基于并行单星约束的导航抗干扰研究

在全球定位系统中使用空时自适应处理算法可以增强接收机的抗干扰性能,为防止算法对卫星信号的衰减,可通过约束条件对卫星信号进行保护,传统的单星约束可以保证每颗卫星输出信噪比最大,但运算量很大。虽然多星约束可以使所有卫星的综合输出性能最优,且减少了运算量,但无法保证单颗卫星的输出信噪比性能。对空时自适应处理算法进行了合理简化,提出了并行单星约束算法,与多星约束相比,所提算法不仅运算量更小,还可保证每颗卫星输出信噪比最大。仿真结果表明,所提算法在对干扰信号进行抑制的同时,有效地实现了对多颗卫星信号的保护。     

多星成像调度问题基于分解的优化算法

提出了一种求解多星成像调度问题的基于分解的优化算法,将问题分解为任务分配主问题与单星成像调度子问题.任务分配主问题生成不同卫星的任务分配方案,单星成像调度子问题则根据分配的任务进行优化,生成每颗卫星的成像调度方案.采用自适应的蚁群算法求解任务分配主问题,通过自适应参数调整策略及信息素平滑策略,实现全局搜索和快速收敛间的平衡.采用启发式算法及快速模拟退火算法求解单星成像调度子问题,通过综合多颗卫星的调度结果, 可以对任务分配方案进行评价,引导蚁群算法搜索优化的任务分配方案,最终得到多颗卫星的成像调度方案. 大规模测试算例验证了算法的效率.     

GPS接收机的多星盲干扰抑制方法

考虑到GPS接收机需要解算至少4颗卫星的发射信号从而实现定位,而GPS接收机工作在复杂的电磁环境下,受大量人为干扰的影响,无法有效接收多颗卫星的发射信号从而实施解算定位。提出了一种新的用于GPS接收机的多星盲干扰抑制方法。由于接收机对每颗卫星的测距码（如C/A码）已知,采用基于最小二乘法的多目标自适应阵列剔除多颗期望卫星方向外的干扰信号。该方法无需期望卫星的位置信息和估计干扰信号的导向矢量,且期望卫星数目不受阵元数目的限制。仿真结果表明,该算法不仅能有效地抑制多种干扰,而且可以精确估计出多颗期望卫星的方位角。     

软件GPS接收机信号搜索捕获的仿真实验研究

信号搜索捕获是基于软件无线电(SDR)技术的软件GPS接收机(SGR)的重要组成部分,同时也影响软件GPS接收机的工作性能指标。通过特定设计的硬件实验装置获取了真实GPS数字中频信号,利用Matlab分别在时域和频域范围对信号搜索捕获进行了算法仿真,同时对GPS信号中C/A码产生也进行了仿真。根据信号搜索捕获理论结合仿真试验结果,对时/频域两类处理方法进行了分析和比较,认为基于FFT的频域搜索捕获方法是软件GPS接收机工程实现的合理选择。     

GNSS软件接收机新型高灵敏度捕获算法及实现

针对下一代卫星导航系统(如伽利略系统和GPS现代化系统等)软件接收机中信号捕获出现的数据跳变问题,提出了一种基于能量的新型高灵敏度捕获算法。该算法是在时域并行FFT捕获技术基础上,对二维搜索空间进行适当修改,在频率搜索维上采用基于能量的搜索策略。同时结合采用非相干积分技术,进行数据和导频双通道组合捕获,使噪声影响进一步减少。通过伽利略仿真信号进行实验,结果表明能量捕获算法既能克服数据跳变对捕获的影响,又能将噪声进行适度平均,从而减少误捕率,可实现适度低信噪比条件下的高灵敏度捕获。     

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.     

微弱GPS信号捕获中的远近效应消除方法

首先分析了全球定位系统(global positioning system, GPS)互相关对微弱卫星信号捕获的影响,并针对该问题给出了子空间投影算法的推导,从理论上证明其能消除远近效应对微弱卫星信号捕获的干扰。在此基础上,重点分析了码相位和频率误差对子空间投影算法的影响,并通过模拟数据和真实数据加以验证。实验证明模拟数据由于其码相位和频率误差较小并可预测,采用子空间投影能够有效消除强、弱卫星信号互相关对某个微弱卫星信号捕获的影响,但对于实际信号由于频率误差一部分来源于晶振的抖动并不容易预测,针对捕获卫星能量极弱情况下,采用子空间投影的方法则存在较大的强信号残差并不容易被消除。     

基于FFT的高动态GPS信号捕获方法优化

针对高动态环境下的GPS接收机对信号捕获速度的要求,提出一种基于小波变换和优化快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的信号捕获方法。在基带信号预处理阶段,对采样后的中频信号进行小波变换,利用逼近信号完成码相位和多普勒频移的估计,降低基带处理信号的数据率;综合基2FFT、基4FFT和素因子算法(prime factor algorithm, PFA)的优势,对捕获过程中的大量FFT运算进行优化处理,提高运算效率。仿真结果表明,改进处理的基于FFT捕获方法可以有效地缩短捕获时间,改善基带模块性能。     

小波降噪在微弱GPS信号捕获中的应用

为了解决微弱卫星环境下接收机对信号的正确捕获问题,首先介绍微弱GPS信号捕获特点及捕获方法,并从检测概率和灵敏度的角度分析了相关积分、差分累加方法的捕获性能。在此基础上引入了小波降噪与相关积分、差分累加相结合的捕获方法,并给出详细的理论推导和捕获性能分析,从小波基的选取、小波变换层数和阈值选择三方面进行深入分析,从而得出合适的小波阈值降噪方法。考虑到小波降噪的阈值应跟据变换尺度不同而分别选取,给出一种自适应阈值降噪方法。实验证明,相比传统的相关积分、非相干累加和相关积分、差分累加信号捕获方法,小波降噪方法的引入在保证较高检测概率的同时,可以有效提高微弱卫星信号捕获的输出信噪比,从而降低了误码率。     

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。     

基于马尔可夫过程的GNSS星座可用性评估

卫星导航的星座可用性是评价导航系统性能的重要指标之一。基于马尔可夫过程建立了同时考虑卫星故障率和修复率的单星可用性模型,结合卫星的备份情况提出了空间信号层和服务层的星座可用性评估方法模型。基于上述评估模型,结合大量实测数据分析了空间信号层和服务层的星座可用性概率。结果表明:全球定位系统(global positioning system, GPS)星座可用性评估模型是有效的,GPS星座可用性符合其系统性能规范。提出的星座可用性评估方法对北斗卫星导航系统的全球化建设及其可用性评估有一定的参考价值。     

NOMA中的SS-CPM卫星信号捕获算法

调制指数大于1的扩频连续相位调制(spread spectrum continuous phase modulation, SS-CPM)信号是一种极具潜力的卫星信号调制方案, 然而其多峰特性容易导致非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)条件下的错误捕获。针对这一问题, 本文建立基于NOMA的SS-CPM信号模型, 提出一种基于状态转换的碰撞跳跃检测算法, 分析所提算法在不同发射功率、用户数、相对时延以及调制指数下的捕获性能。仿真结果表明, 所提算法适用于NOMA条件下的SS-CPM信号捕获, 且用户数较少、发射功率相近, 相对时延较大或调制指数较小时, 具有更优的捕获性能。     

无码载波频率初值估计与导航星识别

当导航卫星的民码信号不可用时,利用无码载波恢复技术测量各个导航卫星的多普勒频移能够实现多普勒定轨。针对伪码未知的情况,提出了基于相位补偿及数据块累加来增强信号,并结合快速傅里叶变换估计载波频率的方法;为解决无码条件下的导航卫星识别问题,提出了一种基于多普勒频移特征的导航星识别方法,研究了基于三分法快速搜索优化平移量的匹配算法,并采用全局匹配、局部剔除的策略来提高卫星识别的全局可信度。仿真结果表明,对于80 ms的卫星中频数据,无码载波频率估计误差保持在7 Hz之内,并且正确估计的卫星数在9颗以上;在考虑先验参数不精准及测量误差的情况下,正确识别的卫星数大多为6颗及以上,满足定轨要求的最少卫星数目。     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时，由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时,由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

基于SCMA和卷积编码的联合检测译码算法

随着卫星星座及卫星数量的不断增多, 卫星测控中海量用户多址问题亟待解决。稀疏码分多址接入(sparse code multiple access, SCMA)技术能在有限信道资源上承载更多用户, 有望解决大规模卫星的多址测控问题。针对传统的SCMA译码方式——消息传递算法(massage passing algorithm, MPA)译码性能不理想的问题, 提出基于SCMA和卷积编码的联合检测译码(joint detection and decoding, JDD)算法, 进行多轮对数似然信息的更新以及多卫星数据交叉提供概率域的迭代, 以提高系统译码性能。分析和仿真结果表明, 采用基于SCMA和卷积编码的JDD算法可有效提高天基测控系统用户容量, 并保证在算法复杂度适中的情况下有效提高系统误比特性能。     

海上动态目标潜在区域博弈预测及搜索方法

针对遥感卫星对海上动态目标搜索定位的应用需求, 提出海上动态目标潜在区域博弈预测及搜索方法。通过非对称信息假设将动态博弈转化为静态博弈, 简化策略函数以提高算法效率。以收益为指标设计博弈策略, 使算法更贴近实际应用, 并将目标潜在区域预测算法和卫星搜索规划算法转化为纳什均衡下的最优策略求解问题。引入目的地信息, 将目标位置预测的时间跨度从数小时增加到数天。实验结果显示, 该搜索方法在保证了较高目标捕获率的同时, 降低了遥感卫星星座的资源消耗。该搜索方法在海上动态目标搜索领域具有潜在应用价值。     

基于AMPL的多成像卫星任务调度与规划

成像卫星调度问题是利用在太空中运行的多个对地观测卫星,根据用户的需要,最大限度利用卫星系统的资源实现对地面目标进行观测。该系统涉及多个成像卫星的调度和规划,因此一直以来都是一个富有挑战性的课题。在分析成像卫星工作原理和调度任务约束条件的基础上,首先建立了一个满足多卫星、多监测目标的混合线性模型,并对模型的合理性加以论证。其次,采用一种数学建模语言(a mathematical programming language,AMPL)解决该调度问题的新方法以应对目前约束规划问题求解方法多样、求解性能差异大的问题,并对从卫星工具包上得到的数据进行实验。该建模语言可以根据模型种类,智能调用各类综合多种成熟算法的解法器。实验结果显示,相对于常用求解算法,该方法更加有效地解决了中短期卫星的调度问题。     

基于EKF/SF的BDS短基线多径抑制方法

多径是影响载波相位差分定位性能的主要误差源。针对传统恒星日滤波(sidereal filter, SF)无法同时抑制系统部分和随机部分多径误差影响的问题,提出一种扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)和SF组合的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)短基线多径误差抑制方法(EKF/SF)。首先使用基于单差观测量的SF削弱多径系统误差带来的影响,再结合EKF的优势,对残余多径误差所包含的随机误差影响进行抑制,从而达到最大化抑制多径误差的目的。BDS短基线单频载波相位差分定位实验表明,相对于单纯的SF和EKF,采用EKF/SF方法的模糊度固定率分别提高了10%和43%,定位精度可分别提高84%和90%。