一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法

星载GNSS接收机在低轨卫星自主导航和精密定轨等应用领域已经显示了高精度、高自主性、不依赖地面支持等技术优势。对于高轨卫星应用，星载GNSS接收机面临一些新的挑战。由于需要接收来自地球另外一侧的GNSS旁瓣信号，使得用户等效测距误差和几何分布因子恶化，引起标准定位性能下降。特别的，对于只能使用GNSS广播星历的实时自主导航应用，GNSS广播星历引入了非白噪声特性的用户测距误差。其难以被经典的EKF滤波方法平滑，限制了自主导航定位精度。文章研究一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法，该算法使用增强扩展卡尔曼滤波器（Augmented EKF）融合轨道动力学模型与GNSS观测数据，并对GNSS广播星历引入的系统性误差进行动态估计以削弱其对最终导航定位的影响。最后，通过仿真平台进行了算法验证。仿真结果显示，使用单GPS可在GEO轨道达到优于10米（3D RMS）的导航定位精度。文章提出的方法达到与国际先进产品同等精度，可用于高轨卫星高精度自主导航。     

星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法

针对星载GNSS接收机易受单粒子影响和地面干扰的问题，研究星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法。根据星载GNSS接收机在轨测试数据，分析星载GNSS接收机异常原因、机理，提出星载GNSS抗单粒子及地面干扰方法，可规避或检测GNSS异常并自动处置恢复。该方法已应用于某型号星载GNSS接收机，经过分析，结果表明：该方法可有效保障GNSS接收机正常工作，不影响卫星载荷任务，取得了良好的使用效果。     

基于软件接收机的分布式深组合仿真系统研究

为实现高动态环境下组合导航系统稳定导航定位,设计基于软件接收机的分布式深组合导航仿真系统方案,采用改进的基于伪距、伪距率的组合滤波器校正SINS误差,并利用校正后的SINS信息对GNSS跟踪环路进行频率辅助。结合VC++和Matlab各自的特点,采用VC++与Matlab混合编程,搭建基于GNSS软件接收机的分布式深组合导航仿真系统,实现SINS与GNSS双向辅助。实验结果表明:高动态环境下,深组合导航系统能有效提高GNSS接收机动态跟踪性能,具有良好的组合导航定位能力。     

攻占GNSS高动态高精度测量制高点的思考——关于北斗卫星导航信号的一项应用建议

纵观现行的GNSS系统可知,北斗卫星导航系统,是目前完全运行的唯一的三频导航系统。笔者建议,我们应该抓紧这个难得的历史机遇,尽快将三频北斗导航信号接收机推向卫星导航市场,抢先占据高动态高精度测量的制高点!本文对三频信号做导航定位测量的主要优越性进行了较深入分析,供研讨!     

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。     

GNSS地基集成测试与开发环境

GNSS地基集成测试与开发环境可测试和监测GPS,GLONASS,GALI-LEO等多种导航星座的空间信号,更重要的是测试和认证各种新型接收机和应用产品的性能和指标。同时为新的GNSS系统投入运行前进行必要的信号结构试验、接收机试验等。本文从集成测试与开发环境建立动机和目标入手,重点阐述了其运行模式、系统结构、测试区域选择标准,并进行了逼真度分析以及系统规划。以期对我国自主研发GNSS集成测试与开发环境做些探索性工作。     

一种辅助GNSS/INS组合导航系统的高度计设计

因为地球对于导航卫星电磁波信号来说是不透明的,因此高程精度因子VDOP值通常总大于水平位置精度因子HDOP,导致了GNSS接收机在竖直方向上的定位结果没有水平方向理想,也直接影响到和惯性导航系统INS组合后即GNSS/INS组合导航系统的测量精度。文章提出了一种使用气压高度计辅助GNSS/INS组合导航系统并提高其测量精度的方法,从大气压强传感器出发,介绍了高度计测量系统的组成和工作原理,并阐述了各部分的电路设计及其工作流程。为了验证设计效果,对该系统进行了测试,结果表明该方法可以有效地提高组合导航系统测量精度,可用于普通导航领域。     

基于积分多普勒平滑伪距的导航算法研究

载体处于高动态机动、障碍遮挡、信号干扰和多路径等复杂环境时,GNSS接收机跟踪环路易发生信号失锁和相位失调,导致载波相位观测值发生较大变化,采用载波相位平滑伪距将严重影响导航精度。为改善GNSS接收机导航性能,对电离层效应及延时校正模型进行了研究,基于α-β滤波算法提出了基于积分多普勒平滑伪距的导航算法。实验结果表明:采用该算法在静态、动态条件下定位精度优于5m,测速精度优于0.05m/s,可显著提高GNSS接收机的导航精度。     

高动态环境下惯组辅助GNSS接收机卫星导航信号的捕获

针对高动态环境下多普勒频移超出了接收机的搜索范围接收机无法捕获卫星导航信号这一问题,提出了利用INS辅助GNSS接收机卫星导航信号捕获的方法.该方法利用INS提供的载体位置、速度信息,并结合通过卫星星历(或历书)得到的卫星位置、速度估算载波多普勒频移,利用估算的载波多普勒频移重新设定GNSS接收机载波搜索中心频率,使G...     

第一颗伽利略卫星信号的分析与解码工作正在进行中

2005年12月28日,欧洲成功发射了第一颗伽利略试验型卫星(GIOVE-A)。2006年1月,该卫星已经开始传输导航信号。Septentrio卫星导航公司研制的一种接收机已捕获并跟踪到GIOVE-A的信号。目前,伽利略信号结构文档尚没有最后确定,因此,只有一些参与测试信号的公司才接收到了伪随机噪声(PRN)码以及跟踪GIOVE-A导航信号所必需的信号结构。其它一些对跟踪GIOVE-A以及后续伽利略卫星信号感兴趣的部门正在等待伽利略联合执行体接口控制文件的公布。康奈尔大学全球导航卫星系统(GNSS)研究集团一直热衷于研究伽利略系统的信号,并研发适用于…     

L频段星载SAR与GNSS同频干扰分析及验证

针对L频段合成孔径雷达(SAR)卫星大功率载荷和高灵敏度双频导航接收机同时工作时潜在的同频干扰问题,基于某型SAR卫星,开展了SAR与全球导航卫星系统(GNSS)星内、星地同频干扰分析及实物验证。星内同频干扰分析,表明星内存在较为严重的同频干扰问题,需要采用在导航接收机前端,增加随SAR载荷发射脉冲信号联动工作的电子微波开关的抗干扰抑制措施。利用实物在暗室无线环境下,完成了干扰措施有效性验证,导航原始数据分析结果表明,措施有效且简单易行;针对星地同频干扰,由于SAR载荷合成孔径、低占空比脉冲工作的特点,使得地面GNSS接收机能够被SAR载荷照射的时间很短、照射概率很低,且照射强度也低于接收机的饱和电平,预期不会对接收机造成影响。     

基于VC＋＋的GPS软件接收机

研究工作致力于基于PC的GPS软件接收机的开发.开发的软件接收机通过自制的信号采集设备采集GPS卫星信号,所采集的信号被存储在PC硬盘中供软件接收机VC++软件程序处理,在软件中实现捕获,跟踪等信息处理,实现导航解算功能并通过人机界面将解算结果显示出来.详细介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法,包括采集系统设计方法,软件结构设计方法,以及信号处理软件和导航解算软件的设计方法.给出了所开发的GPS软件接收机接收spirent信号源信号时的工作情况,通过软件接收机的实际运行结果可以看出该软件接收机具备硬件接收机的功能,并且具有良好的捕获跟踪性能.介绍的软件接收机的设计方法适用于所有卫星导航系统的软件接收机.     

一种GNSS中频信号模拟器的设计与硬件实现

提出一种用于描述GNSS中频信号的数学模型和用于模拟产生GNSS中频信号的功能模型。在此基础上,设计出GNSS中频信号模拟器的硬件实现方案,包括芯片选取,功能划分和工作流程控制,给出了软件仿真结果和实际观测结果。该方案实现简单,通过修改相应的算法模块可以模拟各种类型GNSS中频信号,对各类接收机捕获、跟踪及测量精度进行标定,为我国新一代导航系统应用和发展提供了开放式平台。     

用于NASA TOPEX卫星的GPS演示接收机的设计和预期性能

NASA 海洋地形测量实验(TOPEX)卫星用于海洋地形的测绘TOPEX 卫星将装载一种以应用 GPS 为基础的实验跟踪系统。整个实验使用星载 GPS 演示接收机(GPSDR)和位于精确地点的10台接收机网。本项定位技术将同时完成 TOPEX 和 GPS 的轨道调整,TOPEX 的测高精度达亚分米级。本文介绍 TOPEX 计划及其精度要求,重点讨论 GPSDR 的设计,包括软件和硬件。同时也讨论接收机的跟踪及导航性能等问题。     

一种利用剩磁标定的星光/磁测备份自主导航方法

针对空间机动平台GNSS导航系统易受干扰的缺陷,提出一种基于剩磁标定的磁测/星光备份的自主导航方案。当GNSS信号完好时,利用GNSS高精度测量信息和磁强计/星敏带剩磁干扰的联合测量信息不仅可实时估计出机动平台导航参数,同时准确标定出运行环境的剩余磁场强度;当GNSS信号受干扰中断时,在剩磁准确标定的基础上启用磁场/星光备份自主导航方案完成机动平台的导航参数实时估计。由仿真结果可知,当GNSS信号正常时该导航方案具备较高的剩磁标定精度,三轴标定误差为0.026nT,0.293nT,0.107nT;而当GNSS信号受干扰时,备份导航方案三轴位置估计误差为87.3m,172.5m,65.2m,三轴速度估计误差为0.78m/s,0.86m/s, 1.04m/s。 仿真结果表明该方案具备较强的可行性。     

三频GNSS接收机的RAIM算法研究

新一代全球导航卫星系统（GNSS）将为民用用户提供多个可用频点。为了使接收机能够充分利用多频点的卫星信号,提高系统的完好性,提出了一种能够用于三频GNSS接收机的接收机自主完好性监测（RAIM）算法。该算法通过建立三频线性化测量方程,将各频点的伪距信息融合起来。对三频伪距测量误差进行预白化处理,从而可以沿用奇偶矢量法的基本原理进行故障检测和隔离。经过详细理论推导,得到了三频RAIM算法中奇偶矩阵与单频奇偶矩阵间的简单转换关系,极大程度地降低了故障检测和隔离的计算复杂度,更易于在GNSS接收机中实现。仿真结果表明,三频RAIM算法可以提高传统单频RAIM算法的故障检测率和隔离率,尤其在伪距偏差较小的时候,性能改善更为显著。     

GLONASS现代化的启迪

在综述GLONASS系统的天生不足和现代化的基础上,笔者对我国CNSS指南针导航卫星系统的建设,提出下述建议:①建立Compass卫星国际定轨观测网,提高广播星历精度;②实施Compass卫星的在轨自主更新星历,提高CNSS系统的抗毁能力;③针对导航战的新进展,制定既便于国人使用,又能够适应导航战需要的CNSS管理政策;④Compass卫星的导航电文宜提供便于GNSS接收机使用信息,以便扩大应用市场;⑤研发MEMS化Compass卫星,建设强抗毁和强抗干扰的全新Compass星座。     

基于动态零速修正的SINS/ODO组合导航算法研究

全球导航卫星系统(GNSS)存在易遭屏蔽、易受干扰等缺点,故在GNSS信号缺失时,SINS系统的积累误差长时间得不到校正,传统的SINS/GNSS组合导航系统的导航性能迅速降低。当SINS采用微机电(MEMS)器件时,更是如此。为提高车载组合导航系统的导航精度,提出在GNSS信号拒止时,采用里程计(ODO)辅助SINS,并加以动态零速修正的方法,来提高系统的导航定位精度。跑车试验结果显示在GNSS短时拒止时,基于动态零速修正的SINS/ODO组合导航具有较高的导航定位精度。     

基于嵌入式平台的GNSS/INS组合导航时间同步方法研究

针对GNSS/INS组合导航数据融合前时间同步问题,提出一种应用FPGA+DSP通用嵌入式平台实现GNSS/INS组合导航时间同步的方法。提出的时间同步系统以GNSS接收机的PPS所触发的可调脉冲作为时标,利用FPGA实现PPS、GNSS和INS的数据采集和时间计数,利用DSP实现同步时间差的计算补偿以及INS数据外推拟合,从而实现GNSS/INS实时数据同步输出。实验结果表明,研制的GNSS/INS组合导航时间同步系统同步精度可达1.5ms,能够满足一般中低精度车载组合导航系统时间同步需求。     

应用GNSS定位数据的微小卫星自主导航方案设计

为了提高微小卫星的自主能力,设计应用全球卫星导航系统(GNSS)定位数据的微小卫星自主导航方案,可进行自主轨道确定和轨道预报。GNSS接收机生成的定位数据发送给自主导航模块,利用扩展卡尔曼(Kalman)滤波进行导航运算。同时,定位数据发送给星历模型生成器,后者基于解析轨道模型来估计平均轨道参数。当GNSS接收机出现故障后,估计得到的轨道参数可作为备份,确保卫星在轨飞行时能获得轨道信息。利用MATLAB软件进行数学仿真,结果表明:对于700km的近地圆轨道,滤波精度在25m以内,5天内的预报精度在15km以内,证明导航方案具有很好的实用性。