GPS信号和干扰技术的仿真

GPS在全球范围内可以提供精确的时间信息、位置以及速度,同时在民用和军用领域都发挥着非常重要的作用.该文以GPS信号与干扰的仿真设计方案为起点,首先,讨论了GPS接收信号产生的原理,并对GPS信号和干扰的特征及仿真生成方法、GPS信号多普勒原理和干扰的原理等方面的内容进行了深入研究.其次,详细研究了GPS信号和干扰的MATLAB仿真方法,在MATLAB仿真设计与实现中,实现了GPS卫星信号的仿真生成以及几种常见类型干扰信号的仿真生成.     

美俄会走向“太空冷战”吗

<正>5月13日,据德国媒体报道,俄罗斯副总理德米特里·罗戈津当天在莫斯科正式宣布俄罗斯在太空领域的对美反制裁措施,涉及国际空间站运行、火箭发动机供给、全球卫星定位系统(GPS)在俄基站运行等多个领域。对此,有舆论称,美俄正在走向"太空冷战"。     

基于FFT的GPS信号快速捕获算法研究

GPS信号捕获是GPS接收机信号处理的关键技术之一,选择合适的捕获方法对接收机的工作性能有很大改善.传统的串行捕获算法计算量大,捕获时间长,无法满足GPS接收机实时处理的要求,而基于FFT的GPS信号快速捕获算法弥补了串行捕获算法的不足.通过MATLAB仿真对基于FFT的GPS信号快速捕获算法进行了仿真实验,并采用Monte Carlo方法对算法的频偏及码偏估计性能进行验证.仿真结果验证了FFT捕获算法的有效性和可靠性.     

GPS数字中频信号仿真及捕获验证

为测试全球定位系统(global positioning system,GPS)软件接收机中GPS信号处理算法的功能,有必要对GPS信号进行仿真。在分析GPS数字中频信号数学模型的基础上,详细阐述了信号仿真的步骤并实现了GPS数字中频信号仿真器。在捕获算法中,分析了时域串行搜索捕获和频域并行搜索捕获算法的复杂度。与其他捕获算法相比,并行码相位捕获算法大大减小了复杂度。选择了捕获速度快的并行码相位搜索捕获算法对产生的中频信号进行验证,结果表明,仿真器可以为GPS信号处理算法提供可靠的信号源。     

基于频谱分析的GPS/INS组合导航系统性能探讨

分析了GPS跟踪环路的动态特性,从频域角度建立了GPS载波相位锁相环的数学建模,讨论了INS的速度估计误差,通过数学仿真验证INS的速度信息辅助GPS载波相位锁相环路的有效性。     

GPS数字中频信号仿真及捕获验证

为测试全球定位系统(global positioning system,GPS)软件接收机中GPS信号处理算法的功能,有必要对GPS信号进行仿真.在分析GPS数字中频信号数学模型的基础上,详细阐述了信号仿真的步骤并实现了GPS数字中频信号仿真器.在捕获算法中,分析了时域串行搜索捕获和频域并行搜索捕获算法的复杂度.与其他捕获算法相比,并行码相位捕获算法大大减小了复杂度.选择了捕获速度快的并行码相位搜索捕获算法时产生的中频信号进行验证,结果表明,仿真器可以为GPS信号处理算法提供可靠的信号源.     

基于STK的测量船GPS天线遮挡模型仿真与分析

分析了GPS定位原理及精度评估方法,构建了测量船GPS天线遮挡模型。对不同遮挡条件下船载GPS精度因子变化进行仿真与分析。结果表明,在大范围遮挡条件下,导致GPS精度因子变大;通过提高GPS天线位置,可有效减小船载GPS精度因子;通过预测分析不同遮挡对GPS精度因子影响,为测量船授时与定位系统的定守时切换提供可靠、准确数据。     

H∞滤波在GPS/INS组合导航系统中的应用研究

根据H∞鲁棒滤波理论,提出了基于H∞滤波技术的GPS/INS全组合导航系统,利用了GPS和INS提供的位置、速度和姿态信息,并对该系统的滤波算法进行仿真.仿真结果表明,在GPS/INS组合中采用H∞滤波,不仅保证了组合系统导航精度,提高了滤波的鲁棒性,而且能够防止滤波发散.     

GPS卫星星历仿真

阐述了GPS卫星星历仿真的基本原理,并通过对某些特定的GPS卫星星历的仿真,获得了该卫星星历仿真数据和卫星位置数据,并将两者与相对应的实际广播星历数据和卫星位置数据进行比较,得到了较为理想的结果.结果表明,该仿真方法的精确性、可靠性和适用性对卫星数据处理有很大的帮助.     

一种低轨航天器与北斗卫星高精度时间传递方法及其初步试验验证

低轨卫星系统近年来在空间目标探测、手机移动通讯、卫星导航系统增强、载人航天等方面都得到了快速发展和应用.我国载人航天工程近几年取得重大突破,在空间站设计搭载的高精度时频科学实验系统,预计可以建立日稳定度和不确定度在10^-17量级的空间时间频率基准.利用空间站精密时间信号向北斗卫星进行高精度时间传递,可以进一步提升北斗时间系统性能及北斗卫星自主时间维持能力.另一方面,我国北斗三号卫星导航系统具备全球组网星间链路功能,能够实现全星座的高精度定轨和时间同步.本文基于空间站和北斗卫星现有可用资源,提出一种基于双向测量方式的低轨航天器与中高轨卫星高精度时间传递方法.根据低轨航天器运行速度快等特点,给出相对高速运动环境下双向测量链路的运动时延误差修正方法.通过进一步建立仿真模拟平台、搭建真实天地试验场景等方式,对双向时间传递性能进行验证.仿真和试验结果表明,基于双向测量方式的低轨空间站与北斗卫星时间同步精度优于0.3 ns.本文可为实现天基高精度时频传递、空间站精密原子钟授时服务、提升北斗系统自主运行能力等提供理论和工程技术参考.     

双基站卫星星座设计研究

针对双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗和过顶时间要求下的通讯约束．根据卫星轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立等几个方面，对双基站卫星星座进行设计，并研究了长期执行任务的情况下，卫星轨道修正方案．该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足，充分利用空间站的优势，更有效地发挥了卫星及其星座的作用。通过仿真计算给出了双基站卫星星座与地面站和空间站的日通讯时间．从结果可以看出，所设计的双基站卫星星座可以作为我国空间站的数据中继系统。     

基于Flower星座的区域卫星导航系统

在Flower星座设计方法的基础上,提出了一种新的区域卫星导航系统设计方法.利用2个Flower星座,通过Flower星座模型精确计算导航Flower星座(NFC)中每个卫星的6个轨道参数,得到一个区域卫星导航系统NFC.NFC可以分阶段部署,开始由8颗卫星组成,补充发射6颗卫星以后组成完整的系统.对中国区域的几何精度因子(GDOP)仿真证明,NFC的平均GDOP值为2.113.与国内已经提出的几种区域导航系统及GPS,GLONASS,Galileo等全球卫星导航系统相比,NFC的GDOP性能与Galileo系统相当,远优于其他系统.NFC较高的导航精度和经济性证明基于Flower星座的区域卫星导航系统设计方法是有效的.     

基于CART算法的卫星星座原始构型选择策略

针对现有的3种最具代表性的卫星星座设计方法的缺点,提出了层次递进的卫星星座设计方法.该方法采用基于CART算法的卫星星座原始构型选择策略,可将星座构型的求解空间缩小至少53.3%.利用CART6.0软件构建了选择卫星星座原始构型子集的CART树,运行速度达到7.9s,分类精度达到97.15%,10阶交叉验证的相对成本为0.033.结果表明:采用这种策略选择卫星星座原始构型还具有可扩展性强、准确性高和易于实现的优点,为卫星星座构型模块化设计建立了良好的基础.     

LEO卫星轨道参数对GPS掩星数量和分布的影响

利用低地球轨道LEO（LowEarth Orbit)卫星所载GPS接收机探测地球大气的分层结构是上世纪80年代后期才发展起来的新技术，不同的LEO卫星，将使发生的掩星事件数量和分布有所差别，在一定的大气折射指数分布模型和现有GPS星座的假设条件下，利用射线追踪法模拟了掩星事件，并讨论了LEO卫星的轨道倾角和高度对掩星事件发生的数量和分布的影响。其结论对实际发射LEO卫星时的参数选取具有参考价值。     

一种新型多层卫星星座组网设计

随着空间技术需求的不断增多,传统的单层卫星星座组网模式,由于其结构简单,在未来空间技术的发展中受到限制.近年来,采用多层卫星进行星座组网受到业界的普遍关注.鉴于多层卫星星座模型的优点,设计了一种新的基于GEO/MEO/LEO的三层卫星星座模型.本模型充分结合高、中、低轨道各自的优势,以尽量少的卫星数量实现了对地球的全面覆盖,较之传统单层模型更为立体化.最后,通过STK和MATLAB对所提出的多层卫星星座组网模型进行了数字化仿真,从星间链路的长度、链路通信俯仰角以及方位角等方面进行了对比和分析,验证了本模型的合理性和有效性.     

北斗三号系统互操作实现与性能分析

针对当前国际卫星导航应用从单一GPS时代发展到多GNSS(全球卫星导航系统)时代带来的新趋势和新要求,本文从星座互操作、信号互操作、时间互操作和坐标互操作四个方面开展北斗三号系统与其他GNSS系统间的互操作设计.在星座设计方面,北斗三号的星座轨道高度与倾角设计与GPS,GLONASS和Galileo三大系统的星座充分互补,全球导航卫星PDOP平均可提升37.9%;在信号体制方面,北斗三号通过相同频率相似频谱设计实现与其他系统的互操作,并签署了兼容与互操作协议,可确保用户在不改变硬件设计的情况下同时使用各大系统导航服务;在时间基准与坐标基准方面,北斗三号系统建立与维持了与国际上高度一致的基准体系,实现与国际UTC,GLNT等时差偏差保持在50 ns以内,并与国际ITRF 2014坐标参数精度保持一致.因此,北斗三号系统通过四个方面的努力,实现了与其他GNSS的互操作,可联合美俄等全球卫星导航系统为全球用户提供更优质的服务.     

全球定位系统/北斗双系统定位优势的验证与分析

为了验证与分析全球定位系统（GPS）与北斗卫星导航系统联合定位相较于GPS单系统定位在亚太地区的优势,利用GPS/北斗双频双模接收机开展不同模式下的动/静态单点定位实验和实时动态差分法（RTK）实验,并通过对实测数据的分析,给出了北斗导航卫星对GPS单系统定位的影响.结果表明,GPS/北斗双系统卫星观测相对于GPS单系统在卫星可视数量、卫星对于测站的几何分布、扩大连续运行参考站系统（CORS）网的作用范围等方面有很大的优势,而且双系统组合定位算法有效地提高了接收机的定位性能.     

基于不同参考框架的GPS卫星天线校验

重新估计了基于不同参考框架的GPS卫星天线PCO(相位中心偏差)和PCV(相位中心变化)参数.计算过程中,通过固定测站天线的PCO和PCV,并将测站坐标强约束至不同的参考框架之下,降低了GPS卫星天线参数和接收机天线参数以及参考框架参数之间的相关性.结果显示,基于不同参考框架的同类型卫星天线PCV差异的平均值为0.726mm;与IGS发布值差异的平均值为0.844mm;基于新公布的IGS14参考框架的GPS卫星天线PCO估计结果与IGS(国际GNSS服务)发布值差异的平均值为-14.4mm,基于IGb08参考框架的卫星天线PCO估计结果与IGS发布值差异的平均值为-16.8 mm.以上结果表明,本措施提高了GPS卫星相位中心PCO/PCV的一致性,从而也能提高GNSS(global navigation satellite system)技术用于框架传递的连续性.     

应用遗传算法的多星座保护级别优化方法

增强型接收机自主完好性监测算法（ARAIM）能够在精密进近段为飞行器提供完好性保护。针对提高ARAIM算法在中国地区可用性的优化问题,提出一种基于遗传算法的垂直方向保护级别（VPL）优化方法。该方法在理论层面对VPL方程进行推导,将最大值函数最小化问题转化为目标规划求最优问题,利用遗传算法的寻优特性避免了优化中奇异点的出现,通过优化分配连续性风险和完好性风险,实现了对VPL值的优化。为了验证该优化方法的有效性,利用跟踪站采集到的GPS、GLONASS和BDS 3个导航系统播报的真实卫星星历数据,对VPL值进行了分析,分析结果表明该方法的平均优化率达到9.9%。      

北斗卫星导航系统(一期)星座轨道稳定性设计

星座稳定性设计是星座总体工程设计的主要内涵.针对北斗卫星导航系统(一期)星座稳定性设计问题,在利用解析方法深入分析星座摄动运动规律的基础上,综合考虑系统覆盖、导航精度、几何构型等约束条件,提出一种将发射部署、被动摄动、主动控制相结合的星座稳定性一体化设计方案.北斗星座系统的部署和运行结果表明:在时间和空间尺度上,星座动态几何因子(DOP值)稳定,重点服务区域动态DOP值小于4.2,在受限于构型维持控制的卫星可用性指标方面:IGSO卫星可用性大于99%,GEO卫星平均可用性大于96.7%.