GNSS数字中频信号再量化方法

GNSS抗干扰技术需要采用高位A/D量化,而现有接收机往往采用低位A/D量化,即在抗干扰前后采用不同A/D量化位数。为了不改变GNSS接收机的现有结构,因此需要研究如何将高位量化数字信号转换为低位量化数字信号。针对传统直接截取法带来信噪比损耗的问题,本文提出了一种基于自适应门限的GNSS数字中频信号再量化方法,该方法通过转换后低位信号的最佳概率分布即高斯分布不断调整再量化门限值,根据该门限值对高位数字信号进行再量化。本文理论分析并仿真比较了传统截取法和新方法再量化损耗,结果表明新方法具有更小的再量化损耗,并且针对本文提出的再量化方法对卫星信号进行捕获仿真,证明了该方法真实可行。     

GNSS软件接收机算法设计与仿真测试

从GNSS（global navigation satellite system）软件接收机的总体结构出发,阐述了GNSS软件接收机基本原理,设计了GNSS软件接收机的信号相关器及其工作流程,介绍了基于FFT的码并行搜索策略,在信号跟踪中详细给出了载波环路中的鉴相器和鉴频器设计。对于导航定位解算,讨论了各项误差的处理方法,包括钟差和简化的等效对流层误差模型,并给出了最小二乘法的具体实现步骤。仿真结果表明,软件接收机中采用伪码并行捕获方法、DLL环与FLL环辅助下的PLL环路算法可获得良好的效果。在考虑星钟误差、对流层误差、电离层误差和地球自转引起的偏差等误差源的条件下,最小二乘法解算的单点定位结果满足要求。     

基于双卡尔曼滤波及贝叶斯估计的微弱GPS信号跟踪方法

提出了一种基于卡尔曼滤波的平方根算法以及贝叶斯估计理论的微弱GPS信号跟踪方法.采用2个耦合的扩展卡尔曼滤波器,即双卡尔曼滤波器来完成码跟踪和载波跟踪,同时,减少信号累加积分时间,以降低运算复杂度而提高收敛速度;采用基于贝叶斯估计理论的未知导航信息位处理方法,以降低在信号微弱的情况下未知导航位所带来的不利影响.仿真结果表明,利用该方法可以精确跟踪载噪比低至19 dB-Hz的微弱GPS信号.     

全频段多系统全球导航卫星系统数据采集系统的设计与实现

基于FPGA设计实现了一种全频段多系统全球导航卫星系统(global navigation sattellite system,GNSS)数据采集系统。该系统由宽带天线、宽带射频前端、A/D转换模块、下变频模块、滤波器模块、数据存储模块等构成,可以实现四大导航系统的全频段覆盖,具有并行数据采集通道多、采样速率高、可灵活配置等特点,能够满足全频段多系统软件接收机的各种处理需求。对GALILEO在轨卫星实际数据的测试结果验证了数据采集系统的正确性。该数据采集系统可用于GNSS全频模拟信号源的验证以及在轨导航卫星信号的质量监测。     

分数阶Duffing系统动态特性研究及微弱信号检测

为了进一步提高微弱信号的检测能力,在更低信噪比环境下提取微弱信号的特征信息,提出采用分数阶Duffing系统实现微弱周期信号检测。基于常规Duffing-Holmes数学模型 ,通过加入分数阶微分算子引入了分数阶Duffing方程数学模型,利用变量代换对该模型进行改进可实现任意频率的微弱周期信号检测。研究分析系统阻尼比参数变化对系统非线性动力学特性的影响,给出了最佳阻尼比参数范围;研究了微分阶次与系统临界混沌阈值变化关系,得出微分阶次与系统临界混沌阈值成反比关系的结论。分别在高斯白噪声及色噪声背景下对微弱信号进行检测与识别,大量仿真结果表明,分数阶Duffing系统检测微弱信号的最低信噪比门限值比整数阶Duffing系统降低了10 dB,提高了检测微弱信号能力。     

全球导航星座的远地/深空导航应用研究

全球卫星导航系统为低轨和地面用户提供导航服务已有广泛的研究.中高轨卫星以及深空卫星的定轨、定姿和时间同步,目前主要利用地面测控系统完成,存在设备复杂、投资高、无法同时支持大量飞行器、无法自主运行等缺点.本文研究中高轨卫星和深空卫星利用全球导航星座进行定轨、定姿和授时服务的可行性,实现其扩展应用,寻求全球导航星座作为天基网时空基准的高效途径,使得天基网的自主导航与自主运行成为可能.论文提供了一套解决方案,在不增加卫星设备的前提下,通过星间链路的巧妙设计,实现对远地、深空飞行器的无源导航服务,重点研究了卫星可见性、几何精度因子（GDOP）等内容,进行了定位、定时精度分析,为全球导航星座的建设提供思路.     

基于非线性自适应回归神经网络的GPS/IMU组合导航方法

车道级高精度定位导航是智能网联汽车的基本配置,全球定位系统(globlal positioning system,GPS)/惯性测量单元(inertial meansurement unit,IMU)组合导航是高精度定位的关键技术之一。根据汽车行驶过程中高精度定位要求,提出了应用于智能网联汽车的基于非线性自适应回归(nonlinear autoregressive exogenous,NARX)神经网络的GPS/IMU组合导航方法。首先,根据IMU传感器数据特性,建立了基于扩展卡尔曼滤波的惯性导航系统(inertial navigation system,INS)模型,其次,基于NARX神经网络,建立了GPS/INS组合定位训练和预测模型,然后,基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)、实时动态差分技术(real-time kinematic,RTK)、INS等技术,设计了智能网联汽车RTK高精度定位数据采集实验系统,并收集了实验数据。最后,对NARX网络训练误差和GNSS信号长时间失效情况下定位预测误差进行了讨论与分析。实验结果表明,该方法在GNSS信号失效5 min情况下,定位预测误差在2. 5 m以内,满足一般情况下,短、中、长隧道中智能网联汽车定位应用要求。     

基于卫星导航/惯性单元松耦合的低速智能电动汽车航向角估计

低速智能电动汽车近年来发展迅速,组合定位技术是其关键技术,航向角估计是组合定位技术中重要组成部分。基于低速智能电动汽车,提出了GNSS(global navigation satellite system)/IMU(inertial measurement unit)组合的航向角估计方法。介绍了GNSS/IMU松耦合条件下的航向角估计方法,提出基于IMU的航向角积分方法,推导了松耦合条件下误差动态与测量模型。针对GNSS信号质量时变问题,使用残差自适应卡尔曼滤波算法对航向角误差进行估计。针对GNSS信号质量设计了航向角误差反馈修正策略。通过在不同GNSS信号条件下进行的多组实车试验,验证了所提出的航向角估计算法的有效性。     

FFT and PLL based GPS signal processing for Software GPS Receiver

This paper presents FFT and PLL based GPS signal acquisition and tracking algorithms for a software GPS receiver. Conventional hardware based acquisition and tracking have some restrictions in processing signal with poor signal to noise ratio. The FFT of digitized local signals of multiple carrier frequencies for a specified Doppler band are pre-computed and are circular correlated with the digitized incoming signal from RF-front-end in an organized computational order. The global maximum of the correlation is associated with the closest estimates of the Doppler shift and the code shift. PLL refines the estimates to track the signal. Doppler information from an external source can readily be integrated to narrow down the frequency band for correlation and is especially useful for tracking in a high dynamic navigation situation. The performance of the proposed algorithms is evaluated through post processing of the IF signals acquired from a commercial hardware GPS receiver.     

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.     

基于码多普勒补偿的微弱GNSS长码快速直接捕获算法

为提高全球导航卫星系统（GNSS）的抗干扰能力,要求在不借助于短码辅助的情况下对长码进行直接捕获.传统长码直接捕获算法针对的是正常接收信号.当信号被遮挡或干扰以后将变得十分微弱,此时已有算法将面临严峻挑战.为此,本文提出了一种基于码多普勒补偿的长码捕获算法.该算法根据所搜索的载波频率格进行码多普勒补偿,可以大大延长预检测积分时间从而改善捕获性能.仿真结果表明,新算法能有效减小码多普勒影响,在相干积分时间为1ms非相干累加次数为300情况下,捕获灵敏度可达-183dBW.     

现代GNSS信号捕获性能评估理论与应用

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的应用越来越广泛,几乎涉及国民经济和社会发展的各个领域.作为导航系统设计的重要环节,GNSS信号性能评估工作受到了广泛关注.本文以单点检测为基础,建立GNSS信号统计检测的理论模型,提出了综合调制方式、搜索步长和捕获算法的捕获性能评估方法.针对BOC(Binary Offset Carrier),MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier)和AltBOC(Alternative BOC)等的匹配捕获、无模糊捕获算法的整体检测性能和主峰、边锋检测性能进行评估,给出定量分析结果.搜索步长固定时,BOC,MBOC和AltBOC调制信号的自相关函数多峰特性会导致捕获性能下降,而且副载波速率越高性能下降越明显.虽然BPSK-like和SCPC(Sub Carrier Phase Cancellation)等无模糊捕获算法会带来一定程度的信号功率损耗,但却能有效提高BOC信号的捕获性能.     

利用单向驱动非线性耦合Duffing振子检测微弱信号

针对单个Duffing振子检测微弱信号时相变判别计算量大、时间长、不易把握等问题,建立了一个单向驱动非线性耦合Duffing振子系统,根据横向Lyapunov指数分析了系统在混沌态到大尺度周期态时振子间运动轨迹的同步演化特性,提出了利用同步误差来判别相变的新方法。实验仿真表明,在强噪声背景下该耦合系统仍能够正确快速地检测出微弱信号。     

一种微光子导航源的混沌辨识方法

为了能准确有效地识别微光子导航源的类别,提出了一种微光子导航源的混沌辨识方法.该方法在分析微光子信号特性的基础上应用混沌动力学方程建立微光子导航源的辨识模型,该模型利用了混沌振子对小信号的敏感性以及对噪声的免疫力来检测导航源的信号形式和参数,并通过对信号周期、频率的测量与整定,识别微光子源的特性与类别.通过对脉冲星导航源的实验数据分析,表明该方法可以检测低信噪比的微弱光子脉冲导航源信号,并能有效识别导航源的类别.此外,该方法还能用于其他先进导航系统的信号源频率测量、校准与识别.同时,可以扩展到如雷达多基信号接收及其他低信噪比信号检测和识别等应用领域.     

基于恒星敏感器的组合导航技术在极地飞行保障中应用的仿真分析

在民航极地航线的快速发展背景下,针对民航客机极地飞行时存在的导航保障能力不足问题,提出了将基于恒星敏感器的天文导航系统(celestial navigation system,CNS)引入民航中,与现有机载惯导系统(inertial navigation system,INS)和全球卫星导航系统(global navi...     

导航接收机数字化射频前端的设计与验证

针对传统导航接收机射频前端在实现多频点信号接收时复杂度高、灵活性差的问题,提出了一种基于直接射频采样的数字化射频前端设计方法．该方法针对整个导航频段信号主要集中在低频和高频2个频段的特点,将这2个频段视为2个整体的带通信号,通过多带通信号采样率选择算法选定射频直采的采样率;由于采样率较高,设计了一种滤波抽取网络来降低数据速率,它利用了射频直采专用A／D可输出半采样率数据的特性,最终实现了各频点导航信号的下变频和分离．该设计方法只需修改软件就可实现多频信号接收,使得系统灵活性大大增加．实验证明该方法是有效的．     

基于Henon系统和Duffing方程自同步与异结构同步的研究

文章基于线性系统的稳定性理论,分别采用连续型混沌系统和离散型混沌系统,对参考信号进行追踪控制;对比分析了Henon系统和Duffing方程在追踪正弦信号,以及实现自同步与异结构同步方面的性能;仿真结果证明了Duffing方程对于任意频率正弦信号追踪的可行性。     

卫星导航系统自主导航技术研究与验证

本文结合全球卫星导航系统自主导航技术发展现状,介绍了自主导航能力的发展特点及重要作用,分析设计了卫星导航系统自主导航体系架构,并对自主导航关键的时空基准保持技术进行了分析,提出了基于星间观测的完全自主导航的滤波算法、滤波状态噪声协方差信息选择方法及自主导航星载数据处理方法.论证了基于地面观测数据(锚固站)的半自主导航方法,比较了不同锚固站分布、数量及观测周期对自主导航性能的影响,并利用一套地面仿真试验系统验证了自主和半自主模式下的精密定轨和时间同步精度,可为卫星导航系统自主导航设计提供参考.     

Duffing混沌振子微弱信号检测方法研究

研究了采用Duffing混沌振子检测微弱正弦信号频率的可行性并分析了检测性能,提出了利用混沌振子输出方差极值对来检测微弱正弦信号的方法。首先根据混沌振子周期策动力与待测信号频率相等时,系统输出方差值最大这一性质,研究了采样频率对检测结果的影响。实验结果表明,通过增大采样频率并增加数据序列长度,在信噪比-45 dB时可以检测出信号。然后,将此性质应用于与周期策动力有随机相位差的正弦信号检测中,发现在二者频率接近或相等时,系统输出方差值发生跳变,出现一个极大值和一个极小值对,通过这一新的特性可以检测出与激励信号有相位差的信号频率。最后将此方法成功应用于调幅波的频率检测中。     

伪码连续波跟踪测量雷达捕获算法设计

针对伪码连续波跟踪测量雷达,提出了一种信号捕获参数设计方法. 该方法利用快速傅里叶变换(FFT)捕获算法将接收信号和本地再生信号的时域相关运算转换成频域的频谱相乘运算,从而大大减少捕获时间,并引入非相参积累以提高对弱信号的检测能力,通过Tong判决算法保证系统总的虚警概率满足要求. 在给定的技术指标下对非相参积累次数和Tong判决算法进行了参数设计. 仿真结果表明,所提出的信号捕获参数设计方法可以满足低信噪比下预定的检测概率和虚警概率要求.