CN114690212A - 一种利用ddm数据质量监控进行干扰预警的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法及***,该方法包括:步骤S101)获取GNSS遥感探测仪多源GNSS‑R观测所得的延迟多普勒图DDM数据;步骤S102)获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;步骤S103)根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;步骤S104)通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;步骤S105)判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。本发明在不增加硬件资源的条件下,降低了GNSS遥感探测仪的功耗;并且简单,便于实现。
Description
技术领域
本发明涉及GNSS遥感技术与应用领域,具体涉及一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法及***。
背景技术
GNSS遥感技术是一种基于全球导航卫星***(Global Navigation SatelliteSystem,GNSS)的新型对地遥感探测技术。其中,利用GNSS反射信号(GNSS-R)对全球海面风速进行测量是当前GNSS遥感技术与应用领域中的热点之一。
对GNSS反射信号进行处理主要包括对GNSS遥感探测仪接收到的反射信号进行本地相关,随后进行相干累加和非相干累加从而得到“延迟多普勒图(Delay-Doppler Map,DDM)”,即DDM数据。目前,基于GNSS遥感技术的全球海面风速反演依赖于DDM数据。
然而,近地空间电磁频谱拥挤复杂。即使在受保护的导航信号频段,也时常夹杂着众多有意或无意的干扰。这些干扰直接导致DDM数据质量呈现不同程度的下降,进而使得反演得到的海面风速产品质量下降甚至无法使用。因此,抗干扰技术逐渐成为涉及GNSS反射信号处理的焦点之一。
目前,抗干扰技术主要包含两个模块,分别是干扰检测模块与干扰抑制模块。干扰检测模块负责实时检测干扰,一旦检测到干扰存在,则立即使能干扰抑制模块对检测到的干扰进行抑制,从而实现实时地抗干扰。
GNSS遥感探测仪进行GNSS-R观测时,只在某些时刻或扫过某些区域时遭遇干扰,并且GNSS遥感探测仪遭遇的干扰并不都会对DDM数据质量产生致命影响。因此对GNSS遥感探测仪而言,有些干扰可以不予理会。
然而,现有抗干扰技术应用于GNSS遥感探测仪时,一般是对中频信号进行干扰检测与抑制,并且其干扰检测模块一直处于检测干扰的工作运行状态。对GNSS遥感探测仪而言,这意味着干扰检测模块大部分时间都处于无效空转状态,导致了宝贵的星上电源功率的浪费。
发明内容
现有抗干扰技术应用于GNSS遥感探测仪时,大部分时间处于无效空转状态,浪费星上电源功率,本发明目的在于克服上述技术缺陷,提供一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法及***,对干扰进行预警。当发出干扰预警时,则启动干扰检测模块开始检测干扰。当干扰预警解除时,则关闭干扰检测模块。这实现了在不增加硬件资源的条件下,降低GNSS遥感探测仪的功耗。
为了实现上述目的,本发明提出了一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法,所述方法包括:
步骤S101)获取GNSS遥感探测仪多源GNSS-R观测所得的延迟多普勒图DDM数据;
步骤S102)获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;
步骤S103)根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;
步骤S104)通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;
步骤S105)判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。
作为上述方法的一种改进,所述步骤S101)的延迟多普勒图DDM数据Di,j为n×m二维矩阵,其中,i∈[1,n],j∈[1,m],n,m均为正整数,n表示伪码延迟数目,m表示多普勒频率谱线数目。
作为上述方法的一种改进,所述步骤S102)具体包括:
根据GNSS-R观测的几何结构和海面电磁波散射模型以及DDM数据中的最大值所对应的位置,得到DDM数据中的镜面反射点所对应的信号延迟s,其中,s为正整数,s∈[1,n]。
作为上述方法的一种改进,所述步骤S103)的噪声部分为i∈[1,s-1]且j∈[1,m]的DDM数据。
作为上述方法的一种改进,所述步骤S104)DDM数据的噪声部分的均值EN与方差DN均采用无偏估计,满足下式:
根据下式得到干扰预警统计判决量RN:
作为上述方法的一种改进,所述步骤S105)的判决阈值Th满足下式:
一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的***,所述***包括:DDM数据获取模块、镜面反射点获取模块、噪声获取模块、干扰预警统计判决量计算模块和干扰预警判断处理模块;其中,
所述DDM数据获取模块,用于获取GNSS遥感探测仪多源GNSS-R观测所得的延迟多普勒图DDM数据;
所述镜面反射点获取模块,用于获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;
所述噪声获取模块,用于根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;
所述干扰预警统计判决量计算模块,用于通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;
所述干扰预警判断处理模块,用于判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
1、本发明提出的方法利用DDM数据质量监控进行干扰预警,可直观判断出当前干扰对DDM数据质量是否具有显著影响;
2、本发明提出的方法在不增加硬件资源的条件下,降低了GNSS遥感探测仪的功耗;
3、本发明提出的方法简单,便于实现。
附图说明
图1是本发明的利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1所示,本发明的实施例1提出了一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法。具体实施步骤包括:
步骤S101)获取多源GNSS-R观测所得的DDM数据。
该DDM数据为GNSS遥感探测仪中的DDM模块经过时间为Tcoh的相干积分和N次非相干积分操作得到。并且DDM数据Di,j为一n×m(n,m∈N+)二维矩阵,即i∈[1,n],j∈[1,m]且i,j为正整数。其中,n表示伪码延迟数目,相邻两个伪码延迟的间隔表示伪码延迟分辨率drsl(单位:码片)。m表示多普勒频率谱线数目,相邻两个多普勒频率谱线的频率间隔表示多普勒频率分辨率frsl(单位:Hz)。
例如,Tcoh=1ms,N=1000,n=61,drsl=1/4,m=64,frsl=500。
步骤S102)获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置。
根据GNSS-R观测的几何结构和海面电磁波散射模型以及DDM数据中的最大值所对应的位置,来确定DDM数据中的镜面反射点所对应的信号延迟s。其中s为正整数且s∈[1,n]。
步骤S103)获取DDM数据的噪声部分。DDM数据的噪声部分为信号延迟短于镜面反射点所对应信号延迟的DDM数据部分,即i∈[1,s-1]且j∈[1,m]。该部分DDM数据不包含GNSS反射信号功率成分,只包含噪声功率。
步骤S104)计算DDM数据的噪声部分的均值EN与方差DN。
其中均值EN与方差DN的计算均采用无偏估计。
步骤S105)获取干扰预警统计判决量RN。RN由下式表示:
根据DDM数据生成的过程可知,在不存在干扰的情况下,DDM数据的噪声部分Di,j服从自由度为2N的卡方分布,即:
Di,j~χ2(2N) (3)
此时,有RN≈N。
步骤S106)干扰预警判决。在本发明中,判决阈值Th为
当存在干扰时,随着干扰强度的逐渐增加,RN的值逐渐下降。因此,当RN≤Th时,则转入步骤S107),否则转入步骤S108)。
步骤S107)判定为干扰存在,并发出干扰预警。
步骤S108)判定为干扰不存在,并解除干扰预警。
实施例2
本发明的实施例2提出了一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的***,基于实施例1的方法实现,所述***包括:DDM数据获取模块、镜面反射点获取模块、噪声获取模块、干扰预警统计判决量计算模块和干扰预警判断处理模块;其中,
所述DDM数据获取模块,用于获取多源GNSS遥感探测仪GNSS-R观测所得的延迟多普勒图DDM数据
所述镜面反射点获取模块,用于获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;
所述噪声获取模块,用于根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;
所述干扰预警统计判决量计算模块,用于通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;
所述干扰预警判断处理模块,用于判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法,所述方法包括:
步骤S101)获取GNSS遥感探测仪多源GNSS-R观测所得的延迟多普勒图DDM数据;
步骤S102)获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;
步骤S103)根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;
步骤S104)通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;
步骤S105)判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。
2.根据权利要求1所述的利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法,其特征在于,所述步骤S101)的延迟多普勒图DDM数据Di,j为n×m二维矩阵,其中,i∈[1,n],j∈[1,m],n,m均为正整数,n表示伪码延迟数目,m表示多普勒频率谱线数目。
3.根据权利要求2所述的利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法,其特征在于,所述步骤S102)具体包括:
根据GNSS-R观测的几何结构和海面电磁波散射模型以及DDM数据中的最大值所对应的位置,得到DDM数据中的镜面反射点所对应的信号延迟s,其中,s为正整数,s∈[1,n]。
4.根据权利要求3所述的利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法,其特征在于,所述步骤S103)中DDM数据的噪声部分为i∈[1,s-1]且j∈[1,m]的DDM数据。
7.一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的***,其特征在于,所述***包括:DDM数据获取模块、镜面反射点获取模块、噪声获取模块、干扰预警统计判决量计算模块和干扰预警判断处理模块;其中,
所述DDM数据获取模块,用于获取GNSS遥感探测仪多源GNSS-R观测所得的延迟多普勒图DDM数据;
所述镜面反射点获取模块,用于获取镜面反射点在DDM数据中对应的位置;
所述噪声获取模块,用于根据镜面反射点在DDM数据中的位置,获取DDM数据的噪声部分;
所述干扰预警统计判决量计算模块,用于通过计算DDM数据的噪声部分的均值与方差,得到干扰预警统计判决量;
所述干扰预警判断处理模块,用于判断干扰预警统计判决量是否小于等于判决阈值,如果为是,则判定干扰存在,并发出干扰预警;否则,判定干扰不存在,解除干扰预警。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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