步，得到比特同步标志，进入下一步；

（4）判断比特同步标志是否有效，若有效，则根据步骤（1）中参考通道的Z计数值和V计数值以及ΔZ和ΔV，得到掩星通道的实际Z计数值和V计数值，从而得到掩星信号的发射时间，同时根据本地计数器得到的掩星信号的接收时间，得到恢复后掩星信号的伪距测量信息；将当前失锁掩星信号对应TIC时刻的下一TIC时刻作为当前TIC时刻，返回步骤（1）循环执行；否则，则对外推多普勒信息再次进行外推，返回步骤（3）重复进行。

本发明与现有技术相比的有益效果：

（1）本发明根据参考星通道实时记录的参考星Z计数值和V计数值，以及参考通道参考星与掩星通道掩星Z计数与V计数的差值ΔZ和ΔV，得到掩星通道掩星信号实际的Z计数值和V计数值，从而得到掩星信号的发射时间，利用多普勒多普勒外推方法对信号多普勒进行外推，利用快速傅里叶变换方法实现对信号码相位的快速估计，从而可以在小于1秒的时间内快速恢复伪距测量信息。该方法可以推广应用到其他星载导航接收机，提高接收机的定位连续性和有效性。