基于多普勒辅助的惯性/卫星深组合技术研究

针对高动态、强干扰环境下高精度组合导航应用需求,基于卫星导航环路误差模型,仿真分析了不同精度等级惯性辅助对环路的影响,量化分析了多普勒辅助对环路性能的提升效果;给出了多普勒辅助环路实现方法,结合卫星导航环路处理流程,提出了多普勒速度辅助环路实现方案;基于高动态轨迹进行了仿真实验,结果表明,基于多普勒辅助的惯性/卫星深组合技术能够有效提升环路高动态跟踪能力,在惯性信息辅助下,能够实现在25g/s加加速度、50g加速度高动态环境下对卫星信号的稳定跟踪。     

GPS/SINS超紧组合导航的性能分析

GPS接收机在高动态环境下很容易失锁,特别是载体的高动态造成的应力对接收机载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航,分析了GPS接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限,采用惯导速度辅助GPS接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉及到GPS接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据,难度较大。针对超紧组合仿真专门开发了GPS实时软件接收机、高动态GPS中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的GPS/SINS超紧组合仿真系统。仿真结果表明,该超紧组合导航系统可以跟踪50g的加速度和10倍音速。     

Discussion for Deeply-coupled GPS/INS Technology

面对未来信息化、电子化战争复杂的电磁环境和高速、超高速精确制导武器发展需求,传统GPS/INS组合导航技术很难满足武器性能指标的要求.而GPS/INS深组合导航系统能在高动态和复杂电磁环境下为精确制导武器提供稳定、可靠、精确的导航信息,实现精确制导武器在复杂战场环境下对目标的精确打击.因此GPS/INS深组合技术成为近来人们的研究热点.深组合技术除了传统意义上利用GPS接收机信息修正INS之外,同时,采用INS导航数据还能对GPS接收机载波跟踪环路进行外部辅助,剔除信号中的动态信息,减小GPS接收机载波跟踪环对信号的跟踪范围,压缩环路带宽,提高接收机在高动态环境下工作稳定性和接收机抗干扰性能,以保证组合导航系统的可用性和可靠性.     

惯性辅助高动态RTK 模糊度浮点解求解算法研究

载波相位差分(RTK)技术需要着重解决整周模糊度快速精确求解问题。针对高动态应用,提出一种利用惯性信息辅助求解RTK整周模糊度浮点解的算法,建立了基于加速度信息辅助的Kalman滤波器模型,分析了加速度误差和惯导信息延迟对滤波结果的影响,并通过仿真对算法的动态性能进行了深入研究。仿真结果表明,与未受辅助的Kalman滤波算法相比,基于惯性辅助的求解算法能够在高动态下获得较精确的整周模糊度浮点解,使后续整数解的搜索空间更小,提升了模糊度固定效率和成功率;在发生周跳、出现野值和跟踪到新卫星信号的情况下,该算法同样具有很好的模糊度浮点解求解性能;此外,惯导加速度的随机测量误差和信息延迟不会对算法的性能造成较大影响。     

一种基于参数控制的低轨星载接收机载波跟踪算法CSCD

低轨星座接收机面临大多普勒频移及频繁快速换星等设计约束,对其载波跟踪环路设计提出了较高的动态适应性与跟踪精度要求。针对以上问题,提出了一种基于参数控制的载波跟踪算法。该算法引入环路控制因子参数,将环路滤波器分为牵引和跟踪两阶段。基于理论建模推导环路控制因子的最优参数配置原则,指导实现牵引和跟踪两种状态滤波器的协同配合,在牵引阶段有效引导大多普勒信号快速入锁,在跟踪阶段精确估计载波频移参数,实现基于低轨星载平台的GNSS信号快速准确跟踪。理论与仿真结果均表明基于参数控制的载波跟踪算法能够有效提升环路的动态适应性与跟踪精度,满足低轨星载接收机的设计需求。与传统算法相比,该算法在保证信号跟踪精度的同时,能够将收敛时间缩短78%,且环路设计简单,易于硬件实现。     

轨道预测辅助GPS载波跟踪技术用于低轨道卫星定位研究

针对低轨道卫星及其特定的运动环境,研究了星载GPS接收机载波跟踪问题。基于卫星轨道可模化、可预测的特性,提出了利用预测卫星轨道计算多普勒频移,并用于辅助载波环路跟踪的新方法。该方法有效地降低了低轨道卫星GPS信号跟踪中的动态,从而在跟踪过程中可以采取降低环路阶数、减小环路带宽、增加预检测积分时间这几种措施来提高环路跟踪弱信号的能力,有助于提高低轨道卫星的定位性能。     

基于权值调整的FLL辅助PLL方法

锁相环技术越来越广泛应用于雷达、导航设备、空间技术等方面,特别是近年来在高动态信号环境中的应用更为广泛,但在此环境中存在环路带宽和高信噪比的矛盾,跟踪高动态信号时需要增加环路的带宽,但在增加带宽的同时会导致信噪比降低,反之,提高信噪比必须减少带宽.文中利用FLL有较高动态性能的特点,采用了FLL辅助PLL的方法来解决这对矛盾.而FLL辅助PLL的方法有多种,文中首先介绍了FLL/PLL(FLL牵引PLL)和FLL&PLL(FLL与PLL)的辅助方法原理及优缺点,最后通过改进采用了基于权值调整的FLL辅助PLL的方法,并用VHDL对它进行了设计,最后对三种方法进行了仿真验证.     

基于提前停止判决的编码软信息辅助载波同步

 针对目前编码辅助载波同步算法中复杂度较高、延时大的问题,提出了引入辅助停止判决机制的编码辅助载波同步算法。在现有的编码辅助载波同步结构基础上,该算法能对环路信噪比(SNR)进行实时判定,在环路SNR满足限定条件后提前停止编码辅助载波同步迭代,而不影响译码性能。采用新的相位估计方式估计含相位噪声的载波相位,提升了该条件下的环路信噪比。仿真采用码率为1/2的低密度奇偶校验(LDPC)码作为编码方式,结果表明:在误码率为10^-5时,该算法减少了约50%的编码辅助载波同步迭代次数;在含相位噪声的信号条件下,与理想解调译码相比,性能损失不超过0.15 dB。     

基于滑动DFT和插值DFT算法的GPS信号载波跟踪方法

 在分析GPS接收机跟踪环路信号特征的基础上,将滑动离散傅里叶变换（DFT）算法和插值DFT频率估计算法相结合,提出一种在频域进行的载波跟踪方法。该方法首先根据捕获时得到的粗略载波频率估计值确定计算DFT值点的范围,然后利用滑动DFT算法计算这部分点的DFT值,最后利用插值DFT频率估计算法估计载波频率,进行跟踪环路中载波频率的更新。该方法计算复杂度低,便于实际应用。仿真结果显示,该方法能够对载波频率正确跟踪,验证了算法的可行性。     

基于FPGA的北斗B1频点接收机 基带信号处理器设计

针对北斗二代B1频点信号比特翻转频繁的问题,设计并实现了基于FPGA的北斗B1频点导航接收机基带处理器.该处理器在信号捕获过程中设计了频率精细搜索的精捕获算法,避免了假捕获并且提高了捕获频率的精度;在载波跟踪环路中设计2阶锁频环辅助3阶锁相环的方案,以提高环路跟踪的动态性能.其中,锁频环和锁相环均设计了对比特翻转敏感的鉴别器,保证环路跟踪的准确性.试验结果表明,该基带处理器设计具有较高精度的捕获频率和良好的高动态跟踪能力.     

基于极大似然估计器的GNSS矢量跟踪算法

矢量跟踪是一种将全球导航卫星系统(GNSS)接收机的信号跟踪与导航解算融为一体的跟踪算法。传统的基于矢量延迟/频率锁定环(VDFLL)的跟踪算法普遍采用延迟锁定环(DLL)和锁频环(FLL)鉴别器计算伪距和伪距率偏差观测量,由于锁频环鉴别器存在近似误差和一步延迟效应,在高动态环境下容易造成环路失锁。从直接估计卫星信号特征参数的角度出发,基于中频信号模型构建码相位和载波多普勒的极大似然代价函数,采用非迭代估计算法得到各通道码相位和多普勒频移的估计偏差,转换为卡尔曼滤波器的观测矢量,提出一种基于极大似然估计器(MLE)的矢量跟踪算法。理论分析和仿真结果表明:新算法结合了极大似然估计和矢量跟踪的优点,克服了FLL的延迟效应,与基于VDFLL的矢量环路相比,高动态环境下的跟踪稳定性更好,可以对被遮挡的卫星保持持续的跟踪。     

基于I、Q信号的北斗接收机跟踪环路设计

传统的北斗接收机一般采用标量跟踪环,每个通道的卫星相互独立,在此 基础上,又发展起来了基于矢量跟踪的接收机,使每个通道的卫星跟踪不再相互独立。 提出的基于I、Q 信号观测的接收机跟踪环路,保留矢量跟踪的特点,并且采用EKF 作 为跟踪环路预处理滤波器,代替传统跟踪环路的鉴别器,可以在高动态的环境下对卫星 信号进行跟踪,提高环路的稳定性,从而可以有效地提高BDS/INS 深组合导航滤波器观 测量的估计精度。主要对高动态信号跟踪进行仿真,并与传统的标量跟踪方法和矢量跟 踪方法的跟踪能力进行比较。实验表明, 改进的矢量跟踪环能够在高动态的环境下运 行,比起传统环路有更小的跟踪误差。     

一种高动态低信噪比下载波快速捕获跟踪方法

针对高动态、低信噪比的接收信号,首先对整个多普勒频率范围进行分段,并在每一段内利用本地产生的带有多普勒频率变化率的复信号来抵消接收信号中多普勒频率变化率的影响,然后在每一段内利用FFT（FastFourierTransform,快速傅里叶变换）进行载波频率并行捕获,从而同时完成载波多普勒频率及其变化率的初步估计。利用载波多普勒频率及其变化率估计信息辅助锁频环快速入锁,进而利用锁频环辅助三阶锁相环完成载波信号的锁频锁相跟踪。使用这种方法,可以快速获取信号的多普勒频率及其变化率信息,并且在极短时间内完成载波的稳定跟踪,使接收设备具备快速捕获跟踪大动态弱信号的能力。     

一种鲁棒GNSS矢量跟踪环

复杂环境下导航接收机的连续可用性一直是卫星导航领域的研究重点。针对矢量跟踪环动态适应性不够和误差在通道间传播的问题,提出一种鲁棒全球导航卫星系统(GNSS)矢量跟踪环。基于各通道的伪距、伪距率和伪距加速度状态量构建扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过灵活设置过程噪声方差阵,实现跟踪通道的耦合与解耦;采用基于极大似然估计器(MLE)的鉴别器生成码延迟和载波频率偏差观测量;利用滤波值修正并预测伪距率来控制本地数控振荡器(NCO),实现环路的闭合。仿真结果表明,本文设计的矢量跟踪环在保证环路相互辅助的基础上,避免了衰减通道误差在通道间的传播,可以对被遮挡信号保持稳定跟踪,鲁棒性优于传统矢量延迟频率锁定环。     

极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题,通过分析信号跟踪模型和相关器1 ms采样数据特性,将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步,并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型,针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况,将位同步模块提前,研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的SRUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能,而无须关心环路是否处于锁定状态,能够对载噪比低至22 dB/Hz的弱信号实现跟踪。     

加速度冲击对卫星接收机性能影响

基于加速度对晶体振荡器输出频率的影响,研究了加速度冲击对卫星接收机性能的影响。首先,利用ANSYS软件仿真分析了加速度冲击作用对石英晶体形变的影响过程,在此基础上建立加速度冲击环境下卫星接收机参考源晶振的频率偏差数学模型;接着,分析在加速度冲击下由参考晶振频率偏差对接收机射频前端输出中频信号的影响,并结合卫星接收机的工作原理阐述了加速度冲击对其跟踪性能的影响。仿真结果表明,加速度冲击会使接收机跟踪环路的性能恶化,时间较长会引起跟踪环路失锁。     

基于UKF准开环结构的高动态载波跟踪环路

 对高动态环境下的全球卫星导航系统（GNSS）载波信号跟踪方法进行了研究。在分析高动态载波信号模型的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的准开环载波跟踪方法。此方法能够消除导航数据二进制相移键控(BPSK)调制的影响,并采用四维UKF相位估计模型提高跟踪精度,同时对估计值进行补偿以减少滤波器的滞后性。通过模拟接收机的高动态运动轨迹,从跟踪误差、跟踪结果和补偿效果3个方面,与基于卡尔曼滤波（KF）的锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)结构的传统跟踪方法进行比较,结果表明基于UKF的准开环跟踪方法能够有效地完成高动态环境下的载波跟踪。     

北斗/惯性深耦合接收机速度误差特性研究

北斗/惯性深耦合接收机利用了惯性辅助和微惯性器件误差实时补偿技术,具有更好的高动态适应性与抗干扰能力。深耦合接收机中,惯性测量模块与接收机模块的信息相互利用,形成了2个闭合的误差传递通道:位置通道和速度通道。针对速度通道分析了误差传递特性。首先,考虑了三阶锁相环所实现的载波跟踪环路,在对组合滤波器进行简化的基础上,建立了速度通道的传递函数模型;然后,推导了惯性辅助误差到接收机速度误差的传递关系,分析了其误差特性;进一步将惯性辅助误差分为由惯性器件误差和由辅助信息更新率低引起的误差,分别分析了它们对接收机速度误差的贡献。分析结果表明:1)惯性辅助误差到接收机速度误差的传递模型表现为高通特性;2)由惯性器件误差所引起的速度误差,因受载波跟踪环路滤波器的作用而大大减小;3)比较而言,由辅助信息更新率低所引起的速度误差更为显著。     

高动态连续波雷达测量接收机

本文介绍一种高动态测量接收机,它能跟踪高动态特性的飞行器,其载波环的某些功能部件用软件来实现,伪码的跟踪借助载波多卜勒辅助,且在半个码元宽度内就能完成码同步。多卜勒频率和载波相位的测量基于最大似然估计理论,径向距离的测量基于孙子定理。这种接收机结构简单、新颖,测量精度高,成本低廉,特别是能跟踪速度、加速度很大的飞行器,其性能可与最新颖的高动态GPS接收机相媲美。     

单载波干扰对星载扩频应答机码跟踪回路影响研究

扩频码同步是基于扩频体制卫星测控通信中的一项关键技术。研究单载波对星载扩频应答机中全时间超前-滞后非相干跟踪回路的影响,分析单载波干扰存在时跟踪抖动的恶化程度,给出相应的数学表达式,并进行了Matlab仿真。仿真结果表明：在一定的跟踪回路带宽下,恶化程度随着系统的扩频增益或频偏的增加而减小,并随着干信比的增加而增加。单载波干扰不变的前提下,恶化程度随着回路带宽的增加而增加。