GPS相位平滑伪距技术在广域差分定位中的应用

分析了在广域差分GPS定位技术中使用分段平滑滤波器进行载波相位平滑伪距来提高定位精度的实现方法,并针对在平滑技术中出现的周跳问题提出一种使用小波进行探测周跳的方法,用实际的工程算例验证了该方法的可行性和有效性。     

基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法

针对高轨卫星搭载的GNSS单频接收机观测值精度低导致多普勒法难以准确探测周跳的问题，提出了基于卡尔曼滤波平滑多普勒值的单频周跳探测方法。首先使用卡尔曼滤波平滑多普勒观测值，以降低观测噪声的影响，然后联合使用平滑后的多普勒值和载波相位观测值按照传统多普勒法计算周跳探测量，并对其进行历元间差分，从而降低系统误差，提高周跳检出率。实验使用探月三期再入返回试验任务中月地转移段返回舱接收到的GNSS观测数据，结果证明提出的方法相比传统的多普勒法可以在低信噪比的环境下更准确地进行周跳探测，可为后续高轨卫星的GNSS搭载试验提供技术支撑。     

基于载波相位三差的航天器GPS/INS组合定姿算法

研究了一种利用GPS载波相位三差观测信息的多天线GPS/INS组合定姿算法,其中包含一个基于惯性测量信息的GPS载波相位周跳检测算法。最后,通过仿真分析验证了该组合算法可以有效提高定姿精度,同时具有较好的稳定性。     

Galileo/GPS载波相位组合观测值可匹配的研究

详细讨论了Galileo系统的4种载波与GPS L2载波的相位组合观测值的可匹配问题.在模糊度保持为整数的前提下,给出了Galileo/GPS载波相位组合观测值的定义,并对包括系统噪声和观测噪声在内的有关误差影响加以分析,最后给出了组合观测值可匹配的定义和判断可匹配的充要条件.      

基于双频GPS观测的简化动力学最小二乘批处理精密定轨

星载双频GPS载波相位和伪距观测量已成为低轨卫星获取精确三维位置和速度信息的主要方式. 本文以非差消电离载波相位和伪距组合作为观测量,应用简化动力学最小二乘批处理方法进行地球低轨卫星的精密定轨,并给出完整定轨流程. 采用逐段常量的经验加速度对动力学模型误差进行补偿,描述了经验加速度敏感矩阵及稀疏带状矩阵求逆的有效计算方法. 利用GRACE-A卫星GPS观测数据对定轨位置精度进行分析,结果显示,三维位置定轨精度优于5cm,经验加速度在径向、切向和法向上的补偿水平不超过40nm·s-2,大气阻力系数和辐射光压系数的估计值符合物理实际,星载接收机钟差大致呈线性并具有短周期小波动.      

新的GPS单频单历元定姿算法

LAMBDA算法依赖于初始的模糊度浮点解,但仅用载波相位观测方程需要多个历元才能获得浮点解,将导致初始化时间过长.针对这一问题,对GPS(Global Positioning System)单历元的载波相位单差方程进行特殊变换,将未知的整周模糊度看成噪声,从而构造出新的观测方程,和原始的观测方程进行组合求解,克服了仅用载波相位双差观测方程因为亏秩而无法在单历元获得浮点解的缺点,解决了初始化时间的问题.通过深入研究浮点解和固定解之间的关系,提出一种将低精度浮点解映射到固定解的方法,降低了LAMBDA算法对高精度浮点解的依赖性,避免了用多个历元获取浮点解的高精度,从而实现了单频、单历元的整周模糊度估计.通过实际测试,该算法成功率高于97%,能够有效地用于实时动态姿态解算.      

北斗三频相位观测值线性组合研究

以北斗三频数据为基础,给出了北斗三频组合观测值的数学模型并系统分析了组合后的波长、电离层误差以及观测噪声误差;在保持整周模糊度整数特性的前提下,以整数线性变换法为基础,通过Matlab编程实现组合系数的优化选取。通过将不同组合系数应用于伪距相位法三频数据周跳探测中,发现组合系数之和不为0的组合周跳探测值均在0.5周以上,且组合系数之和越大,波动越大;通过将不同组合系数应用于无几何CIR法三频数据模糊度解算中,发现系数之和不为0,但波长较长的组合求得的模糊度残差值大致在0.6周,通过合适的模糊度搜索方法可以得到正确的模糊度固定解,在短基线模糊度解算中可以考虑使用。     

卫星不足情况下低成本MEMS-INS/GPS伪松组合导航

为了解决GPS可观测卫星不足情况下低成本微电子机械-惯性导航系统/全球定位系统（MEMS-INS/GPS）组合导航精度维持问题,提出基于灰色模型和自适应卡尔曼滤波的MEMS-INS/GPS伪松组合导航方法。以MEMS-INS/GPS松组合导航模式为框架,建立了伪松组合导航系统的状态空间模型。基于MEMS-INS/GPS的历史观测数据,使用灰色模型对MEMSINS/GPS观测差值进行预测,称为系统伪观测量。当GPS可观测卫星充分时,使用噪声自适应估计卡尔曼滤波对MEMS-INS/GPS进行松组合导航;当GPS可观测卫星不足时,使用噪声自适应估计卡尔曼滤波依据系统伪观测量,将MEMS-INS/GPS进行伪松组合导航。以车载低成本MEMSINS/GPS组合导航系统为例进行仿真和实验验证,结果表明：当GPS可观测卫星不足时,传统的MEMS-INS/GPS松组合导航精度迅速下降并发散,而MEMS-INS/GPS伪松组合导航精度与GPS正常工作时的导航精度相差不大,维持了较高精度的导航状态。     

GPS全视法时间传递回顾与展望

目前,时间传递技术正处于GPS伪码技术到GNSS多种技术组合的过渡时期,介绍了高精度时间传递技术在近年来的发展情况:首先回顾了GPS伪码共视(CV)与全视法(AV)时间传递,并证明全视法比共视法更具优越性。CCTF 2006通过,从MJD 53979,即2006九月(Circular T225)开始,使用AV法进行TAI比对。CV法需要满足共视条件,这限制了载波相位(CP)方法的应用,载波相位观测量比码观测量的观测精度可以高出两个数量级。由于CP观测数据优良,CCTF 2006推荐也可以引用CP观测数据进行时间传递。PPP方法是一种充分研究的时间传递方法,它充分地利用了载波相位信息,可以认为是伪码AV法的自然延伸。最后,给出我们的最新研究成果,即将GPS PPP和TW时间链路结合的方法,该方法结合两种时间传递链路的优点并消除了它们的缺点。     

基于H∞滤波的GPS／INS全深组合导航系统研究

根据H∞鲁棒滤波理论，提出了基于H∞滤波技术的GPS／INS全深组合导航系统，该系统仅含有位置误差，速度误差和平台误差角9维状态，并利用伪距，伪距率和载波相位观测信息对全部状态进行观测，组成全深组合导航系统，由H∞滤波来提高系统的鲁棒性，文中对提出的组合系统了动态仿真，仿真结果表明，该系统结构简单，状态估计精工高，系统鲁棒性好，便于工程实现。     

基于载波相位的多通道相位一致性测量方法CSCD

对于卫星导航系统,由导航天线进行波束合成的多路并行导航信号需要具有严格的相位一致性,本文给出基于专用地检设备的多通道相位一致性测量方法。该地检设备采用载波相位辅助伪码测距技术,通过载波相位和伪码相位的联合解算,实现了伪码相位对载波相位解整周期模糊,最终测距精度达到1ps。采用该测试方法对系统进行配相,实现了各通道无周期模糊的相位一致性。     

数字电视大范围载波频偏快速捕获算法

根据中国数字电视地面传输标准帧结构特点,提出了一种大范围频率偏差捕获方法.该算法利用PN(Pseudo Noise)序列移位相加后仍为PN序列这一特征,通过帧头PN序列与本地PN序列的差分互相关得到待求的频偏值,然后利用BLUE(Best Linear Unbiased Estimator)方法,在不损失频偏精度的前提下扩大频偏估计范围.该算法能在帧同步前快速捕获大范围频偏,为可靠实现帧同步以及频偏跟踪过程提供了必要条件.仿真结果表明,相对于传统的差分互相关算法,该算法能在一个帧头时间内快速锁定频偏,频偏估计范围扩大了H倍且频偏精度不变.     

地面数字电视系统中载波同步方法

根据数字电视地面广播传输系统国家标准的技术特点和帧结构,提出了一种基于PN (Pseudo Noise)帧同步头的载波同步算法.首先在帧头捕获之后,接收端本地产生和接收帧头相一致的PN序列,根据帧头中的前后两个子序列的相关结果进行频率估计并矫正频率偏差,再根据PN相关峰进行相位纠正.该载波同步方案适用于地面数字电视系统中的3种不同的帧头模式,并且适用于单载波和多载波两种模式的帧结构.进行了理论分析和计算,给出仿真结果和分析.该同步方案具有同步速度快、抗噪声性能好、适合硬件实现等特点,并已应用于数字电视接收机硬件系统中.      

基于训练序列的时域OFDM载波同步算法

在研究单次频偏累积相偏估计的基础上,详细分析了2次独立的频偏累积相偏估计带来的频偏捕获范围的提高.并在此基础上提出一种基于训练序列的载波同步算法.这种算法利用时域2次独立的不同分辨力的相偏估计,解决了单次估计可能存在的相位模糊问题,从而实现了大频偏载波同步.通过理论分析给出了这种算法的性能,并通过仿真进行了验证.由于完全在时域进行估计,和其他大频偏载波同步算法相比,这种算法计算量小,且实现简单.     

遥测伪周期时间序列子序列异常检测算法

针对现有异常检测算法用于伪周期时间序列异常序列检测时易造成误差累积,导致序列周期与特征值上显著差异的不足,文章以卫星遥测伪周期时序数据为对象,综合两种常规分段方法的优势,提出了最大周期窗宽内基于极值的模式子序列分段算法。在此基础上,给出了一种基于均序列动态生成模型的子序列异常检测方法（AnomalySubsequenceDetectionmethodbasedonOptimizedSequenceModel,ASD_OSM）,并采用2次四分位距准则（DoubleQuantilerangescriterion,2Q准则）设置距离检测门限阈值,将超出阈值的序列判定为异常序列。某航天器传感器遥测子序列异常检测试验结果表明,提出的检测方法能够有效减少漏判,提高卫星遥测伪周期数据异常序列检测的准确性。     

高动态环境扩频系统伪码延时的精确估计方法

针对在高动态环境直接扩频系统伪码延时测量所遇到的问题,分析了多普勒频移对伪码延时的影响.利用扩展卡尔曼算法(EKF)对高动态直接扩频信号的载波相位和频率进行了估计,并利用载波辅助技术测量载波相位的变化值来校正伪码延时环,减小多普勒频移对伪码延时的影响,得到了精确的延时估计值,提高了伪码延时锁定环的动态跟踪性能.     

A Carrier Synchronization Algorithm for Autonomous Radio Receiver in Deep Space

The carrier synchronization algorithm of the autonomous radio for deep space is studied. When the signal modulation is unknown, this paper improves the existing universal carrier synchronization loop for multiple modulations, expands the frequency tracking range of the loop, proposes a Tong detection-based M-ary Phase Shift Keying (M-PSK) signal locking detection algorithm to rapidly and effectively determine whether the current phase discrimination mode matches the modulation mode, so as to independently choose whether to switch the phase discrimination mode. Through theoretical analysis and comparison, it is described that the total detection probability of the algorithm proposed in this paper is significantly higher than the probability of single lock detection. Simulation results show that the algorithm has high detection probability and low computational complexity at a low signal to noise ratio.      

工作频率选择对GNSS接收机通道跟踪环路的影响CSCD

GNSS接收机因须并行接收处理大量卫星信号,使用通道数量较多,功耗大是其主要难题,降低功耗的解决方法之一是让通道工作时钟采用较低的频率。通过分析工作时钟与所需处理的伪码频率的关系,本文给出了通道时钟频率对伪码相位分辨率和相位抖动幅度的影响。选取两种频率的工作时钟进行仿真实验,结果表明在相同仿真条件下,选用21MHz工作时钟与选用63MHz工作时钟相比,接收机的伪码测量精度、载波测量精度均下降1倍左右,但其引入的测量误差仍小于理论估算结果,选取较低的工作时钟频率是兼顾功耗与精度的折中方法,适合作为工程设计方案。     

高轨微弱信号的跟踪算法分析及仿真

高轨航天器自主导航技术是中国迫切需要发展的航天新技术之一,广泛应用于通信、导航、气象、预警等领域.高轨导航接收机为高轨航天器自主导航定位提供了便捷有效的手段.在高动态环境下,载波频率和相位、伪码相位均随载体运动发生较大变化.由于载体动态引入的多普勒频率变化对伪码跟踪环的影响可通过载波辅助消除,接收机的动态性能主要取决于...     

基于加权鉴别函数的二进制偏移载波信号跟踪方法

在移除二进制偏移载波（Binary Offset Carrier,BOC）信号跟踪模糊的同时,为了保持BOC信号高的码跟踪精度,提出基于加权鉴别函数（Weighted Discriminator Function,WDF）的BOC信号无模糊跟踪方法。WDF使用非相干超前减滞后功率（Noncoherent Early Minus Late Power,NELP）鉴别器和子载波相位消除（Sub Carrier Phase Cancellation technique,SCPC）鉴别器,生成无误锁点的鉴别函数实现BOC信号跟踪。针对BOC(10,5)信号,仿真结果表明,相比于SCPC、基于伪相关函数的无模糊延迟锁定环（Pseudo correlation function based Unambiguous Delay Lock Loop,PUDLL）方法和对称脉冲模糊移除（Symmetrical Pulse Ambiguity Removing,SPAR）方法,所提WDF方法在码跟踪误差方面分别改善了2.5dB、5.5dB与8.3dB,多径误差分别降为60.4%、32.8%与38.0%。因此,WDF是一种有效的、高性能的BOC信号无模糊跟踪方法。