诱偏暨导航一体化系统平台优化布阵及运动模型

诱偏导航一体化系统是通过空中转发器构建伪星座,播发可控时延信号实现对一定区域内来袭GPS制导武器的诱偏干扰,同时己方接收机通过捕获己方导航数据获得空中平台位置和时延,实现一定区域内的自身导航.在实现诱偏干扰的同时,以提高系统对目标区域的整体定位精度为目标,以区域映射和覆盖为约束,在系统短时间工作条件下,建立多目标规划及最小最大评价函数的布阵优化数学模型.运用乘子罚函数法进行模型的求解,并给出求解步骤.在系统长时间工作的条件下,基于非线性规化的方法,建立空中平台的运动模型.给出了二次规划二次约束运动模型的求解步骤,仿真结果证明了模型的有效性.     

GNSS诱偏系统转发器的布阵高度分析

在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）转发诱偏系统中,系统响应存在实时性差的问题,这会造成转发的导航参数与真实运动状态存在变化率的偏差。为分析该偏差与转发器布阵高度的关系,将真假点位移变化量的二范数作为映射偏差的评价指标并构建了目标函数,推导了目标函数最小化求解过程。得到布阵高度与系统映射偏差成负相关的结论,并通过对接收机运动轨迹和邻域映射情况的仿真实验,验证了结论的正确性。该结论为诱偏系统减小映射偏差提供了优化的理论依据。     

GPS转发欺骗式干扰时延分析

在GPS转发欺骗式干扰中,转发时延是一项关键技术,当转发时延不合理时,会使接收机钟差改变,容易被识别,降低欺骗干扰的成功率。利用GPS伪距定位原理,推导了转发时延的算法,并针对不同的计算结果分析其对接收机钟差的影响。得出的结论为:当被转发卫星到转发器的距离与转发器到真实点距离之和不大于被转发卫星到虚拟点的距离时,干扰不会对接收机钟差产生影响，否则会影响接收机的钟差。从这个角度出发,对GPS转发欺骗式干扰源的部署位置做了分析，当转发器位于被转发卫星和真实点的连线上,可以使不对接收机钟差产生影响的虚拟点的选择范围最大。     

GPS转发式欺骗时延分析与优化

为避免全球定位系统(global positioning system,GPS)转发式欺骗中不合理的时延改变接收机钟差,建立了转发式欺骗模型,利用泰勒级数展开的方法推导了时延与定位偏差的映射关系,给出了映射矩阵的具体形式.进而分析了产生负数时延的原因,并研究了时延修正对接收机钟差的影响.在得到映射矩阵基础上,综合接收机钟差和欺骗位置两方面因素,提出一种利用遗传算法优化时延的方法,该方法以接收机钟差改变量和欺骗偏差为寻优准则,在转发器工作范围内寻找符合要求的时延.仿真结果表明,采用遗传算法所得到的时延,对钟差的改变量小于接收机纳秒级的时钟精度,并且欺骗位置在预先设定的范围内,同时结果不再需要修正.该方法可以有效提高转发式欺骗的隐蔽性,为成功实施GPS转发式欺骗提供了参考.     

CAPS导航通信系统的传输链路

中国区域定位系统(CAPS)是不同于全球定位系统(GPS)和国际移动卫星通信系统(Inmarsat)等的新型的转发式卫星导航通信一体化系统. 与GPS等卫星导航系统不同, CAPS系统工作在C波段, 其导航信息不直接由卫星产生, 而由位于地面上的导航主控地球站产生并经卫星转发给用户, 通信系统则采用小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)卫星, 这些都增加了系统和终端的设计难度. 从链路预设计的角度对CAPS导航通信系统进行了分析, 研究了导航主控地球站的配置参数, 得到了导航系统的可用性的结论; 研究了通信系统的信息传输能力, 对通信中心站天线口径的选取、扩频增益和卫星参数对整个系统的影响等进行了分析, 结果表明: CAPS入站通信系统形成一类新的低信息速率的卫星通信系统, 每个终端的传输速率在1 kbps以内, 系统可容纳海量通信终端; 系统中通信中心站需要配置大口径天线, 天线口径在10~15 m左右为宜; 系统需采用扩频技术, 扩频增益应在40 dB左右; 减小卫星转发器增益衰减有益于提高系统链路的信噪比, 衰减值在0 dB或者2 dB时效果较好. CAPS导航系统一期已经通过专家验收, 目前运行稳定, 说明所得结果对导航链路的分析是合理的; 根据本研究结果设计的通信系统已经成功地开展了多种卫星通信实验及应用, 证实了所得研究结果的正确性.     

航弹SINS/GPS组合导航系统半实物仿真试验设计

针对某型远程航空弹药SINS/GPS组合导航系统的组成,设计了SINS/GPS组合导航的半实物仿真试验框架结构,探讨了在试验过程中多机时钟同步的问题,检验了捷联惯导系统导航计算机的解算性能和GPS信息的修正效果.试验结果表明,捷联惯导系统的算法正确,解算精度和解算时延满足控制系统的要求,GPS信息修正效果良好,SINS/GPS组合导航系统可以应用到航空弹药的制导与控制系统中.     

基于GPS的移动平台路径控制方法研究

结合国内外在GPS发展领域的研究现状,对GPS动态导航数据处理中需要注意的问题进行了综合分析.通过分析提取的GPS信号,得到GPS动态导航数据处理过程中定位数据的存在不稳定性的结论,针对实际情况设计出简单可行的滤波算法,将真实的GPS定位信息从各种干扰中实时最优的估计出来.在对处理过的数据进行深入分析的基础上,通过数学建模和相关实验设计出简单可行的GPS自动导航控制算法.在程序优化设计上,利用系统时钟来控制转动角度的大小,大大提高了整个软件系统的工作效率.测试结果证明采用的方法基本可以满足要求,移动平台通过GPS自动导航可以顺利到达所设置的目标点.     

基于S3C2440A的车载GPS导航系统的设计

车载GPS导航系统是在GPS基础上发展起来的一门新型技术,具有定位、测速、导航和语音提示等功能.介绍了车载GPS导航系统的结构及系统设计采用的目标平台,基于S3C2440A嵌入式处理器和SDT11 GPS模块设计了系统的硬件.在Windows CE嵌入式操作系统上设计串口通信软件完成了GPS信息的接收;然后对GPS数据输出协议进行了介绍,并根据此协议利用EVC编程完成了GPS信息的处理,实现了定位功能.在此基础上嵌入电子地图实现了导航功能,最终设计完成了车载GPS导航系统.     

基于改进蚁群算法的区域伪卫星增强GPS星座优化设计

为实现信号遮挡严重区域伪卫星增强GPS系统的最优导航定位性能,提出了增强星座优化模型及基于改进蚁群算法的实现方法.首先,根据恶劣定位环境可见GPS卫星时空分布不均的特点,基于精度、可用性、连续性等导航性能指标以及系统投入成本和工程地质、地形条件建立增强星座的优化模型.然后,针对该模型主要评价指标的特点,利用改进的蚁群算法实现伪卫星最优位置的搜索.结合具有典型峡谷特征的小湾电站2号山梁相关实验,从多角度给出建立优化模型的准则及其对搜索算法的影响.实验结果表明,经优化设计后该区域的导航定位性能提高了35%～70%,能够满足形变监测系统的设计要求.     

SINS/GPS组合导航和末端寻的复合制导半实物仿真

针对采用SINS/GPS组合导航及末端寻的复合制导体制的制导弹药,为检验组合导航系统和制导控制系统的工作性能,设计了半实物仿真系统框架结构.设计半实物仿真时序,采用基于频率调度(FBS)机制,实现仿真的实时性和同步性.探讨并解决了仿真中多CPU时钟同步问题.仿真结果表明,捷联惯导算法正确,解算时延较小,GPS修正效果良好,组合导航系统可顺利完成中末制导交班;制导控制系统设计合理,对于静止和机动目标,落点射击精度和落角均满足设计要求.     

鲁棒容错滤波算法及在MEMS_SINS/GPS中的应用

针对MEMS_SINS/GPS组合导航系统中,GPS量测输出信息中常含有故障信号的问题,提出一种鲁棒容错滤波算法.将GPS量测输出中可能含有的故障信号扩充为系统的状态,通过鲁棒滤波算法在线实时估计出来,并对系统进行补偿,达到容错的目的.用MEMS_SINS/GPS组合导航系统中得到的实验数据对该算法进行离线仿真验证.结果表明,该算法能有效降低GPS中故障信号的不利影响,使系统在此期间仍能工作在正常范围内.     

星载原子钟性能分析方法比较研究

卫星导航时间系统是影响导航系统性能的决定性因素。原子时钟作为频率标准,能够产生高准确度和高稳定度的标准频率信号,可以实现精确计时。因此在导航卫星上广泛使用原子钟作为频率标准。讨论了原子时钟频率稳定度的Allan方差、重叠Allan方差、Hadamard方差及重叠Hadamard方差算法,并对GPS卫星真实数据进行了频率稳定度分析。得出了不同的GPS卫星,星载卫星钟的稳定度不同。对于同一种类的GPS卫星,卫星钟的稳定度也存在差异,且GPS BLOCK IIR卫星具有较好的频率稳定度。     

GPS精密授时系统的研制

介绍了全球定位系统（ＧＰＳ）中授时原理和时间的解算方法,分析了基于ＧＰＳ时间精密授时系统的结构和实现技术,讨论了系统时间延迟和影响时间精度的主要因素及解决措施．     

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.     

巡检机器人全球定位系统/里程计组合定位方法

摘要：针对巡检机器人在校园环境中工作时,GPS信号易受树荫及较高建筑物遮挡而出现定位不准确的问题,提出GPS和ODO组合定位方法。该方法以GPS坐标信息为初始位置,里程计信息为主导航,GPS接收机的脉冲信号作为实时修正数据,利用卡尔曼滤波算法对系统状态进行最优估计,得到较为准确的状态估计值,最后利用状态估计值去修正系统的导航误差。同时在实验平台上进行验证仿真,实验结果表明,机器人以150cm/s的速度行驶80s后其轨迹误差能控制在5cm以内,得出利用多传感器融合技术可以提高机器人的定位精度和可靠性的结论,即通过对GPS和ODO组合定位方法能够有效提高机器人实时定位精度。     

GPS接收机原始观测量的模拟实现

研究了ＧＰＳ信号这一类准正弦信号的最大似然参数估计方法，对估计方差的Ｃｒａｍｅｒ Ｒａｏ界进行了分析，采用计算机软件手段获得ＧＰＳ接收机伪距，多普勒频移观测量。为模拟分析ＧＰＳ导航算法，伪距差分ＧＰＳ等提供了客观依据。实验结果表明，利用该软件手段进行ＧＰＳ系统分析和处理是精确直观的，简便有效。     

Tight integration of digital map and in-vehicle positioning unit for car navigation in urban areas

Now GPS has been widely used for land, sea and air navigation.However, due to signal blockage and severe multipath environments in urban areas, such as in Hong Kong, GPS alone can not satisfy most land vehicle navigation requirements. Dead Reckoning (DR) systems have been widely used to bridge the gaps of GPS and to smooth GPS position errors. However,the DR drift errors increase with time rapidly and frequent calibration is required. Under the normal situation, GPS is sufficient to provide the calibration to the DR unit. However, GPS may not be available in urban areas for more than 20 min, and the DR position errors can reach hundreds of meters during the period. As land vehicles have to be on roads, digital map can be used to constrain the locations of vehicles, known as map-matching.One of the main problems for map-matching techniques is mis-matching, that may be caused by the positioning sensor errors and the complexity of city road network. In this paper, a newly developed model to tightly integrate digital map and in-vehicle positioning unit for car navigation is introduced.With this method, it improves the position accuracy by constraining the vehicle location on the roads. Moreover it provides the close-loop controls for the DR drift errors by feeding back the coordinates of the feature points of the road network and road bearings to the DR unit and therefore the navigation system can be used for longer period when GPS is not available.Extensive tests have been carried out in Hong Kong. It demonstrates that this close-loop approach is much better on the reliability of map-matching, as the positioning sensor errors are constantly calibrated by the digital map.     

CDKF 算法在四旋翼飞行器组合导航系统中应用

针对基于四旋翼无人飞行器的组合导航系统在小失准角情况下滤波器较短时间内发散的问题, 将中心差分卡尔曼滤波算法应用于低成本的组合导航系统中, 设计了飞行器组合导航系统的硬件电路。该系统采用MPU-6050 芯片作为飞行器姿态传感器, 选用u-Blox 公司的NEO-6M 模块获取GPS(Global Positioning System)信号, 并利用中心差分卡尔曼滤波算法实现多传感器的数据融合, 从而获取导航信息。在四旋翼无人飞行器平台上对该系统进行实验的结果表明, 该导航系统能有效抑制传感器噪声, 克服了陀螺仪的漂移现象, 避免了传统EKF((Extended Calman Filter) )算法近似程度不高, 易导致解算结果发散等问题的发生, 为飞行器提供了准确的导航信息。