CN114690212B - 一种利用ddm数据质量监控进行干扰预警的方法及*** - Google Patents

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

一种利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法及***

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D_i,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E_N与方差D_N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R_N：

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T_coh的相干积分和N次非相干积分操作得到。并且DDM数据D_i,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d_rsl(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f_rsl(单位：Hz)。

例如，T_coh＝1ms，N＝1000，n＝61，d_rsl＝1/4，m＝64，f_rsl＝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E_N与方差D_N。

其中均值E_N与方差D_N的计算均采用无偏估计。

步骤S105)获取干扰预警统计判决量R_N。R_N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D_i,j服从自由度为2N的卡方分布，即：

D_i,j～χ²(2N) (3)

此时，有R_N≈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，R_N的值逐渐下降。因此，当R_N≤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 (4)

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；

所述步骤S101)的延迟多普勒图DDM数据D_i,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；

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；

所述步骤S104)中DDM数据的噪声部分的均值E_N与方差D_N均采用无偏估计，满足下式：

其中，s为DDM数据中的镜面反射点所对应的信号延迟，s为正整数，s∈[1,n]；

根据下式得到干扰预警统计判决量R_N：

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。

3.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S105)的判决阈值Th满足下式：

其中，N表示N次非相干积分操作。

4.一种基于权利要求1的利用DDM数据质量监控进行干扰预警的方法的***，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。