有多少北斗芯片,值得我们期待?

一、前言卫星导航接收机的硬件系统主要由天线单元、射频单元、基带处理单元、微处理器和电源等模块组成。随着超大规模集成电路和数字信号处理技术的发展,原来的分立元件的接收机设计成芯片,使得体积、功耗、重量、成本进一步降低,性能进一步提高。卫星导航接收机专用芯片组的核心部件包括射频信号处理芯片(射频芯片)、基带信号处理芯片(基带芯片)和微处理器芯片。将射频芯片、基带芯片和微处理器合而为一的单芯片可以提高     

北斗导航接收机的硬件设计与实现

北斗卫星导航系统的逐步完善加快了北斗导航接收机产业的发展。在研究北斗导航系统原理的基础上,提出了一种基于北斗卫星导航系统的导航接收机的硬件设计方案。该方案以北斗卫星导航性能需求为基础,以射频模块、FPGA和DSP为核心器件,集成各部分完成了接收机系统的硬件设计。在硬件设计基础上,设计了DSP的驱动程序。最后与接收机软件配合进行测试,测试结果表明该设计能够正确捕获跟踪北斗卫星信号,为用户提供准确的位置和速度等参数输出,可实现实时高精度定位。     

一种通用卫星导航基带信号产生方法

为了提高导航频谱资源利用率,取得各导航系统间良好的兼容性和互操作性,近年来BOC、MBOC(包括CBOC和TMBOC)和AltBOC等信号被GPS、Galileo和北斗等多个全球导航卫星系统采用,与传统的BPSK、QPSK信号一起播发。能够产生新体制导航信号且兼容传统导航信号的模拟器是卫星导航接收机研发和卫星导航信号系统验证的主要工具。BOC信号实现结构复杂、形式多样,在实现时其耗费资源多,软件设计兼容性差。为解决这一问题,提出一种基于传统QPSK调制方式的通用卫星导航基带信号产生方法,不仅可以产生各种新体制的BOC信号,同时兼容产生传统的QPSK信号。仿真分析结果验证了所设计信号生成方法的可行性。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

GPS生成式欺骗干扰关键技术

卫星导航生成式欺骗干扰通过发播伪造的导航信号,诱使目标区域内接收机捕获、跟踪该欺骗信号,从而使接收机解算出错误的位置、时间信息。欺骗干扰信号高度仿真卫星信号,功率远低于噪声,目前抗干扰方法均无法有效识别、抑制,是一种有效的干扰方式。研究了卫星导航生成式欺骗所需的关键技术,介绍了较为成熟的反馈式欺骗干扰源设计方案,讨论了欺骗干扰有效实施的方法。     

一种空时抗干扰后接收机精度校正的方法

全球导航卫星系统(GNSS)接收机采用空时抗干扰处理能够有效地抑制宽、窄带干扰,但该结构可能导致GNSS信号导航精度下降。推导空时自适应处理对卫星信号的影响,通过改进相关函数计算方法,得到逼近理想自相关函数的接收机相关函数,从而有效地改善了空时抗干扰后接收机精度下降的状况。仿真结果表明,方法能够校正空时自适应处理产生的相关函数畸变,从而提高空时抗干扰后接收机的导航定位精度。     

高精度轨道摄动模型在GPS导航信号模拟器中的应用

通过建立高精度的航天器轨道摄动模型,可以显著地提高GPS导航信号模拟器的仿真精度。文章通过借鉴现有的高精度轨道摄动模型的研究成果,将其产生的轨道数据引入到GPS导航信号模拟器的数学仿真流程之中,并对最终的仿真性能进行比对分析。结果表明:在采用所介绍的应用方法后,能够有效地提高GPS导航信号模拟器的工作性能。此研究结果也可为后续GPS导航信号模拟器产品的研制和开发提供参考。     

GLONASS对跖卫星对导航接收机定位功能影响分析

针对运行于较高高度的航天用户,因会同时接收到GLONASS对跖卫星信号但无法区分而可能影响接收机定位功能的问题,分析了对跖卫星失锁重捕后因位置与伪距不对应,对接收机定位性能产生影响或导致解算出错的机理,发现当接收机工作高度大于208km时需考虑对跖卫星的影响。讨论了对跖卫星对接收机影响的发生条件,将其归为对跖卫星两星仰角均小于5°和一星大于等于5°、一星小于5°的两种场景。给出了工作高度大于208km且小于1 700km、工作高度大于1 700km,以及高轨应用时消除对跖卫星影响的解决方法。用卫星信号模拟器对两种场景的影响进行了仿真并对所提方法进行测试验证。结果表明:给出的方案能有效解决GLONASS对跖卫星引起的接收问题。研究可为兼容GLONASS信号的导航接收机的开发、测试和使用提供参考,对高可靠性航天用户导航接收机的设计有一定的工程实用价值。     

针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究

针对卫星导航接收机的欺骗干扰是一种能以较低功率实现有效干扰的相关干扰技术。目前公开的文献均只定性地说明可以通过较高的欺骗信号功率牵引目标接收机跟踪环路,但并未进行精确的定量分析。为解决欺骗干扰在实际应用中的功率控制问题,本文通过建立接收机跟踪模型,理论分析了欺骗信号对接收机实现成功牵引所需满足的信号功率条件。最后通过软件接收机仿真和实际导航接收机实验,验证了理论分析的正确性。     

基于低轨星的通导融合安全定位技术 体制与性能验证

基于低轨卫星L频段通信信号的通导融合安全定位体制，能有效解决卫星导航在抗欺骗性、信号处理、抗干扰及安全性等方面的不足，是对现有北斗卫星导航系统的补充备份，能有效丰富卫星导航系统的应用场景。本文通过设计安全定位技术体制，采用L频段通导融合信号播发导航电文方式实现导航定位与授时。本文仿真研究了不同载噪比和接收机时钟漂移对安全定位精度的影响，结果表明接收机存在时钟漂移且载噪比为60dB-Hz的条件下，定位精度随可见卫星数量增多而得到改善。当可见卫星数为3时，定位精度可达5m，并通过研制硬件样机对实际性能进行了验证。本文设计的通导融合安全定位技术体制对未来我国卫星互联网建设与发展具有重要参考价值。     

基于PowerPC硬核的片上组合导航计算机设计

为了满足微小型组合导航系统体积小、功耗低、精度高等方面的要求,根据新的嵌入式系统开发理念,通过软硬件协同设计将整个组合导航计算机系统集成在一片内嵌PowerPC微处理器的FPGA芯片上,实现了SoPC设计。利用FPGA内部的资源实现了组合导航系统的硬件平台,并设计了运行在该硬件平台上的底层驱动程序和组合导航软件。测试结果表明系统满足设计要求。     

宽带瞬时精确测频技术及其应用

随着电磁对抗和雷达技术的不断演进，雷达信号由传统的连续波、单脉冲形式逐步向宽带线性调频、捷变频、跳频等复杂波形发展，常用的频率测量方法在测频精度和测频速度等方面很难满足要求。针对宽带相控阵雷达目标回波模拟器瞬时信号带宽高达2 GHz、扫频或随机跳频信号带宽覆盖整个工作频段的特点，创新性地采用瞬时测频引导结合实时宽带数字信道化精测频技术，设计研制了超宽带、高精度的瞬时测频模块和相应软件，并应用于宽带目标回波模拟器的研制之中。通过实测和半实物仿真试验验证，测频精度、测频范围和测频的实时性等指标完全满足整体性能要求。     

基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法

针对传统脉冲星导航方法在相位估计时依赖脉冲星信号轮廓,存在整周模糊及不确定星历参数引起的系统共模误差问题,提出基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法。该方法通过对脉冲星光子到达时间序列进行相位估计,以相邻时刻的相位差作为观测量,建立航天器位置增量与相位差的关系,采用广义卡尔曼滤波器处理系统噪声相关问题进行导航,可有效减小系统误差,实现脉冲星导航的应用。通过对导航系统初始定位方法、可观性分析,及基于罗西X射线时变探测器（RXTE）观测的Crab脉冲星的在轨实测数据试验分析,证明了该方法的自主性与可行性。最后,对基于相位差测量的脉冲星时间相对导航系统进行导航滤波仿真,试验结果表明,导航系统完全可观,噪声不累积,位置估计精度可满足实际应用。     

GPS接收机的失锁后处理研究

信号失锁是GPS接收机在市区应用时遇到的一个问题,文中提出信号失锁后的快速恢复概念,推导出在卫星信号失锁期间对其多普勒频率、码相位和导航比特边界的预测算法和预测误差分析,并进一步研究失锁后处理设计,最后用SPIRENT模拟源进行多种信号失锁情形的模拟,验证了此设计能增强接收机的稳健性,加快接收机失锁后的定位恢复速度。     

基于DSP的微型捷联惯导系统设计

主要讨论微小型惯性导航系统的工程设计问题。以微机电惯性测量元件(MEMS-IMU)为惯性传感器,以数字信号处理器(DSP)为核心作为导航计算机,设计构造了一种微小型捷联惯性导航系统。给出了系统的硬件结构框图和程序设计流程图,并讨论了DSP软件设计和调试中的一些问题。利用本方案,对于实现军事和工程领域中导航系统微小型化、降低系统成本和体积具有重要意义。     

导航卫星天线收发系统耦合分析与仿真

导航卫星天线系统由接收天线系统和发射天线系统组成,发射天线系统为多频段工作模式。接收天线系统为单频段工作模式。当多个频段的信号经过发射天线系统后的三阶无源互调产物落入接收天线系统工作带宽内时,如果无源互调电平大于接收信号电平,则将严重影响导航卫星接收系统的正常工作。为此,应尽量提高发射天线与接收天线之间的隔离度,使已产生的无源互调电平得到有效衰减,从而不影响正常接收信号的工作。文章从微波网络JS散射矩阵出发,结合电磁场专用软件,给出了两种卫星平台上的发射和接收天线之间隔离度的仿真分析结果,为导航卫星天线布局提供依据。     

导航星座星间链路信号捕获搜索策略研究

针对导航星座星间链路信号动态范围大、捕获性能要求高之间的矛盾,利用星历信息辅助信号捕获。在此基础上,分析了信号捕获串行搜索、码并行搜索和频率并行搜索的计算代价,给出了不同信号体制和星历误差下各搜索策略对应的运算量表达式,并结合典型的应用场景进行了算例分析。分析结果表明星间信号捕获在星历误差较小时采用串行搜索策略具有最少的计算量,在星历误差较大时采用码并行搜索策略计算量最少。     

扩频码和数据速率选择对导航系统兼容性的影响

针对导航系统干扰计算以导航信号码片功率谱代替导航信号功率谱分析导航系统干扰大小,文章分析了数据速率、码速率和码长对导航信号功率谱的影响,提出了数据速率大于或等于码速率除码长时,可用码片功率谱代替信号功率谱：同时以CA码为例分析了真实码与替代码对系统内的干扰偏差。     

利用星敏感器的卫星自主导航

本课题对利用星敏感器进行卫生自主导航问题作了初步的研究，研究表明，当已知地球大气的星光折射模型，则可利用星光折射的测量或掩星时刻的测量来实现卫生的自主导航，在导航过程中不需要精确的姿态确定，研究报告提出了相应的基本导航算法，讨论了误差的影响，通过数学仿真模拟计算，给出了数值结果，提示了这类导航的若干特点。     

GPS的空间应用

由于ＧＰＳ系统的特点以及低轨道空间的特殊应用环境，使得ＧＰＳ在空间上的应用存在着与地面应用所不同的特点，本文着重分析这些空间特点对ＧＰＳ定位实现的影响，得出以下结论：对空间用户而言，ＧＰＳ卫星对用户的覆盖有着不同于地面的特点，但可以看出，对９００公里高度以下的低轨用户，ＧＰＳ卫星对用户的覆盖不会比地面更差。同时，电离层延迟误差影响大大降低，对流层延迟误差可以不予考虑。ＧＰＳ系统本身已对相对论效应的长期项影响作了校正，但对空间用户必须重新考虑。由于空间用户运动的规律性，及我们可能对诸如信号的Ｄｏｐｐｌｅｒ频移，多路径干扰等成份作较为准确的估计并加以补偿，从而可能获得高于地面的测量精度