具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

影响卫星导航系统安全性的关键因素包括电磁干扰环境和空间电波环境。电磁干扰环境是指引起卫星导航系统性能降低的各种电磁干扰信号，包括各种非故意干扰信号与人为故意干扰信号；空间电波环境是指影响卫星信号传播环境要素的总称，其中，尤以电离层闪烁对卫星信号影响最为严重。

卫星导航系统的电磁环境影响目前主要依靠通用设备进行监测，一般采用频谱分析仪直接连接卫星导航天线或者监测接收机连接宽频段监测天线的方式。但是这两种方式都无法解决空间电波环境的影响监测问题。由于电离层对卫星信号接收的影响与电磁干扰对卫星信号接收的影响具有一定的相似性，因此很多情况下无法判断卫星信号质量的下降是电离层问题引起的还是电磁干扰引起的。

基于此，本发明实施例提供了一种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统、方法及电子设备，通过系统中集成的干扰频谱监测单元和卫星信号监测接收单元，能够显著提高弱干扰信号的监测能力，实现了高灵敏度下对覆盖区域范围内电磁信号进行连续监测，解决了现有技术中存在的对造成卫星信号质量下降原因缺乏有效判断手段的问题，有利于实现对导航卫星空间的电磁环境安全态势进行全方位评估。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统进行详细介绍。

参见图1所示的第一种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统的结构示意图，该系统包括：数据分析处理单元100、卫星信号监测接收单元200、干扰频谱监测单元300；其中，卫星信号监测接收单元200和干扰频谱监测单元300分别与数据分析处理单元100相连接；

卫星信号监测接收单元200，用于通过卫星信号接收天线接收导航卫星信号数据，并将导航卫星信号数据发送至数据分析处理单元100进行处理；导航卫星信号数据包含卫星信号及其闪烁信息；

干扰频谱监测单元300，用于通过比幅天线和比相天线对干扰源进行识别定向，并将干扰源的识别定向结果发送至数据分析处理单元进行处理100；干扰源的识别定向结果包括电磁干扰信号的特征和方位角；

数据分析处理单元100，用于对接收的电磁干扰信号的特征和方位角、星信号及其闪烁信息进行分析，确定卫星导航信号电磁环境中是否存在电磁干扰以及电离层闪烁。

具体的说，数据分析处理单元100主要实现系统控制、接口管理、数据处理等功能。数据分析处理单元100可采用卫星导航信号和电磁干扰信号联合分析评估技术，将系统监测得到的电磁干扰信息、卫星信号信息，通过数据融合算法，实现多元信息的综合分析处理，为电磁环境影响效应分析评估工作服务。

数据分析处理单元100的功能主要体现在以下四方面：

第一，对是否存在干扰信号进行判断。通过对电磁干扰信号的时域、频域、空域、调制特征、调制参数等进行监测、分析、识别，分析电磁干扰信号特征量，与基础信号数据库信号特征量对比，快速识别干扰信号的特征与可能辐射源，做出快速灵活准确的反应；若是未知信号，其信号特征进行分析建模，建立干扰信号频谱模板，进行特征入库，形成干扰数据库。在频率域上建立已知信号库，可作为干扰信号是否出现的判据。对于同频干扰信号，通过解调、眼图、误码率、循环谱滤波等方法，观察解调域、码域的变化，判断干扰信号是否存在。对信号进行分类和识别。对于干扰源来讲，获取更多的信号信息，从而准确的对信号进行识别和分类。

第二，卫星信号状态信息监测、分析与判断。通过分析导航卫星的信号信息，如载噪比信息、信号幅度信息、信号相位信息、卫星星历信息、伪距信息、时间信息、位置信息等，判断卫星是否受到压制干扰和欺骗干扰的影响，辅助对电磁干扰信号进行监测。

第三，卫星信号闪烁对不同卫星导航信号影响分析。卫星信号闪烁是指穿越电离层无线电信号由于电离层不均匀体引起的幅度衰落，信道的信噪比下降，误码率上升。通过分析卫星信号信息得到电离层影响的幅度闪烁指数与相位闪烁指数，从而进一步分析电离层闪烁对卫星导航信号信道的影响。

第四，多元信息的融合分析，基于上述结果采用多元信息融合算法，实现数据信息融合，得到准确有效的融合分析结果。

通过上述实施例中提供的用于卫星导航信号电磁环境分析的系统可知，该系统集成了干扰频谱监测单元和卫星信号监测接收单元，通过干扰频谱监测单元和卫星信号监测接收单元能够显著提高弱干扰信号的监测能力，实现了高灵敏度下对覆盖区域范围内电磁信号进行连续监测，解决了现有技术中存在的对造成卫星信号质量下降原因缺乏有效判断手段的问题，有利于实现对导航卫星空间的电磁环境安全态势进行全方位评估。

参见图2所示的第二种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统的结构示意图，卫星信号监测接收单元200，包括：卫星信号接收板卡210、卫星信号接收天线220和射频电缆230；卫星信号接收板卡210通过射频电缆230与卫星信号接收天线220相连接。

其中，卫星信号接收天线220，用于接收导航卫星的导航卫星信号信息；卫星信号接收板卡210，用于对导航卫星的导航卫星信号信息进行收集整理，确定导航卫星信号数据；射频电缆230，用于将导航卫星信号信息传输至卫星信号接收板卡。卫星信号接收天线220在大多数使用场景下接收卫星导航信号中的民用频段，具体实施过程中，这些导航卫星信号频段，包括：GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、BDS(BeiDouNavigation Satellite System，北斗卫星导航系统)、GLONASS(GLOBAL NAVIGATIONSATELLITE SYSTEM，格洛纳斯导航系统)、GALILEO(伽利略卫星导航系统)或QZSS(Quasi-Zenith Satellite System，准天顶卫星系统)中包含的一种或多种频段。数据分析处理单元，对上述GPS、BDS、GLONASS、GALILEO或QZSS中包含的一种或多种导航卫星信号频段对应的电磁干扰进行分析检测。

具体实施过程中，输至卫星信号接收板卡的导航卫星信号信息，包括：载噪比信息、信号幅度信息、信号相位信息、卫星星历信息、伪距信息以及时间信息位置信息上述一种或多种。

通过对载噪比信息，信号幅度信息，信号相位信息，卫星星历信息，伪距信息，时间信息，位置信息等上述导航卫星信号信息进行分析，判断卫星是否受到压制干扰和欺骗干扰的影响，辅助对电磁干扰信号进行监测。

干扰频谱监测单元300，包括：干扰信号监测接收板卡310、比幅天线320和比相天线330；比幅天线320以及比相天线330分别与干扰信号监测接收板卡310相连接。其中，比幅天线320，用于接收干扰源的信号幅度，并通过比较干扰源的信号幅度确定干扰源的方向；比相天线330，用于接收干扰源的信号相位，并通过比较干扰源的信号相位确定干扰源的方向；干扰信号监测接收板卡310，用于根据干扰源的信号幅度以及干扰源的信号相位确定干扰源的识别定向结果。

通过干扰频谱监测单元实现电磁干扰信号的接收处理、测向和定位，通过相关算法可将比幅与比相测向技术有机结合起来，既可满足高灵敏度监测的要求，又可满足高精度测向的要求。

参见图3所示的第三种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统的结构示意图。

在一些实施方式中，干扰频谱监测单元还包括：天线开关340；天线开关340的一端与干扰信号监测接收板卡310相连接；另一端分别与比幅天线320和比相天线330相连接；天线开关340，用于对比幅天线以及比相天线与干扰信号监测接收板卡的连接状态进行控制。

天线开关340的加入可在电磁环境分析的过程中对比幅天线320和比相天线330进行更好的控制，以便更好的对电磁环境进行分析。

参见图4所示的第四种用于卫星导航信号电磁环境分析的系统的结构示意图，该系统还包括：数据输出单元400；数据输出单元400与数据分析处理单元100相连接；数据输出单元400中包含数据输出接口，数据输出接口用于将卫星导航信号电磁环境中是否存在电磁干扰以及电离层闪烁进行输出。

通过上述实施例中提供的用于卫星导航信号电磁环境分析的系统可知，该系统的干扰频谱监测单元和卫星信号监测接收单元，可以显著提高弱干扰信号的监测能力，还具有综合数据分析处理终端，进行干扰频谱监测数据与卫星信号监测数据的融合处理，实现对电磁干扰及信号自身异常的综合监测分析与识别。能够在足够宽广的频率范围内，以高灵敏度对覆盖区域范围内电磁信号进行连续监测，实现对区域空间电磁环境态势的全景掌握，实现针对卫星导航系统的电磁环境频谱状态管理。通过对空间电磁环境信号实时多域分析和全景监测，实现了空间电磁环境安全态势评估功能；在空间电磁环境实时多域信号分析和安全态势评估的基础上，实现了空间电磁环境预警功能。该系统解决了现有技术中存在的对造成卫星信号质量下降原因缺乏有效判断手段的问题，有利于实现对导航卫星空间的电磁环境安全态势进行全方位评估。

本发明实施例还提供了一种用于卫星导航信号电磁环境分析的方法，该方法用于上述实施例提到的用于卫星导航信号电磁环境分析的系统，该系统的使用实例的示意图如图5所示，用于卫星导航信号电磁环境分析的系统500中包括数据分析处理单元、卫星信号监测接收单元、干扰频谱监测单元；其中卫星信号监测接收单元的卫星信号接收天线220、干扰频谱监测单元的比幅天线320和比相天线330对干扰源600进行识别、定向。具体的，该方法的流程图如图6所示，包括：

步骤S601，通过卫星信号监测接收单元的卫星信号接收天线，接收导航卫星信号数据，并将导航卫星信号数据发送至数据分析处理单元中；

步骤S602，通过干扰频谱监测单元的比幅天线和比相天线对干扰源进行识别定向，并将干扰源的识别定向结果发送至数据分析处理单元中。

步骤S601与步骤S602为并列关系，实际实施过程中步骤S601与步骤S602并无递进关系，是分别将各自得到的数据发送至数据分析处理单元中。

步骤S603，数据分析处理单元对接收的导航卫星信号数据以及干扰源的识别定向结果进行分析，确定卫星导航信号电磁环境中是否存在电磁干扰以及电离层闪烁。

具体的，卫星信号及其闪烁信息进行分析分为两步：第一步是单站的数据处理，包括：判断是否存在干扰信号、分析卫星信号状态、分析卫星信号闪烁效应、融合分析与影响原因的分析；第二步是多站信息的数据融合分析，首先需要确定合理的数据融合优化方法，其次需要解决信息冲突情况的下的数据融合问题。

在干扰源600发射干扰信号时，用于卫星导航信号电磁环境分析的系统500的比幅天线320、比相天线330对该干扰源进行识别、定向；卫星信号接收天线220接收卫星信号，通过分析卫星信号信息，包括载噪比信息，信号幅度信息，信号相位信息，卫星星历信息，伪距信息，时间信息，位置信息等，判断卫星是否受到压制干扰和欺骗干扰的影响。

当卫星信号接收天线220接收的卫星信号的质量下降，定位误差较大甚至出现失锁的情况，且比幅天线320及比相天线330并未接收到干扰信号，可认定发生电离层闪烁，则判定卫星信号质量下降是由电离层闪烁引起。

本发明实施例提供的用于卫星导航信号电磁环境分析的方法，与上述实施例提供的用于卫星导航信号电磁环境分析的系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

本实施例还提供一种电子设备，为该电子设备的结构示意图如图7所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述用于卫星导航信号电磁环境分析的方法。

图7所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。

其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。