参考站相对位置对AGNSS接收机卫星信号捕获的影响

AGNSS(Assisted Global Navigation Satellite Service)接收机的性能受辅助信息准确程度的影响.由于参考站位置和终端的真实位置存在偏差,使得接收机获得的参考多普勒频移不准确,将增大弱信号条件下终端对卫星信号频率维搜索的范围.为分析参考站相对位置对AGNSS接收机卫星信号捕获的影响,推导了参考站相对位置偏差引起的多普勒频移分布以及最大频率搜索空间的表达式,并进行了数值仿真和分析,得到了一些有用的结论.     

基于IMU辅助的高动态GPS信号捕获算法

高动态环境存在较大的多普勒频移,传统的GPS信号捕获方法捕获时间较长。为了快速捕获到信号,提出将惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)辅助与快速傅里叶变换(FFT)相结合的快速捕获算法。该算法通过外部IMU的位置、速度辅助,预先估算高动态载体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围;利用二维FFT方法同时搜索码相位和多普勒频率,降低计算复杂度,加快捕获速度。仿真结果表明该算法可以显著减少捕获时间,提高捕获性能。     

一种高动态GPS软件接收机方案研究

为了提高GPS接收机的捕获速度和跟踪精度,改善其动态适应性能,提出了一种GPS软件接收机方案.首先采用延迟、累积捕获结构搜索C/A码起始点,引入延迟累加器辅助频谱分析实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程简化为两个一维搜索过程,提高了捕获速度;然后采用多重辅助结构的跟踪环路,提高载波、伪码频率和相位的跟踪精度.通过对GPS实测数据和高动态模拟数据进行仿真实验,验证了该软件接收机方案的有效性.     

惯性信息辅助高动态接收机捕获问题的研究

高动态环境为GPS接收机快速捕获信号带来了困难,通过外部的惯性信息辅助,接收机能预先估算高动态栽体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围,减小捕获时间.本文在GPS信号捕获原理的基础上,介绍了多普勒和码偏移误差对检测概率的影响,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,着重分析了GPS接收机在冷启动和温启动的情况下有惯性辅助和无惯性辅助的平均捕获时间.结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显地减少接收机捕获的时间,提高接收机捕获的性能.     

高动态条件下SINS信息在GPS软件接收机信号捕获中的应用

目前卫星信号捕获主要采用自主搜索算法,在高动态环境下,由于信号存在较大的多普勒频移,且变化较为剧烈,导致自主搜索算法搜索范围变大、时间延长,通常不能满足高动态条件下的应用要求.本文在SINS/GPS松组合框架下,基于软件接收机的灵活性,利用SINS信息,使用FFT方法(并行码相位搜索算法)实现GPS信号的捕获,得到一种外部信息辅助搜索算法.仿真实验证明该搜索算法可快速有效地实现高动态GPS信号的捕获.该算法同样适用于GLONASS及我国的北斗卫星导航系统.     

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。     

基于频域的软件接收机多普勒补偿算法

由于卫星和接收机之间存在的相对运动,在接收机使用过程中必然会引入多普勒频移。而多普勒频移将导致扩频增益发生衰减,影响捕获工作的完成,因此在捕获过程必须进行相应的补偿处理,去除多普勒频移所产生的影响。本文以时域复指数相乘等于频域偏移原理为基础,采用频域补偿算法替代时域串行搜索算法改进捕获算法,简化了计算过程,节省了频域变换处理计算量,通过实际算例证明有效可行。     

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。     

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。     

双模GNSS接收机中可重构FFT处理器设计

在双模GNSS接收机中,GPS和BD2卫星的PN码长度不同,造成接收机中的捕获通道不能通用。提出一种可重构的FFT实现方法,利用1024点FFT以及可复用的基2/基4处理单元组成可重构FFT,实现2048点FFT或4096点FFT,使得接收机能够利用同一个FFT模块捕获GPS信号或BD信号,从而节省了接收机的硬件资源。同时可通过复用FFT的方法共用捕获通道,为提高捕获速度和精度提供硬件基础。     

卫星导航接收机欺骗攻击及防护综述

本文主要研究卫星导航欺骗干扰技术与欺骗防护技术,首先介绍欺骗干扰的生成方式、欺骗干扰实施策略与播发策略,并从欺骗威胁、实现难度、防护难度等多方面给出现有欺骗技术的对比分析。其次从信号体制、终端处理技术、辅助信息校验技术等三个层面介绍现有欺骗防护技术,并从欺骗适应性、实现需求、实现难度、实现效果等几方面给出防护技术对比分析。在此基础上,研究在面对不同欺骗攻击时接收机的欺骗防护框架,对于评估导航接收机的防护能力有借鉴意义。     

Modified Rake architecture for GNSS receiver in a multipath environment

Multipath is one of the major error sources in satellite-based navigation systems. This paper proposes a new anti-multipath architecture, named Modified Rake (MRake), for Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver. The architecture derives from RAKE receiver in communication system. It can track direct-path and multipath components separately from the received signal without consumption of much hardware resources or complex calculation. The MRake architecture uses an Amplitude Estimation Unit (AEU) to estimate the amplitude of each component, and a noncoherent DLL to adaptively control its time-delay. Since the receiver only uses the direct-path signal to calculate the user's position, the tracked multipath components are subtracted from the composite signal to reduce the multipath effect, and thus to reduce tracking error. MRake receiver shows better performance or consumes much fewer resources than traditional anti-multipath techniques.     

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。     

全球导航星座星间链路技术发展建议

美国全球定位系统（GPS）的Block IIR和Block IIF系列导航卫星安装了UHF频段的星间链路收发设备,未来的GPS Ⅲ系列导航卫星将用Ka频段星间链路替代UHF频段星间链路,提高星间数据通信容量,增强抗干扰能力;俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）的新一代GLONASS-K系列导航卫星开始安装S频段星间链路收发设备;欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统也在规划全球导航星座的星间链路体系;我国北斗（Compass）卫星导航系统正处在由区域覆盖向全球覆盖的过渡阶段,全球星座的星间链路正处在多种系统体制的抉择中。文章在对国外各种星间链路研究的基础上,从导航星座星间链路需求和特点出发,提出建议：1）建设高频段星间链路;2）加强星间天线与卫星总体的联合设计;3）星间网络协议要具有灵活性;4）尽可能保持每颗卫星的星间链路设备状态一致。文章考虑了现有国内技术储备和国外未来技术发展方向,提出的观点可以作为我国全球卫星导航系统对星间链路选择的参考,对我国Compass系统建设技术先进的星间链路有一定的指导意义。     

一种提高GNSS测速精度的自适应Kalman滤波算法

在卫星导航系统动态定位中,采用基于瞬时多普勒观测量的最小二乘法确定速度,当载体高机动时,多普勒误差迅速增大,从而导致测速精度大幅度降低。针对该问题,提出一种同时实现动态模型自适应修正和观测模型自适应更新的Kalman滤波算法。算法采用滑动窗方式来建立实时更新的动态模型参数,使当前统计模型自适应地跟踪载体的动态特性。此外,算法提出观测模型的自适应更新方法,通过设置载体状态判决门限,高、中机动时仅进行受动态应力影响小的伪距更新,低机动下添加精度较高的伪距率更新。通过Sprient GSS8000模拟器产生的动态场景验证表明,相对于最小二乘法和常规Kalman滤波算法,提出的自适应Kalman滤波算法能够全面提高载体在多种运动状态下的测速精度。     

GNSS接收机中采样率对时间鉴别力的影响

探讨了GNSS系统中,伪码跟踪环的时间鉴别力与采样率之间的定量关系,提出了时间鉴别力的性能评估准则及其计算方法。然后以GPS L5信号为例,重点考察多普勒效应对采样系统时间鉴别力的影响。实验表明,一般来说,随着采样率的增加,采样系统的时间鉴别力也会随之提高。但是当采样率接近或者恰好等于码片速率的整数倍时,采样系统的时间鉴别力会陡然下降。虽然多普勒效应能够显著改善等量采样系统的时间鉴别力,但是与设计良好的非等量采样率相比,其改善程度十分有限。本文提出的算法可以应用于GNSS数字接收机设计工作,以选择“较优”的采样率,即以较低的硬件成本实现较高的时间鉴别力。
     

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。     

基于互联网的导航定位增强信息大规模实时播发研究

在卫星导航系统中，可通过注入增强信息的方法提高导航定位精度、可靠性和完好性。导航定位增强信息一般由卫星播发，通过互联网播发导航定位增强信息是近期一个新的研究热点。本文综述了互联网播发技术的研究现状，提出了一个基于互联网的导航定位增强信息大规模实时播发系统模型，采用基于对等网络技术、具有自组织特性的分层混合结构覆盖网络，有效降低了系统构建和管理的复杂性。论文还分析了导航定位增强信息播发的实时性和安全性需求，并提出了解决思路。     

一种GNSS双频信号跟踪的新方法

在双频接收机双频L1辅助L2跟踪方法基础上提出一种GNSS双频信号载波和差联合跟踪新方法。该算法能够克服传统的L1辅助L2跟踪方法L2信号能得到L1信号辅助信息、而L1信号得不到L2信号任何辅助信息的固有缺点。仿真结果表明：该和差联合跟踪方法相比传统的双频信号跟踪算法能够耦合双频信号实现其相互辅助跟踪,具有提高GNSS双频信号的跟踪稳健性和灵敏度等优点。     

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。