欺骗干扰对GNSS矢量跟踪环路的影响

矢量跟踪技术是卫星导航领域的关键技术之一。随着欺骗干扰对卫星导航安全的威胁日益严峻,研究欺骗干扰对矢量接收机的影响对于提高矢量跟踪技术抗欺骗干扰能力有重要意义。该文研究了欺骗干扰对3种典型矢量跟踪环路的影响,推导了欺骗干扰引起的跟踪误差均值,建立了环路失锁条件的表达式,并利用信号源模拟器和软件接收机对分析结果进行了验证。研究结果表明,欺骗干扰能够导致非零均值的信号跟踪误差,降低环路的跟踪性能,甚至引起环路失锁。矢量接收机可以根据该特性进行反欺骗。     

GPS/INS超紧组合系统载波相位跟踪误差研究

载波跟踪环(PLL)设计是GPS接收机设计中的关键问题,PLL的相位误差源包括相位抖动和动态应力误差.随着接收机工作平台动态性的增加,较大的动态应力误差将导致环路失锁.为适应高动态环境,GPS接收机通常采取INS辅助GPS跟踪环路的超紧组合方式来降低动态应力误差.组合系统提供的外界辅助信息不可能完全精确,所以跟踪环路在减小动态应力误差时,也会引入其他测量误差源.对GPS/INS超紧组合系统PLL跟踪误差进行了详细推导并且得出两个解析公式.仿真结果表明,对超紧组合系统的PLL跟踪误差公式推导是准确的,为PLL环路参数的最优设计提供理论参考.     

电离层闪烁下4路信号处理的载波锁相环

针对电离层闪烁导致的卫星导航接收机载波锁相环失锁问题,提出一种基于Kalman滤波器的4路信号处理载波锁相环. 该环路通过增加两路信号处理对锁相结果进行纠正,扩大了锁相环的相位牵引范围,同时根据信号实时载噪比自适应调节滤波系数,有效避免电离层闪烁时信号振幅衰落和相位突变引起的环路失锁. 通过仿真表明,这种锁相环可以在持续中强度和瞬时高强度的电离层闪烁下保持跟踪.      

无人机数据链带内连续波电磁干扰效应研究

数据链是无人机的重要分系统,是确保无人机实现地空通信的关键一环,但容易受到外界电磁干扰的影响而发生通信中断甚至硬件损伤.针对某型无人机数据链的前门耦合电磁敏感特性,对数据链设备进行电磁干扰的等效注入试验,研究了单频和双频电磁干扰对数据链的效应规律,得到了数据链敏感频点的失锁阈值以及误码率和信噪比的变化趋势.研究表明:由于大功率干扰信号通过自动增益控制电路,在射频前端降低了中频工作信号的输出功率,导致数据终端信噪比降低、误码率上升;当双频干扰均位于带内时,与单频干扰相比,在射频前端对工作信号增益的压缩作用更强,导致失锁时双频干扰中的任意一个干扰功率均低于只有单频干扰时的阈值,表明数据链带内干扰存在多源非线性增强效应.      

一种提高GPS载波跟踪环动态特性的INS辅助方法

在高动态下,针对惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)速度辅助GPS接收过程中,由于INS输出速度的离散化导致接入环路NCO的控制量变化较大,使环路跟踪不稳定甚至失锁的问题,提出一种新的基于自适应调节的引入INS加速度与速度信息相结合的辅助方法.论文首先分析了典型二阶跟踪环在INS速度辅助下,更新率对环路性能的影响,然后建立了引入INS加速度信息辅助的自适应调节模型,推导了调节计算方法.理论分析和实验仿真结果表明,该方法较传统的速度辅助方案能有效提高GPS接收机环路跟踪的快速性和稳定性,降低环路动态应力误差和高动态下环路失锁的机率,具有较强的实用价值和工程实现基础.     

强跟踪滤波器在高动态GPS信号跟踪中的应用

为解决在高动态环境下GPS接收机跟踪环路中频信号失锁的问题,提出了一种基于线性强跟踪卡尔曼滤波器(STKF)理论的GPS信号跟踪环路.此跟踪环路以码鉴相器和载波鉴相器输出作为观测量,利用线性强跟踪卡尔曼滤波器对高动态环境下的码相位误差、载波相位误差、多普勒频率误差以及多普勒频率变化率误差进行估计,并将估计结果反馈给跟踪环路的数控振荡器,从而产生准确的本地载波和本地码.仿真结果表明,在GPS信号载噪比为45 dBHz时,线性强跟踪卡尔曼滤波器跟踪环路在多普勒频率变化率为5.0 kHz/s时仍能可靠跟踪,而传统的基于PLL/DLL和环路滤波器的跟踪环路在1.8 kHz/s时已经失锁.     

基于RHT斜率抑制法和自适应载波信号跟踪的多径抑制算法研究

从传统的接收机环路多径抑制方法出发，通过纠正码环相关曲线畸变和自适应载波信号更新机制跟踪弱动态载波信号两个层次，并行减缓多径效应对接收机跟踪捕获带来的延迟影响。首先，针对码环内部函数畸变带来的自相关迭代误差问题，利用机器学习领域中的随机霍夫变换(RHT)斜率检测法辅助减小窄相关器的误差；其次，设计了一种自适应阈值载波跟踪信号状态模型，用于解决高遮挡低载噪比(CNR)条件下的信号跟踪受限问题。从不同的角度将该方法与现有方法做了对比和分析，结果表明：应用RHT斜率抑制法辅助自适应增强载波信号跟踪的定位模型性能相较于传统的高分辨率技术(HRC)和卡尔曼滤波(KF)载波跟踪方法均有明显的提升，其中本文提出的方法可以在1.8 s左右的信号延迟时及时恢复载波信号失锁。此外，从最终的定位结果可知，实验场景中多径(MP)效应较强的D区域，定位误差的均方根误差(RMSE)降低了6.3 m.     

无人机信息链路电磁干扰效应规律研究

通过对无人机电磁干扰耦合路径分析,建立了信息链路电磁干扰理想模型,讨论了电磁干扰对数据链系统工作信号的压制作用.以某型无人机装备数据链系统为研究对象,提出了一种基于无人机动态飞行的信息链路实验室模拟方法,搭建了数据链电磁干扰注入效应试验系统,分析并确定了电磁敏感度判据.通过无人机上行数据链系统连续波电磁干扰注入效应试验,找到了敏感频点和电磁敏感阈值,分析了信息链路电磁干扰作用机理,探索了失锁效应与AGC电压、误码率之间的内在规律,为靶场实验和无人机电磁干扰预测提供了经验.      

数字通信系统定时恢复环路滤波器研究

为了提高数字通信系统中定时恢复环路的跟踪性能,对其中的环路滤波器进行了研究.使用两种不同的环路滤波器分别进行定时捕获和跟踪.设计了一种自复位滤波器,并将其和与滤波器组合起来构成了一个新的环路滤波器.利用帧同步脉冲在这两种滤波器之间进行切换,从而兼顾了定时恢复环路的捕获和跟踪性能.仿真结果表明,在最差的初始条件下,新的环路滤波器在64个码元之内实现了定时捕获,且跟踪性能优良.该滤波器结构简单,适于在高速数字接收机上实现.     

一种减少多径干扰的卫星信号跟踪环路设计

抗干扰技术是卫星定位导航领域中一项重要的技术,也是信号处理学科的一项重要分支。以减少卫星信号多径干扰为目的,结合多径环境下的卫星导航信号模型和卫星导航信号的跟踪捕获原理,设计出一种抗多径干扰性能较好的信号跟踪环路,该信号跟踪环路能在经典信号跟踪环路的基础上减少卫星信号的多径干扰,从而提高了整个卫星导航系统的抗干扰性能。     

用频设备二阶互调低频阻塞效应建模评估方法

针对用频设备复杂电磁环境适应性试验评估的技术需求,从二阶互调低频阻塞效应机理出发,引入二阶互调低频阻塞干扰因子、低频干扰电平相对值,建立了二阶互调低频阻塞效应模型.理论推导与实验测定相结合,给出了二阶互调低频阻塞效应模型参数的确定方法和建模评估流程,以导航接收机作为受试设备进行了实验验证.结果表明:利用测试确定的二阶互调低频阻塞效应模型参数,依据用频设备单频电磁辐射阻塞临界干扰场强测试数据和环境电磁场频谱分布参数,能够客观评估用频设备的二阶互调低频阻塞效应,误差在2 dB以内.      

北斗接收机强电磁脉冲前门耦合仿真研究

针对北斗接收机易受高功率微波干扰问题,采用圆极化贴片天线为辐照对象,基于CST(computer simulation technology)微波工作室和ADS(advanced design system)2种软件的联合仿真方法,将天线辐照产生的感应电动势注入接收机射频前端电路,并设置节点监测电路参数。仿真实验分析了窄带和超宽带高功率微波对导航接收机辐照的前门耦合过程,结果表明,超宽带电磁脉冲可以引起北斗接收机二级低噪声放大器晶体管烧毁,窄带电磁脉冲会造成前端限幅二极管击穿,造成导航系统无法工作。研究确定了接收机电路的易损部件,为北斗导航接收机的电磁防护设计提供了依据,研究方法也可为其他电磁脉冲前门耦合效应仿真实验提供参考。     

无人艇航迹跟踪控制系统设计与验证

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部分提出了一种自适应视线(Line of sight,LOS）制导算法,以求解目标航向角作为航向控制器的输入;内环部分设计了无模型自适应PID航向控制器,以实现无人艇稳定的航行。在数据处理层面,采用卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合,实现了对无人艇位置和姿态信息的准确估计。在监控层面,设计了一种可视化上位机软件,实时监测无人艇航行状态,保证航行安全。最后,利用实艇进行湖测实验,验证了该控制系统的有效性,结果表明该系统具备在内湖执行任务的能力以及应对复杂环境干扰的能力。     

弹载高动态卫星接收机环路设计及参数优选

通过对某155 mm炮射高动态旋转榴弹飞行动态应力变化规律及其对接收机基带信号处理的影响分析,提出一种适用于此类特殊环境下的高动态接收机环路跟踪策略. 从接收机环路跟踪性能角度出发,分析不同跟踪环路信号跟踪性能随噪声带宽变化规律,为合理选取噪声带宽提供理论依据. 实验表明,改进后环路设计方案不仅能较好地实现对弹道的检测,同时显著改善了检测信号的信噪比,提高了接收机的跟踪性能和抗干扰能力.      

多径干扰下GPS弱信号跟踪算法研究

在带有多径干扰的、并且低载噪比的GPS信号下,分析了多径带来的码环误差以及因此引起的伪距误差的原理.在此基础上,考虑在码环跟踪的Strobe鉴相算法中,引入一个修正因子σ,使得码环跟踪时,对一定范围内的短多径起到抑制的作用.由于改进后的跟踪算法没有用到Q路输出,并且原信号为弱信号,因此需要跟踪环路提供好的载波跟踪性能.为此,考虑使用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法来替代原有的载波跟踪环路,提高跟踪环路的噪声抑制性能.在此基础上,将EKF载波环跟踪与修正后的码环跟踪结合起来使用,共同进行多径干扰下GPS弱信号的跟踪.     

导弹自旋条件下GPS信号跟踪环路设计

根据实际中自旋导弹GPS接收天线相位中心与导弹自旋几何中心的不一致性,建立弹载天线坐标系。推导弹体自旋条件下接收的GPS卫星信号的附加多普勒频移变化规律,验证弹体自旋对接收信号的影响。提出一种新的GPS信号跟踪环路设计方法,以消除附加多普勒频率对跟踪的影响。该设计在传统环路基础上加入旋转跟踪环,实现对弹体自旋转速的估计,利用转速信息辅助环路跟踪。经过计算机仿真验证,新环路载波相位跟踪误差较传统环路显著减小,表明该设计能够获得更佳的信号跟踪性能。     

基于性能评估的INS/RADIO组合导航系统研究

现代民机的惯性导航系统输出的导航参数多,自主性强,但误差随时间积累,而陆基无线电导航系统定位精度不受使用时间的影响,但易受周围环境、电磁干扰等外界噪声和接收机噪声的影响。综合两种导航系统的优点,本文提出了基于导航性能评估的INS/RADIO组合导航方案。根据当前组合模式的传感器输出计算出实际导航性能(ANP),然后同导航数据库中预先设定的导航性能需求(RNP)进行比较,筛选出符合RNP的台站,并从中选择出精度最高的组合模式,最终完成位置输出。仿真结果表明,INS/RADIO组合导航能有效抑制无线电的位置噪声,由于导航性能评估的参与导航系统的位置精度得到进一步提高。     

脉冲干扰对北斗B1I信号接收机影响

目前,脉冲发射型电子设备的广泛应用对导航接收机的可靠运行构成了一定威胁。为了有效评估脉冲干扰对北斗B1I信号接收机的影响,结合B1I信号谱特性,提出了一种新的干扰分类方法,导出了干扰条件下相关器输出功率的解析表达式,并分析了其对捕获、跟踪的影响。仿真结果表明:脉冲占空比和干扰功率越大,对接收机的不利影响越显著,然而,不同干扰类型下脉冲持续时间对接收机影响呈现一定差异,同时,载波频率误差与接收机接收性能呈正相关特性。可见针对B1I的结果与国内外GPS L1一致性良好,验证了导出模型的有效性。     

某型雷达连续波电磁环境效应研究

为有效评估雷达装备在复杂电磁环境下的作战效能,以某型雷达为研究对象,研究连续波电磁干扰对雷达目标回波电平的阻塞效应。基于接收机的非线性理论,开展电磁辐照试验,试验过程中发现当干扰频偏超出一定范围后,现有试验条件不足以压制有用信号,为此采用注入与辐照相结合的方法研究雷达装备电磁敏感度特性。以雷达目标回波电平受到同等压制效果作为等效依据,从雷达接收信号角度出发,理论分析电磁辐照法和注入法的等效性,试验验证连续波电磁辐照和注入法的可行性和准确性。结果表明,在同等压制效果下,接收机接收到的辐射场强与注入场强比值均约等于1,注入法与辐照法具有良好的等效性,为研究装备电磁环境效应奠定了基础,具有一定的工程实用价值。