[发明专利]一种基于北斗导航的电离层闪烁监测系统

说明书

技术领域

本发明属于北斗卫星监测和电离层监测的技术领域，尤其涉及一种基于北斗导航的电离层闪烁监测系统。

背景技术

卫星发射的无线电信号穿越电离层时,电离层不规则结构会引起信号强度、相位的快速随机起伏,人们称这种现象为电离层闪烁。电离层闪烁常会导致地面接收机接收到的信号出现误码和信号畸变，从而影响导航和通信系统的可靠性和精度。因此，观测研究电离层闪烁不仅是研究全球电离层不规则结构及变化特性的重要手段，而且随着全球范围导航和通信系统对空间平台的依赖性日益增长，它也相应成了人们关注的问题。

GPS全球定位系统是美国在二十世纪九十年代完成的全球全天候卫星导航定位和授时系统，它的出现为探测电离层闪烁提供了一种新的有效手段。在这之前，对电离层闪烁的探测研究主要是基于雷达或同步卫星信标数据的观测，有时候甚至依靠发射火箭以取得短暂的观测数据。而24颗GPS卫星昼夜不停的在天空运行，并向地面发射经过调制的双频L波段信号，这使得在全球范围内连续监测电离层不规则结构引起的电离层闪烁成为了可能。

目前现有的电离层闪烁监测设备采用温度补偿晶振源(TCXO)，常会产生不能被低通滤波器滤除的噪声，这种电离层闪烁监测设备抗干扰能力较差，而且多数是最简单的电路设计。在使用过程中基本以取到数据为主，设备可靠性差、网络通信无法保障、设备无法远程调试、无法满足复杂环境下的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供一种基于北斗导航的电离层闪烁监测系统，具体由以下技术方案实现：

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统，包括：

天线，接受北斗卫星信号，将北斗卫星信号传输给所述接收机处理；

接收机，通过串口线将卫星信号的信号强度SI和载波相位φ信息传输到计算机；计算机，包含数据采集分析模块与系统显示模块，所述数据分析模块处理硬件输出的卫星信号强度SI和载波相位φ信息，通过所述系统显示模块进行数据显示。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，所述天线为GNSS天线，且所述馈线与所述接收机通信连接。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，所述接收机通过RS-232串口线与所述计算机通信连接

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，所述接收机采用内部晶振源OCXO。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，所述数据采集分析模块，先对巨量的原始数据进行计算分析，并将计算出的信号强度SI和载波相位φ进行存储于缓存区内，在闪烁发生时再对原始数据以及对应的信号强度SI和载波相位φ进行存储。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，所述缓冲区用于存储15-30min的原始数据。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，根据设定的条件判定闪烁的发生，所述设定的条件为：在连续一段时间M内N次达到设定值X。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，在接收机的数字通道中，经积分和累加后，输出同相分量I和正交相分量Q，通过算法计算出信号强度，将所述信号强度送入六阶巴特沃兹滤波器进行滤波，得到消除趋势后的信号强度，在经过滤波消除趋势以后算出总幅度闪烁指数S4值，再对其进行修正滤出来源于环境噪声，得出修正后的S4值。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，选用六阶的巴特沃兹高通滤波器，通过将相位观测量通过该滤波器，得出滤波效果趋势后的载波相位值，在通过算法计算出相位闪烁指数σφ。

所述基于北斗导航的电离层闪烁监测系统的进一步设计在于，根据下式计算相位闪烁指数σφ，式中φ为载波相位。

本发明的优点在于：

(1)电离层闪烁监测系统的接收机采用了内部晶振源(OCXO)，频率稳定且相噪低，具有较强抗干扰能力，避免在卫星信号穿越整个电离层，电离层不规则结构引起信号相位和幅度的快速随机起伏时，出现这种快速的相位变化(相位闪烁)会引起卫星信号的多普勒频移，从而可能超出锁相环的带宽，导致相位失锁，同时幅度的削弱将会使得卫星信噪比降低到接收机极限以下，导致码失锁的问题；

(2)电离层闪烁监测系统的计算机可以直接输出卫星信号的信号强度SI和载波相位φ信息，利用这些信息可以算出电离层闪烁情况，比原有的设备方便简单且稳定可靠；