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。     

基于鲁棒EKF的MEMS-INS/GNSS/VO组合导航方法

针对传统惯导/卫导组合导航在复杂环境下易受干扰,观测量异常从而影响导航性能的问题,提出了基于鲁棒扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)的组合导航方法。设计了基于微惯性导航系统(micro-electro-mechanical system-inertial navigation system, MEMS-INS)、全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)及视觉里程计(visual odometry, VO)的融合框架,给出了在GNSS信号失效情形下的导航滤波模型,并将EKF与Huber方法结合,克服观测量受噪声干扰时对导航性能的影响,以提升系统鲁棒性。经仿真和KITTI数据集验证,MEMS-INS/GNSS/VO组合导航方法在GNSS信号失效时仍能输出较高精度导航结果,且可以较好克服异常观测值对系统的影响,具有较高可靠性和鲁棒性。     

GPS-L1/Galileo-E1信号兼容性分析与仿真

在对GPS-L1/Galileo-E1频段所有导航信号调制特性和谱分离系数充分研究基础上,针对不同信号间谱分离系数特性的不同,提出了计算GPS-L1频段四个导航信号和Galileo-E1频段两个导航信号的系统内干扰和系统间干扰简化计算模型。仿真结果表明,GPS-L1信号对C/A码信号的系统内干扰导致的载噪比下降最大（最大载噪比下降为1.86dB-4.5dB）,而其它信号的系统内干扰和系统间干扰导致的最大载噪比下降都在1dB以内。     

基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法

协同导航定位是实现多自主水下航行器(multiple autonomous underwater vehicles, MAUVs)协同作业必须解决的关键问题。针对主从式MAUVs,提出了一种基于双水听器信号的MAUVs协同定位方法。在主从式结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,从AUV通过水声测量确定出相对距离和相对方位角,再辅以主AUV精确位置,得到从AUV精确位置。研究结果表明,利用主AUV作为协同导航定位,可以显著提高群体的导航定位精度。     

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。     

导航星座星间链路信号自适应捕获方法

针对导航星座星间链路信号动态特性和工作特点,提出了一种基于星历辅助的自适应捕获方法。该方法利用导航卫星自有的导航电文对接收信号到达时延、多普勒频移和信噪比进行估计,根据估计结果自适应调整信号捕获的搜索范围、非相干累加次数和判决门限,以减少捕获时间、提高捕获性能。给出了自适应捕获的设计思路和流程,并结合全球定位系统真实轨道数据进行了仿真。仿真结果进一步证明了所提方法的有效性。     

基于国密算法的伪卫星导航信号认证方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)有诸多优势，但在一些有物理阻隔或电磁干扰的领域，GNSS的可用性、可靠性、精确性出现明显不足，由此可以使用一种基于地面设备的伪卫星系统进行导航定位服务。伪卫星信号体制细节公开，使得接收机易受到多种欺骗干扰的攻击。为了使信号传输更加安全，提出一种使用导航电文加密方法的信号防伪认证方案，并从安全性、可靠性和认证效率几方面对该方案进行评估。分析表明，所提方案能在保证较好的认证实效的同时，维持较低的通信成本与计算成本，解决了伪卫星系统缺乏认证机制、存在安全隐患的问题。     

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.     

GNSS兼容性软件设计与仿真分析

随着各国全球和区域卫星导航系统的建设或现代化升级,越来越多的信号占用拥挤的导航频段,卫星导航系统间的兼容性问题日益突出。在建立高精度的空间段、用户段、环境段与干扰模型的基础上,提出了一种GNSS兼容性分析的软件实现方法,给出了基于Matlab平台的GNSS兼容性软件的体系架构,详细描述了各主要模块的功能与实现方法。最后,仿真分析了Compass、GPS和Galileo三大导航系统在L1频段内的兼容性,得出GPS L1C/A信号是最主要的系统内干扰,最大为3.71dB,且GPS对其它系统的干扰均较大,约为2dB,Galileo对其它系统的干扰较小,不超过0.6dB。     

改进的频谱幅度域处理抗干扰技术

提高全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机抗干扰性能出发,对现有的频谱幅度域处理（frequency spectrum amplitude domain processing, FADP）抗干扰算法中的几个关键问题作出改进,设计出一套更为鲁棒实用的FADP方法。首先,将重叠加窗的思想引入到FADP系统框架中,以减小快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）的频谱泄露。针对频谱波形和时域波形在幅度统计特性上的差异,设计了更适合频谱处理的幅度域处理（amplitude domain processing, ADP）函数。对ADP的实现进行了简化,使得不再需要进行笛卡尔坐标与极坐标之间的反复转换,降低了计算复杂度。最后,基于GPS C/A码软件接收机平台,将改进后的FADP 方法与原FADP方法进行对比实验,验证了所提方法的有效性。     

高动态下导频辅助的GNSS信号比特同步方法

为了提高高动态条件下接收机对全球卫星导航系统定位信号的比特同步性能,基于新一代民用信号包含数据信号和导频信号的结构,提出一种比特同步方法。以比特跳变的候选位置为起点,将数据信号的相干累加值和导频信号的相干累加值的共轭相乘,并将共轭相乘的结果进行相干累加和非相干累加,根据不同候选位置为起点的非相干累加值判断比特跳变的实际位置。理论和仿真结果证明:该方法能够有效消除高动态条件下的多普勒频偏,比特同步性能优于传统方法。     

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....     

中低纬度下惯导极区性能模拟测试方法

针对惯性导航系统极区性能试验难以实地开展的问题, 研究了一种模拟测试的方法, 并基于横向坐标系编排给出了以组合导航系统作为测量基准的惯导模拟测试方案。首先分析了模拟测试技术研究的必要性, 然后根据轨迹形变最小原则详细推导了基于横向坐标系编排的极区模拟测试转换公式, 之后针对测试中采用不同基准的情况, 提出了相应的惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)转换算法, 并提出以惯性导航系统/全球导航卫星系统(inertial navigation system/global navigation satellite system, INS/GNSS)为参照基准的一种具体测试方案, 最终完成了仿真实验, 验证了模拟测试理论的正确性。结果表明, 在基准误差不计的情形下，试验导航参数误差与惯导实地横向编排解算误差相当。初步验证了所提方法替代极区实地试验进行精度性能评估的可行性, 为后续极区模拟测试评估研究奠了定理论基础。     

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。     

基于PSO的USQUE在组合导航姿态估计中的应用

针对组合导航姿态估计中无味四元数估计(unscented quaternion estimation, USQUE)的噪声协方差矩阵参数无法准确给出等问题,提出基于粒子群优化的USQUE(USQUE based on particle swarm optimization, PSO-USQUE)算法。通过粒子群算法对噪声协方差矩阵Q和R进行寻优,获取优化的噪声协方差矩阵等滤波先验条件;分别进行仿真实验和微机电惯导系统/GPS车载实验。实验结果表明,对于USQUE的姿态估计问题, PSO-USQUE算法相比常规算法具有更高的精度,验证了所提算法的有效性。     

基于合成相关函数的Cosine-BOC信号无模糊跟踪方法

二进制偏移载波（binary offset carrier,BOC）调制信号的自相关函数具有多峰性,导致全球导航卫星系统（global navigation satellite systems,GNSS）接收机同步阶段容易产生误捕和模糊跟踪。针对此问题,提出了一种基于合成相关函数的Cosine-BOC信号无模糊跟踪方法。该方法通过设计两路本地辅助信号的波形,与接收BOC信号进行相关运算,构造出无边峰的合成相关函数,实现无模糊跟踪。理论分析与仿真结果表明,该方法能够完全消除BOC自相关函数边峰,保持主峰的宽度,有效地提高了码跟踪的可靠性,同时具有较好的多径抑制能力,且适用于任意阶数的Cosine-BOC调制信号。     

卫星导航系统点波束功率增强信号参数优化设计

导航卫星面向特定区域播发点波束功率增强信号, 是提高导航信号抗干扰性能的一种有效措施。针对点波束功率增强信号具有波束宽度窄、指向可变的特点, 研究了信号功率增强幅度、半波束角和扫描角等工作参数对覆盖性能的影响。分析结果表明, 功率增强幅度在0~20 dB变化时, 等效载噪比线性增加, 具有最好的增强效果。当高轨地球同步轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)/倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous earth orbit, IGSO)卫星和中轨道(medium earth orbit, MEO)天线半波束角分别为0.86°和1.31°时, 在卫星发射总功率不变的条件下可实现20 dB的点波束功率增强, 对应的作用区半径分别为542 km和494 km。当GEO/IGSO卫星和MEO卫星天线扫描角分别取7.79°和11.90°时, 最大功率增强覆盖范围半径可达到9 046 km和8 538 km。