卫星信号仿真电离层闪烁模型研究
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的定位 性 能＿ ６ 。
电离 层 闪烁 的强度通 常利 用信 号 幅度 闪烁指 数 ｓ 来表 示 ， 它定 义为信 号强 度 的归一 化 方差 为
上 述 工作 主要 利用 实测 电离层 闪 烁数据 开 展工
作 。实际 工程 应用 中 ， 还 需 要 实 现 对 电 离层 闪烁 影 响的可 重 复实现 能 力 ， 以满足 对接 收机 开发 测试 、 电
舌
需 要 。为此 ， 开发 了电离层 闪烁 的仿 真模 型 ， 该 模 型 的输入 包括 电离层 闪 烁指数 （ 表 征 闪烁 的强弱 ） 和 去
电离 层 闪烁 会 引 起 地 空 无 线 电信 号 的 随 机 起 伏， 导致 地 空无线 电系统性 能 下降 ， 严 重 时可 造成 卫 星导 航 系统 、 卫 星通 信 系 统 、 地基 雷达和星载 Ｓ ＡＲ 等 系统 的信 号 中断 ， 使 系统 无法 工作 。 闪烁 现象 具有 较强 的时间 和空 间变化 特征 。我 国南 方 地 区 ， 特 别是 台湾 、 福建、 广东、 广西、 海 南及
衰 落信 道仿 真 。 关 键 词 ：卫 星 信 号 ； 电离层 闪烁 ； 衰 落信 道
中图分类 号 ： Ｐ ２ ２ ８ ． ４
文献 标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ８ — ９ ２ ６ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ０ １ ３ － ０来自百度文库４
Ｉ Ｊ 引
第 ３ ８卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ６月
全 球 定 位 系 统
Ｇ Ｎ ＳＳ Ｗ ｏｒｌ ｄ ｏｆ Ｃｈｉ ｎａ
Ｖｏ １ ． ３ ８， ＮＯ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ｅ ． ２ Ｏ １ ３
卫星 信 号仿 真 电离层 闪烁 模 型 研 究
冯 健 ， 刘 钝 ， 甄 卫 民
Ｓ ＝ ： ＝ ／ ＜ １ ２ ＞ － ＜ Ｉ ＞ ２ 一 ，
式中， —ａ 。 ， ａ为信 号振 幅 。
（ １ ）
离层 闪烁 强度 与接 收机性 能 影响定 量 分析 等工 作 的
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ２ 联系人 ： 冯健 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｆ ｅ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ４ ２ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
２ ． ２ 振 幅 概 率 分 布 模 型
由前 面 分 析 可 知 ， Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ — ｍ 和 Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ 一 １ ３ ．
两 种分 布 函数 都 能很好 的描 述 闪烁影 响下 衰落 信道
Ｍ Ｈｚ到 １ ０ ＧＨｚ ．
南海 地 区 ， 均 处在磁 赤 道异 常 区的峰值 区域 ， 其 闪 烁
出现 率 和严 重程度 较 磁 赤 道 和 极 区 都显 著 ， 在 全球 范 围 内是 电离层 闪烁 衰落 出现 最 频 繁 、 影 响 最 严 重
的地 区之 一 。甄卫 民［ 、 冯 健［ 、 周彩 霞 ［ 。 等 人 利用
（ Ｉ ． 中 国 电 波传 播 研 究 所 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ １ ０ ７ ；
２ ． 西安电子科技大学 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ １ ）
摘 要 ：电 离层 闪烁会 导致 地 空无 线 电信 号 产 生随机 起 伏 ， 影 响各 种 地 空信 息 系统 的 工 作 性 能 。为 了满足 电 离层 闪烁影 响效应 评 估 的应 用 需求 ， 建 立 了一 个 卫 星信 号 电 离层 闪烁模 型 。该模 型 是在 对 闪烁信 号 衰落特 性进 行 统计 分析 的 基础 上 建 立 的 ， 它将 信 道 函数 分 为 直接 分 量和 随机 多径 成分 两部 分 。模 型可根 据输 入 的 电离层 闪烁指 数和 去相 关 时间仿 真 出信 号振 幅 和相 位 的变化 ， 并 可直接 嵌入 到各 类卫 星 信 号模 拟 器 中， 用 于卫 星 导航 、 卫 星 通信 等 系统 的
１ ４
全
球
定
位 系 统
第 ３ ８卷
２ 电离 层 闪烁 仿 真 模 型
要 描 述 闪烁 衰 落 信道 的变 化 ， 应先 分 析 闪烁信
号 的 振幅分 布特 性 ， 在此 基础 上建 立闪烁 仿 真模型 。
２ ． １ 闪烁 信号 振幅 分布 特征 分析
由图 １可 知 ， 在弱 、 中和强 三种 闪烁情 况 下， Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ — ｍ 和 Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ 一 １ ３ ＿ 分 布 的概 率分布 相似 。
相 关时 间 （ 表 征信 号 衰 落 的快 慢 ） 等 参量 ， 模 型 可 以
给 出信 号 的振 幅和相 位变化 。模 型输 出 的 电离 层 闪 烁影 响下 的信 号可 用 于 电离 层 闪烁对 接 收机影 响 的 分析、 测 试 和评估 。
１ 电离 层 闪烁
当无 线 电波 穿越 电离层 传 播 时 ， 受 电离层 不 规 则结 构 的影 响 ， 造 成 信 号 的振 幅 、 相 位 等 的 随 机 变 化， 称 作 电离层 闪烁 。 由于 电离 层 不 规则 结 构 内部 折射 指数 的 随机变 化 ， 无 线 电波 的 电磁 能 量 被 散 射 而重 新分 布 ， 波能量 的重 新 分 布 引 起 电波 振 幅和 相 位 以复杂 的方 式快 速 改 变 ， 使 接 收 到 的信 号 出现 闪 烁现 象 。 电 离 层 闪 烁 影 响 的 无 线 电 频 段 从 几 十
Ｇ Ｐ Ｓ卫 星信 号 对 低 纬 地 区 Ｌ频 段 的闪 烁进 行 了监
测 和研 究 。刘 钝 等人 利 用 实 测 的 ＧＰ Ｓ数 据 和 闪烁
数据 ， 分 析 了 电 离 层 闪 烁 对 定 位 性 能 的 影 响 效 应［ ４ ］ ， 并 基 于 卫 星 导 航 接 收 机 模 型 和 用 户 定 位 算 法， 仿 真 了 中国区域 内卫 星 导 航 用 户 在 闪烁 情 况 下
电离 层 闪烁 的强度通 常利 用信 号 幅度 闪烁指 数 ｓ 来表 示 ， 它定 义为信 号强 度 的归一 化 方差 为
上 述 工作 主要 利用 实测 电离层 闪 烁数据 开 展工
作 。实际 工程 应用 中 ， 还 需 要 实 现 对 电 离层 闪烁 影 响的可 重 复实现 能 力 ， 以满足 对接 收机 开发 测试 、 电
舌
需 要 。为此 ， 开发 了电离层 闪烁 的仿 真模 型 ， 该 模 型 的输入 包括 电离层 闪 烁指数 （ 表 征 闪烁 的强弱 ） 和 去
电离 层 闪烁 会 引 起 地 空 无 线 电信 号 的 随 机 起 伏， 导致 地 空无线 电系统性 能 下降 ， 严 重 时可 造成 卫 星导 航 系统 、 卫 星通 信 系 统 、 地基 雷达和星载 Ｓ ＡＲ 等 系统 的信 号 中断 ， 使 系统 无法 工作 。 闪烁 现象 具有 较强 的时间 和空 间变化 特征 。我 国南 方 地 区 ， 特 别是 台湾 、 福建、 广东、 广西、 海 南及
衰 落信 道仿 真 。 关 键 词 ：卫 星 信 号 ； 电离层 闪烁 ； 衰 落信 道
中图分类 号 ： Ｐ ２ ２ ８ ． ４
文献 标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ８ — ９ ２ ６ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ０ １ ３ － ０来自百度文库４
Ｉ Ｊ 引
第 ３ ８卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ６月
全 球 定 位 系 统
Ｇ Ｎ ＳＳ Ｗ ｏｒｌ ｄ ｏｆ Ｃｈｉ ｎａ
Ｖｏ １ ． ３ ８， ＮＯ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ｅ ． ２ Ｏ １ ３
卫星 信 号仿 真 电离层 闪烁 模 型 研 究
冯 健 ， 刘 钝 ， 甄 卫 民
Ｓ ＝ ： ＝ ／ ＜ １ ２ ＞ － ＜ Ｉ ＞ ２ 一 ，
式中， —ａ 。 ， ａ为信 号振 幅 。
（ １ ）
离层 闪烁 强度 与接 收机性 能 影响定 量 分析 等工 作 的
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ２ 联系人 ： 冯健 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｆ ｅ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ４ ２ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
２ ． ２ 振 幅 概 率 分 布 模 型
由前 面 分 析 可 知 ， Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ — ｍ 和 Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ 一 １ ３ ．
两 种分 布 函数 都 能很好 的描 述 闪烁影 响下 衰落 信道
Ｍ Ｈｚ到 １ ０ ＧＨｚ ．
南海 地 区 ， 均 处在磁 赤 道异 常 区的峰值 区域 ， 其 闪 烁
出现 率 和严 重程度 较 磁 赤 道 和 极 区 都显 著 ， 在 全球 范 围 内是 电离层 闪烁 衰落 出现 最 频 繁 、 影 响 最 严 重
的地 区之 一 。甄卫 民［ 、 冯 健［ 、 周彩 霞 ［ 。 等 人 利用
（ Ｉ ． 中 国 电 波传 播 研 究 所 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ １ ０ ７ ；
２ ． 西安电子科技大学 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ １ ）
摘 要 ：电 离层 闪烁会 导致 地 空无 线 电信 号 产 生随机 起 伏 ， 影 响各 种 地 空信 息 系统 的 工 作 性 能 。为 了满足 电 离层 闪烁影 响效应 评 估 的应 用 需求 ， 建 立 了一 个 卫 星信 号 电 离层 闪烁模 型 。该模 型 是在 对 闪烁信 号 衰落特 性进 行 统计 分析 的 基础 上 建 立 的 ， 它将 信 道 函数 分 为 直接 分 量和 随机 多径 成分 两部 分 。模 型可根 据输 入 的 电离层 闪烁指 数和 去相 关 时间仿 真 出信 号振 幅 和相 位 的变化 ， 并 可直接 嵌入 到各 类卫 星 信 号模 拟 器 中， 用 于卫 星 导航 、 卫 星 通信 等 系统 的
１ ４
全
球
定
位 系 统
第 ３ ８卷
２ 电离 层 闪烁 仿 真 模 型
要 描 述 闪烁 衰 落 信道 的变 化 ， 应先 分 析 闪烁信
号 的 振幅分 布特 性 ， 在此 基础 上建 立闪烁 仿 真模型 。
２ ． １ 闪烁 信号 振幅 分布 特征 分析
由图 １可 知 ， 在弱 、 中和强 三种 闪烁情 况 下， Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ — ｍ 和 Ｎａ ｋ ａ ｇ ａ ｍｉ 一 １ ３ ＿ 分 布 的概 率分布 相似 。
相 关时 间 （ 表 征信 号 衰 落 的快 慢 ） 等 参量 ， 模 型 可 以
给 出信 号 的振 幅和相 位变化 。模 型输 出 的 电离 层 闪 烁影 响下 的信 号可 用 于 电离 层 闪烁对 接 收机影 响 的 分析、 测 试 和评估 。
１ 电离 层 闪烁
当无 线 电波 穿越 电离层 传 播 时 ， 受 电离层 不 规 则结 构 的影 响 ， 造 成 信 号 的振 幅 、 相 位 等 的 随 机 变 化， 称 作 电离层 闪烁 。 由于 电离 层 不 规则 结 构 内部 折射 指数 的 随机变 化 ， 无 线 电波 的 电磁 能 量 被 散 射 而重 新分 布 ， 波能量 的重 新 分 布 引 起 电波 振 幅和 相 位 以复杂 的方 式快 速 改 变 ， 使 接 收 到 的信 号 出现 闪 烁现 象 。 电 离 层 闪 烁 影 响 的 无 线 电 频 段 从 几 十
Ｇ Ｐ Ｓ卫 星信 号 对 低 纬 地 区 Ｌ频 段 的闪 烁进 行 了监
测 和研 究 。刘 钝 等人 利 用 实 测 的 ＧＰ Ｓ数 据 和 闪烁
数据 ， 分 析 了 电 离 层 闪 烁 对 定 位 性 能 的 影 响 效 应［ ４ ］ ， 并 基 于 卫 星 导 航 接 收 机 模 型 和 用 户 定 位 算 法， 仿 真 了 中国区域 内卫 星 导 航 用 户 在 闪烁 情 况 下