RNSS/INS深耦合高动态导航接收机测试方法研究CSCD

卫星导航和惯性导航采用深耦合方式实现导航作为世界上最先进的导航形式,在国防中的应用越来越广泛,但其在高动态下的性能需要验证。当前针对深耦合高动态下导航接收机的测试研究较少,本文介绍了基于卫星信号模拟器的测试系统组成及测试用高动态场景,运用模拟测试原理,通过对导航接收机在高动态下定位速度和跟踪灵敏度的测试及其结果分析,验证了导航接收机的深耦合功能,对此类接收机的测试方法进行了初步探究。     

长河二号授时监测接收机设计与实现

长波授时系统是目前国际上授时精度较高的大型地基无线电授时服务系统，其授时信号采用罗兰C信号发播体制，具有作用距离远、稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强等优点。针对GNSS信号在某些特定区域易被干扰、易失锁的问题，设计并实现了一种长河二号授时监测接收机，采用信号完好性检测、ASF（附加二次相位因子）时延修正等技术，实现了高精度、高可靠长波授时与时差监测，可作为GNSS授时的重要补充手段。     

地外探测设备多传感器硬件时间同步方法研究

地外探测对多传感器数据同步采集有极高需求,针对地外环境无法接收到全球定位系统(GPS)信号的问题,提出一种面向无GPS授时的多传感器硬件时间同步方法.以嵌入式单片机系统(MCU)为核心设计高精度时间同步硬件框架,综合运用模拟GPS授时、秒脉冲(PPS)校时和脉冲触发结合的方法,分别对多路相机、惯性测量单元(IMU)和激光雷达进行数据采集同步,在上位机实现时间戳和数据的精确匹配.并搭建硬件平台,设计验证方案,实验测试同步误差.实验结果表明,该时间同步方法可实现传感器数据同步采集,同步精度约2 ms.相比现有地外探测设备,同步精度显著提高,对下一代地外探测设备数据同步采集、实现自主导航与避障有一定借鉴意义.     

基于导航信号模拟器的采集回放测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展,导航终端测试技术越来越得到重视。传统的室内模拟测试和实际信号测试各有优缺点,因而产生了采集回放测试,通过采集存储实际卫星导航信号,并在实验室环境下进行回放,能够有效完成卫星导航终端的实际使用性能测试。基于导航信号模拟器,对采集回放系统做了介绍。选用国产多模接收机为参考标准接收机,以静态场景为例,从终端测试结果角度,分析了终端采集回放定位精度,对基于导航信号模拟器的采集回放测试方法进行了研究。     

一种航天接口芯片静电防护电路的软击穿现象

接口阻抗测试是航天产品中对产品状态是否正常来进行判断的常用方法。在航天产品应用中，通常认为接口芯片阻抗测试异常即代表该接口芯片已经失效。本文针对一种LVDS接口发送芯片由静电导致阻抗测试异常，但功能正常的现象进行分析。在元器件失效分析的基础上，定位静电损伤的位置为芯片内部静电防护电路，从而建立了对应的电路模型，对芯片静电损伤的现象进行理论分析。分析说明：该芯片在被静电打击时，其静电防护电路中一个NMOS管受损，但该电路保护了芯片的功能电路，被击穿的NMOS管等效为一个电阻，因此导致阻抗测试异常，但芯片功能电路未受损的现象，为静电软击穿现象。且可认为该芯片在受静电影响后并未失效，相关电路仍具有正常工作的能力。即阻抗异常现象并不是芯片失效的充分条件。     

长河二号授时监测接收机设计与实现

长波授时系统是目前国际上授时精度较高的大型地基无线电授时服务系统,其授时信号采用罗兰C信号发播体制,具有作用距离远、稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强等优点。针对GNSS信号在某些特定区域易被干扰、易失锁的问题,设计并实现了一种长河二号授时监测接收机,采用信号完好性检测、ASF(附加二次相位因子)时延修正等技术,实现了高精度、高可靠长波授时与时差监测,可作为GNSS授时的重要补充手段。     

基于扩频体制的短波时号发播新方案及可行性分析

短波授时系统采用扩频信号将有助于提高其授时服务质量。顾及到短波信道的复杂性和系统带宽的有限性，本文提出了一种基于两个扩频信号之间的相对发播时间间隔实现短波时号发播的新方案，并对其可行性进行了分析。阐述了所提方案的基本技术思路，并通过理论分析与比较，验证了所提方案相比于常规方案能够显著降低接收机的时号检测错误概率，可更好地实现协调世界时UTC和世界时UT1两种短波时号的兼容发播，为基于扩频体制的短波时号调制技术的进一步研究提供一种有效途径。     

卫星导航终端设备在真实卫星信号下的动态定位精度测试方法研究

卫星导航终端产品测试可分为室内模拟测试和实际信号测试，室内模拟测试信号与实际使用环境有较大差别，不能完全反映实际使用效果；而实际信号测试成本高，重复性较差。为了解决上述测试方法中的不足，本文提出了一种既可实现实际信号的采集，又可在相同环境下反复回放，进而能够高效完成导航终端产品实际使用性能测试方法。本方法基于全球导航卫星系统信号采集回放设备，搭建了包括测试车、实时动态差分基准站、实时动态差分流动站接收机、惯导单元、导航天线等设备的动态跑车测试系统，采集实际信号并在微波暗室中回放，以测试接收机的各项性能指标，为产品定型和性能比较提供参考依据。     

卫星导航终端设备在真实卫星信号下的动态定位精度测试方法研究

卫星导航终端产品测试可分为室内模拟测试和实际信号测试，室内模拟测试信号与实际使用环境有较大差别，不能完全反映实际使用效果；而实际信号测试成本高，重复性较差。为了解决上述测试方法中的不足，本文提出了一种既可实现实际信号的采集，又可在相同环境下反复回放，进而能够高效完成导航终端产品实际使用性能测试方法。本方法基于全球导航卫星系统信号采集回放设备，搭建了包括测试车、实时动态差分基准站、实时动态差分流动站接收机、惯导单元、导航天线等设备的动态跑车测试系统，采集实际信号并在微波暗室中回放，以测试接收机的各项性能指标，为产品定型和性能比较提供参考依据。     

GNSS实时动态授时精度分析

基于GNSS载波相位观测值的实时动态授时，可有效规避PPP授时对实时精密轨道和钟差产品的依赖问题，对短距离动、静态高精度时间用户具有重要意义。为了更好地验证GNSS实时动态授时性能，基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和三个GNSS跟踪站长达2个月的观测数据，以GPS系统为例开展了授时试验。与事后PPP时间传递相比，实时动态授时结果差异STD优于0.15ns；与光纤双向时间传递结果相比，实时动态授时结果差异STD优于0.5ns。试验表明，GNSS实时动态授时精度能够达到亚纳秒量级，可为下一步推广应用提供重要参考。     

Fast calibration of between-receiver GPS/Galileo/BDS differential phase bias with millimeter accuracy based on short baseline mode

The differential code and phase biases induced by the receiver hardware (including receiver, antenna, firmware, etc.) of the Global Navigation Satellite System (GNSS) have significant effects on precise timing and ionosphere sensing, thus deserve careful treatment. In this contribution, we propose an approach to fast fix the single-difference ambiguity to finally obtain the unbiased estimates of between-receiver differential phase bias (BR-DPB) and between-receiver differential code-phase bias (BR-DCPB) based on the short baseline mode. The key to this method is that the error sources can be significantly eliminated due to the length of the baseline is very short. At the same time, the empirical constraints and random characteristics of BR-DPB/BR-DCPB were considered, which is conducive to the resolution of single-difference ambiguity. Several sets of GNSS data (GPS L1/L2, Galileo E1/E5b, and BDS B1/B3), recorded by the short baselines in an interval of 30 s and covered a broad range of receiver/antenna types (JAVA, SEPT, LEIC, and TRIM), were used to verify the effectiveness of the proposed method. The numerical tests show that the proposed method is capable of fast fixing the single-difference ambiguity successfully within a few epochs and then providing the unbiased estimates of BR-DPB and BR-DCPB in an epoch-by-epoch manner. Experiments show that the estimated BR-DPB is in millimeter accuracy, which is of great significance for the millimeter-accuracy phase time transfer and ionospheric delay estimation. Furthermore, the calibrated BR-DPB/BR-DCPB can be treated as the known products for long-distance precise timing and ionosphere sensing based on the inter-station single-difference model.     

罗兰C定时接收系统时延的一种测量方法

分析了罗兰C时号发射、传递和接收各环节信号的变化过程,得出了环形接收天线和杆接收天线两种情况下接收系统时延的表达式,介绍了一种精确测量罗兰C定时接收系统时延的方法,给出了一组实测结果及其分析。     

一种惯性信息辅助下的GPS快捕方法

全球定位系统(GPS,Global Positioning System)信号的捕获时间直接影响高动态环境下GPS接收机的使用性能.在分析传统的外部信息辅助GPS捕获方法的基础上,提出了一种在惯性信息辅助下进行快速捕获的方法,该方法由粗捕获和精捕获构成.详细分析了该方法的实现方法和性能,进行了MATLAB/Simulink系统级仿真及蒙特卡罗仿真试验.仿真结果表明:在保证码相位捕获精度和提高频率分辨率的前提下,运用该方法可以显著缩短GPS接收机搜索捕获的时间,提高接收机的动态性能,相对无外部信息辅助的情况总捕获时间缩短至2%~3%.     

一种数字化DS/BPSK扩频接收机

介绍一种新型数字化DS/BPSK(Direct Spread/Binary Phase Shife Keying)扩频接收机的设计.该接收机采用专用数字相关器为核心的硬件设计,并结合数字处理算法完成扩频信号的解调.技术上采用串并组合的伪码捕获、科斯特环载波跟踪、延迟锁定环伪码跟踪等方式,可通过软件算法灵活实现.该接收机具有综合性能强,及软件接口灵活的特点,可有效地应用于基于码分多址的多目标测控系统中.     

一种地基GNSS接收机差分码偏差估算方法

GNSS不同频点间的码伪距作差会引入信号的差分码偏差(DCB),包括GNSS卫星及地面接收机的DCB.本文提出一种地基GNSS接收机差分码偏差参数估算方法,首先由电离层文件参数作线性插值,计算出电离层延迟误差.之后对IGS站观测文件进行加权最小二乘法估计,得到GPS卫星和地面GNSS接收机的L1C频点和L2P频点间码偏...     

航天GPS接收机信号搜索捕获策略

航天GPS接收机的无辅助冷启动时间是一项重要指标,研究近地轨道应用的12通道C/A码导航型接收机减小冷启动时间的方法.分析GPS信号的多普勒频率和伪码相位搜索方法、捕获检测器及其参数选择、多普勒频率搜索步长和伪码搜索速率, 得到多普勒频率搜索步长为500?Hz,伪码搜索速率为475码元/s.研究轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率等因素对多普勒频率搜索范围的影响.阐述根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法.分析和仿真结果表明,根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法,可将冷启动时间减少25%~30%,影响多普勒频率搜索范围的因素按程度依次为:轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率,再考虑这些因素时可将冷启动时间减少25%~40%.     

软件定义的GNSS反射信号接收机设计

分析了导航卫星反射信号的特点,给出了反射信号软件接收机的总体结构及其主要模块,主要包括接收直射和反射信号的天线、射频前端和高速A/D变换器,以及数据处理用的计算机.重点介绍了反射信号处理的基本过程,其中主要讨论了本地反射信号C/A码的生成模式,在此基础上分析了反射信号相关功率的计算方法,并给出了具体的仿真计算实例.设计了反射信号处理的具体实现软件,包括详细的流程图,关键参数和主要函数的定义及用户界面,利用实际采集的数据进行了验证,结果表明所设计的反射信号接收机运行稳定,能根据用户输入的不同参数提供导航卫星反射信号的相关功率输出.     

Demonstration of a high sensitivity GNSS software receiver for indoor positioning

Advances in signal processing techniques contributed to the significant improvements of GNSS receiver performance in dense multipath environments and created the opportunities for a new category of high-sensitivity GNSS (HS-GNSS) receivers that can provide GNSS location services in indoor environments. The difficulties in improving the availability, reliability, and accuracy of these indoor capable GNSS receivers exceed those of the receivers designed for the most hostile urban canyon environments. The authors of this paper identified the vector tracking schemes, signal propagation statistics, and parallel processing techniques that are critical to a robust HS-GNSS receiver for indoor environments and successfully incorporated them into a fully functional high-sensitivity software receiver. A flexible vector-based receiver architecture is introduced to combine these key indoor signal processing technologies into GSNRx-hs™ – the high sensitivity software navigation receiver developed at the University of Calgary. The resulting receiver can perform multi-mode vector tracking in indoor environment at various levels of location and timing uncertainties. In addition to the obvious improvements in time-to-first-fix (TTFF) and signal sensitivity, the field test results in indoor environments surrounded by wood, glass, and concrete showed that the new techniques effectively improved the performance of indoor GNSS positioning. With fine GNSS timing, the proposed receiver can consistently deliver indoor navigation solution with the horizontal accuracy of 2–15 m depending on the satellite geometry and the indoor environments. If only the coarse GNSS timing is available, the horizontal accuracy of the indoor navigation solution from the proposed receiver is around 30 m depending on the coarse timing accuracy, the satellite geometry, and the indoor environments. From the preliminary field test results, it has been observed that the signal processing sensitivity is the dominant factor on the availability of the indoor navigation solution, while the GNSS timing accuracy is the dominant factor on the accuracy of the indoor navigation solution.     

光信号眼图校准模块设计

介绍一种新型光信号眼图校准模块的设计方法,给出了眼图测量的参数、眼图校准模块设计原理和试验装置的选择思路,充分考虑了可调谐激光器的出光功率、偏振方向、光调制启、微波放大器引入的误差以及被测设备自身的抖动、时基误差等因素,通过开展上升时间测试和抖动测试,分析了光接收机的带宽、抖动对标准眼图的影响,最后给出了试验结果,分析光信号的眼高度、眼宽度、消光比、光调制幅度、抖动与码速率、码长度、误码率参数的关系。     

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。