电离层闪烁对GPS接收机捕获性能的影响.pdf

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1、总第222期舰船电子工程Vo1．32No．122012年第1一期ShipElectronicEngineering00电离层闪烁对GPS接收机捕获性能的影响李广博朱海史文森(海军潜艇学院青岛266042)摘要文章介绍了电离层闪烁的基本特点和可以表征电离层闪烁中幅度闪烁强度的S4指数。通过建立带有电离层闪烁信息的GPS接收机接收信号模型，得到了不同强度的幅度闪烁与GPS接收机捕获信号时漏警率的关系。通过仿真分析得到，较大强度的电离层闪烁会严重影响GPS接收机的捕获性能。关键词电离层闪烁；幅度闪烁；捕获性能；漏警率中图分类号TP79I

2、nfluenceofIonosphericScintillationonGPSCapturePerformanceLIGuangboZHUHaiSHIWensen(NavySubmarineAcademy，Qingdao266042)AbstractThepaperintroducesthefeatureofIonosphericscintillationandtheS4indexwhichcangivethestrengthoftheamplitudefading．ThepaperestablishesthemodelOfthe

3、GPSreceiverreceivingsignalwiththeionospherescintillationinformation．ItgetstherelationshipofthemisseddetectionrateofGPSreceiverandionosphericscintillation．AnalysisresultsshowthatthegreationosphericscintillationintensitywillseriouslyaffectGPSreceivercaptureperformance．K

4、eyWordsionosphericscintillation，amplitudefading，captureperformance，misseddetectionrateClassNumberTP793电离层闪烁对接收信号的影响1引言3．1GPS接收信号模型当卫星发射的无线电信号穿越电离层时，电离层等离若没有闪烁，接收机接收到的某一特定信号的简单模子体的不规则结构会引起信号的幅度、相位发生快速抖动，型如下：这就是电离层闪烁现象。电离层闪烁会导致地面接收机接r(￡)一(￡)sin(∞￡+)+n(￡)(2)收到的信号出现误码和信号畸

5、变，特别是在太阳活动高年，式中：P为接收信号的功率(w)；是载波角速度(rad／s)；S严重的电离层闪烁会影响卫星导航的可靠性和精度_l。近年来，随着全球定位系统(GPS)的广泛应用以及对(￡)是归一化的发射信号；()是噪声。其工作性能和定位精度需求越来越高，电离层闪烁对GPS电离层闪烁会造成接收信号的幅度扰动，有闪烁时的的影响也越来越受关注。电离层闪烁包括幅度闪烁和相位接收信号可采用以下模型：闪烁。幅度闪烁发生时不一定对应有相位闪烁发生，而相r(f)一两()sin(cUf+声)+(f)(3)位闪烁一定伴随着幅度闪烁。本文主要针对

6、幅度闪烁对式中：~／劬是一个正的无量纲参量，表征由闪烁引起的幅度GPS接收机捕获性能的影响进行了分析卫]。衰落。2电离层闪烁指数3．2幅度闪烁导致的功率波动功率波动P一般服从Nakagami—m模型[分布，如式幅度闪烁常用指数s4表征电离层闪烁信息的强度。(4)所示闪烁指数定义为信号强度的均值归一化的信号强度的标准差。'。厂()一P，＼／o(4)／E(P。)一[(P)]其均值为l，方差为1／m，r(m)为Gamma函数。rE(P)]54指数可以表征由闪烁造成的幅度衰落强度，S4等式中，P为信号强度，即接收信号功率；E(·)为lmi

7、n期望值。于功率变化P的标准差：无闪烁发生时，S4接近0；强闪烁发生时，S4大于0．5；s4一(5)极少数情况下S4指数大于1。可得在不同强度幅度闪烁强度下，功率波动8P的变化*收稿日期：2012年6月19日，修回日期：2012年7月27日作者简介：李广博，男，硕士，研究方向：导航、制导与控制。朱海，男，博士，教授，博士生导师，研究方向：导航、制导与控制。史文森男，博士，研究方向：导航、制导与控制。56李广博等：电离层闪烁对GPS接收机捕获性能的影响第222期针对N之M线性搜索检测法，总虚警率为“尸m—()P㈩n=M蓁总检测概率为

8、PD一塞((1-pj)N"经过时间(s)经过时阳](s)即总漏警率为图1S4—0．5时接收信号图254—0．7时接收信号P一l—P1)(16)的功率波动情况的功率波动情况4．2电离层闪烁对漏警率的影响图1～图3中，S4分信号的载噪比为C／时，在一定