基于MATLAB的卫星导航信号仿真和验证平台

提出了一种GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的软件实现方法,给出了基于MATLAB软件的GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的体系架构,详细描述了卫星导航信号仿真和验证平台主要模块的功能,并给出了实现方法.仿真结果和接收机定位结果验证了基于MATLAB的GPS/Galileo卫星导航信号仿真和验证平台的有效性.     

一种基于信噪比估计的自适应伪码捕获算法

军事扩谱通信一般都以突发信号帧的形式进行通信,通信时间短、可靠性要求高、信号动态范围大。固定门限捕获方法不能提供满意的性能,门限选得太高会使高信噪比时虚警概率过高,而门限过低会使得低信噪比时漏检概率高,检测概率低,因此需要利用自适应捕获方法。提出一种适合突发短帧模式的自适应伪码捕获方法,该方法可适用于A/D转换前加自动增益控制(AGC)的情况。提出的自适应捕获方法基于接收信号信噪比的估计,推导出根据采样点统计值的比值得到信噪比估计的实用算法,并对该算法进行多项式拟合以适合工程实现,并对算法进行了仿真分析。     

一种有效估计着陆引导信号多径时延的方法

利用导航信号收发已知且具有周期性的特点,提出了一种对着陆引导信号多径时延进行有效估计的方法。该方法首先计算相关函数,而后对相关函数进行二次微分,对时延值进行初步估计。最后通过直线拟合算法和比例拟合算法提高估计精度。通过计算机仿真,验证了算法的有效性。该算法具有在低采样率的条件下,估计精度高的特点。     

GNSS软件接收机中匹配滤波器算法研究

为了适应全球卫星导航定位系统接收机的发展趋势,针对GNSS系统不同信号,研究了一种联合多个星座卫星信号的匹配滤波器捕获算法.通过对算法的分析,给出了影响算法复杂性的两个因素:接收序列伪码长度和本地复现序列数,并通过仿真给出了捕获GPS粗码信号和伽利略系统E1频段开放信号可以参考的最佳复现序列数.仿真结果表明,对不同的GNSS信号,只要通过软件配置算法中的复现序列数,就可以以最小的计算复杂性来捕获相应信号.这个结论对软件接收机中匹配捕获算法的设计有重要的指导意义.     

一种提高导航信号同步效率的多门限判决法

随着导航系统的发展,同时随着信息对抗方法的不断提出,对卫星导航信号同步接收的有效性也提出了新的要求和挑战。针对以长周期/非周期为典型代表的导航信号,提出了一种提高导航信号同步精度的多门限判决法,并对此方法进行了建模与仿真,仿真结果证明,此多门限判决同步法在提高同步精度的同时,大大加快了同步处理速度,从而表明此方法可以有效地提高同步接收的效率。     

基于改进Rake模型的多径BOC信号精确捕获方法

针对多径二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)信号自相关函数的多峰性导致的捕获模糊性问题,提出了一种基于改进Rake模型的精确捕获方法。该方法依据Rake接收机可以有效利用多径分量的优点,首先将接收的多径BOC信号分离后经过带有载波相位估计功能的Rake模型,得到了采用最大比合并方法后的近似单径信号,然后采用带有频偏校正的相关重构方法对BOC信号进行捕获,并详细阐述了相关重构原理。理论和计算机仿真分析表明,在同一条件下,该方法较其他方法具有精度高、易实现的优点,且BOC信号阶数越高效果越好。     

H~∞自适应滤波的理论分析及其在导航系统中的应用研究

由于双星系统的误差模型未知,且稳定性较差,采用Kalman滤波实现惯导/双星组合导航时,其滤波特性较差。而H自适应估计对模型的不定性和干扰信号的统计信息不需做任何假设,而使它在工程实践中有广泛的应用。本文研究了H自适应滤波,并将其应用到惯导/双星组合导航系统中。该方法是通过从输入干扰信号到估计误差间的最大能量增益的最小化找到一种H最优估计策略来保证滤波器的鲁棒性。利用双星和惯导的实测数据进行仿真实验,并和递推最小二乘法、最小均方法进行比较。仿真结果表明,H自适应滤波的鲁棒性优于其它两种算法。     

H∞自适应滤波的理论分析及其在导航系统中的应用研究

由于双星系统的误差模型未知，且稳定性较差，采用Kalman滤波实现惯导／双星组合导航时，其滤波特性较差。而H^∞自适应估计对模型的不定性和干扰信号的统计信息不需做任何假设，而使它在工程实践中有广泛的应用。本文研究了H^∞自适应滤波，并将其应用到惯导／双星组合导航系统中。该方法是通过从输入干扰信号到估计误差间的最大能量增益的最小化找到一种H^∞最优估计策略来保证滤波器的鲁棒性。利用双星和惯导的实测数据进行仿真实验，并和递推最小二乘法、最小均方法进行比较。仿真结果表明，H^∞自适应滤波的鲁棒性优于其它两种算法。     

UKF滤波方法及其在车辆导航状态估计中的应用

在车载导航系统中，通常采用EKF作为状态估计方法提高导航的精度。由于EKF进行非线性估计存在一些缺陷，因此将其用于导航系统的非线性估计时，存在估计误差，从而影响导航系统的精度。为了获得更高的导航精度，将一种新的滤波方法-UKF方法用于车载导航系统的状态估计中。对一个车载DR／GPS组合系统，将EKF和UKF方法分别进行了滤波仿真。仿真结果表明：在车载导航状态估计中，UKF方法优于EKF方法。     

GPS信号捕获性能的分析

在GPS信号捕获原理的基础上 ,分析了GPS信号捕获时间及检测概率的性能 ,得到捕获性能与载噪比、积分时间的关系 ,并对当前采用高精度时间源和多相关器技术的GPS接收机的捕获性能进行了分析。仿真结果表明采用先进的捕获技术的重要性。     

Fast fine acquisition algorithm of GPS receiver aided by INS information

Acquisition time of global position system (GPS) receiver, which is the main factor contributes to time to first fix (TTFF), can be shortened by estimating the Doppler frequency shift through external inertial navigation system (INS) information and almanac data and reducing the searching area. The traditional fast acquisition is analyzed, the fast acquisition of the GPS receiver aided is presented by INS information, and the signal is fine captured by spectrum zooming. Then the algorithm is simulated by sampled GPS intermediate frequency (IF) signal and the result verifies that this acquisition can dramatically improve the capability of GPS receiver and reduce its acquisition time.     

信号级GNSS/SINS超紧组合导航仿真平台设计

超紧组合是全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)和捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)组合中最深层次的信息融合方式。由于需要重新设计GNSS接收机内部的捕获跟踪环路以接收SINS的辅助信息, 超紧组合的工程实现较为困难。从信号级层次出发研究超紧组合的难点在于得到同源且同步的GNSS和SINS信号, 并打开GNSS接收机的捕获跟踪环路。为此, 构建了信号级GNSS/SINS超紧组合仿真平台, 分别设计了载体轨迹发生器、GNSS中频信号发生器、惯导解算器、GNSS软件接收机、组合导航滤波器等关键环节, 从而攻克了上述技术难关。该仿真平台不仅验证了超紧组合在高动态应用方面的优越性, 同时也为其迈向实际应用奠定了坚实的基础。     

基于SINS/GNSS/轮速的列车组合导航算法研究

铁路沿线复杂环境下的精确定位是目前列车导航的技术难点。经典的SINS/GNSS(Strapdown Inertial Navigation System/Global Navigation Satellite System)组合导航方案在卫导信号被遮挡等情况下由SINS继续导航,但低成本惯导器件会随着时间出现误差累积。为此研究了SINS/GNSS/轮速组合导航算法,分为有卫导信息时的SINS/GNSS组合和没有卫导信息时的SINS/轮速组合2种模式,以避免纯惯导模式的较大误差。采用实测数据与离线仿真表明,算法在GPS短时失锁(<90s)时最大水平误差<5 m,精度较高。     

SINS/CNS/GPS integrated navigation algorithm based on UKF

A new nonlinear algorithm is proposed for strapdown inertial navigation system (SINS)/celestial navigation system (CNS)/global positioning system (GPS) integrated navigation systems. The algorithm employs a nonlinear system error model which can be modified by unscented Kalman filter (UKF) to give predictions of local filters. And these predictions can be fused by the federated Kalman filter. In the system error model, the rotation vector is introduced to denote vehicle’s attitude and has less variables tha...     

一种更精确的多模GNSS兼容性方法研究

传统的卫星导航系统的多系统兼容性分析方法只适用于分析长码、码速率高和数据速率高的信号兼容性。通过推导信号模型,讨论了信号参数对干扰系数的影响,提出了一种更精确的多模全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）系统兼容性分析方法。该方法加入了多普勒的影响,并且考虑了与期望信号同频段内的所有卫星导航信号,适用于任意伪码结构、数据结构的卫星导航信号兼容性分析。最后通过仿真GPS系统内干扰与系统间干扰验证了方法的正确性,并得出Galileo 在E1采用的MBOC信号对GPS C/A信号产生的干扰在0.1 dB以内。     

车辆自主导航系统的双滤波器模型及其导航算法

给出了车辆自主导航系统的双滤波器模型及其航位递推算法 ,在导航解算的每步递推中 ,先用航向滤波器进行航向捕获 ,再用航位滤波器进行航位捕获。这种方法利用两个线性滤波器分别进行航向 /航位估计 ,避免了常规导航算法由于观测方程线性化引起的模型误差 ,算法稳定性好 ,且计算量较小。现场跑车试验表明 ,给出的双滤波器模型及其算法能够获得满意的导航精度     

基于SCB方差的GNSS欺骗式干扰检测算法

随着全球卫星导航系统欺骗器的类型越来越多样, 检测欺骗攻击已成为一个迫切需要解决的全球性问题。由于大多数欺骗过程不会引起信号参数的显著变化, 使成功检测欺骗的难度加大。本文首先分析了中级欺骗攻击过程及欺骗信号模型, 接着提出一种检测码跟踪环中过零点S曲线偏差(S curve bias, SCB)方差值变化的中级欺骗干扰检测方法, 并利用德克萨斯州大学无线电导航实验室公开的全球定位系统卫星信号数据库中的实采信号进行实验分析, 比较了原始SCB算法、Ratio算法、复合信号质量监视算法以及将方差分别应用于以上3种算法的检测性能。实验结果表明, SCB方差检测算法的性能更优。     

北斗系统C波段导航信号调制方式及性能评估

针对C波段卫星导航信号严格的兼容性约束要求, 探索性地将基于椭圆球面波函数的连续相位调制(continuous phase modulation based on prolate spheroidal wave functions, CPM-PSWF)应用于C波段导航。在分析了关键参数对CPM-PSWF信号功率谱特性影响后, 初步筛选出4个CPM-PSWF子族作为C波段候选导航信号, 并对其导航性能指标进行评估。在权衡C波段信号频谱兼容性和各导航性能指标基础上, 提出将“QM2PSWF(10) C=6”且h=0.5的CPM-PSWF信号用作北斗系统C波段的导航信号。研究表明, 所提出的CPM-PSWF信号频谱泄露少, 带外衰减快, 同时在码跟踪精度与抗多径性能方面, 较当前C波段非CPM-PSWF候选导航信号更具竞争力。     

基于磁强计/太阳敏感器的自主导航方法

地磁场矢量是关于卫星位置的函数,利用星载三轴磁强计测量地磁场矢量,并且引入国际地磁场参考模型标准值,即可确定卫星的位置和速度。由于地磁场模型存在不确定性和长期变化性,所以单一使用磁强计自主导航精度有限。提出一种基于三轴磁强计与太阳敏感器相结合的自主导航方法,将太阳敏感器输出的高精度矢量信息与地磁场信息相结合,设计在太阳光照区和太阳阴影区两种情况下基于信息融合的组合导航原理及滤波算法并进行数值仿真,通过对仿真结果进行分析和比较,论证所设计方法既提高了系统的导航精度和鲁棒性,又有利于工程实际应用。     

基于雷达的导航信息传递技术

针对小型智能飞行器(miniature intelligent air-vehicle, MIA)低精度微惯导系统的动态初始对准和校准问题, 提出了基于雷达的导航信息传递技术。将雷达及其载体当作一个刚体, 设计了基于雷达的导航信息传递系统; 基于雷达被动测向原理, 提出了测定雷达主瓣波达方向(direction of arrival, DOA)的多重镜像压缩的传播算子(multiple image compression-propagator method, MIC-PM)估计算法。理论与仿真分析表明, 相对于PM算法, MIC-PM算法计算量明显减少, DOA估计时间可达到9.3×10^-3s, 满足MIA导航信息传递的实时性要求; 同时, 在低信噪比情况下的估计精度有所提高。