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.     

GPS空间分集接收机

为解决传统单天线GPS接收机在载体旋转情况下不能连续跟踪卫星连续定位和速度偏差较大的问题,提出一种GPS空间分集接收机设计方案。该接收机采用空间分集算法和消旋解算方法,能稳定连续地跟踪GPS卫星信号,并准确地求解出载体的平动速度。     

一种基于UKF滤波器的卫星定位算法

针对基于通用最小二乘迭代法的卫星定位解算方法在定位精度和鲁棒性等方面的不足,提出了一种基于UKF(Unscented Kalman Filter)滤波器的卫星定位解算方法。该方法直接利用GPS接收机测得的伪距和多普勒频移作为观测量,对接收机的位置和速度进行估计。经过工程上的实际验证表明:与基于通用的最小二乘迭代法的卫星定位解算方法相比,所提出的基于UKF滤波器的卫星定位解算方法的定位结果有更高的精度和更强的鲁棒性。     

卫星导航接收机捕获阶段抗欺骗干扰技术研究

卫星导航欺骗干扰信号依靠功率优势可以使接收机误捕获欺骗信号,从而进入跟踪、解算环节,使接收机解算出错误结果.在捕获阶段采取抗欺骗干扰措施,可以有效降低接收机在后续环节抗干扰处理的压力.研究了欺骗干扰对接收机捕获阶段的影响,总结了基于上下限阈值和外部信息辅助的捕获阶段欺骗干扰检测与抑制方法,可为导航接收机抗欺骗干扰设计提供技术参考.     

基于动力学轨道外推的星载辅助GPS快速搜索方法

星载GPS接收机广泛应用于卫星实时导航定位、定时。只要捕获到至少4颗可见GPS卫星,GPS接收机就能完成一次定位。但由于星载GPS接收机处于高动态运动状态,无法接收外界辅助信息,因此大部分星载GPS接收机仍然采用轮询搜索方法对所有GPS卫星进行捕获,导致定位时间长。在此背景下,提出一种星载辅助GPS(AGPS)快速搜索方法,通过减少捕获次数来缩短定位时间。方法以卫星轨道运动规律为辅助信息,基于动力学轨道外推预测星载GPS接收机的概略位置,然后通过计算俯仰角实时判断GPS卫星对星载GPS接收机是否可见。星载GPS接收机可以优先捕获可见的GPS卫星,从而减少捕获次数,缩短定位时间。仿真结果表明,相比于轮询搜索、决策树搜索方法,为搜索到相同颗可见GPS卫星,星载辅助GPS快速搜索方法需要的捕获次数最少;并且,随着轨道高度增加,星载辅助GPS方法需要的捕获次数增加得最慢。     

一种克服NH码调制影响的北斗卫星信号捕获方法

基于北斗公开服务信号B1的结构特点,通过理论分析得出了NH码调制对北斗卫星信号在弱信号环境下捕获的影响,并通过仿真验证了理论分析的正确性,最后提出基于二次精频搜索的捕获方法,克服了这种影响。研究结果对北斗弱信号捕获技术的深入研究具有重要指导意义,能够为其他更优秀的北斗弱信号捕获方案提供理论依据。     

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.     

INS辅助高动态下GPS快速捕获半实物仿真研究

在INS/GPS组合导航系统中,当使用环境对GPS信号捕获的快速性有特殊要求时,运用外部信息辅助可以有效提高GPS信号的捕获速度。虽然GPS捕获算法在理论上已经比较成熟,但是在具体的工程实现中却存在诸多问题。本文针对实际应用需求,分析并建立了基于INS辅助的GPS快速捕获仿真模型,设计了相应的半实物仿真系统,并对该系统进行了多次动态仿真试验。对试验结果的分析表明,本文所采用的GPS捕获方法在实际的硬件环境中仍然有效,GPS在INS的辅助下不损失精度,而捕获速度可以提高两个数量级,满足实际系统需要。     

GPS生成式欺骗干扰关键技术

卫星导航生成式欺骗干扰通过发播伪造的导航信号,诱使目标区域内接收机捕获、跟踪该欺骗信号,从而使接收机解算出错误的位置、时间信息。欺骗干扰信号高度仿真卫星信号,功率远低于噪声,目前抗干扰方法均无法有效识别、抑制,是一种有效的干扰方式。研究了卫星导航生成式欺骗所需的关键技术,介绍了较为成熟的反馈式欺骗干扰源设计方案,讨论了欺骗干扰有效实施的方法。     

一种适用于动态姿态测量的换星方法

利用GPS双差载波相位能够进行高精度的相对定位,进而确定载体姿态.该双差模型要求解算过程中接收机对初始历元的可见星进行持续跟踪,因而在卫星"落下"和"升起"时,往往需要重新初始化,使得实际应用中定姿效率受到影响.本文基于单差裁波相位观测方程提出一种实用的换星算法,该算法通过动态调整待求的整周模糊度向量,能够有效地处理卫星的"落下"和"升起",以及参考星的变换,保证整个姿态测量过程中算法的连续性,最大程度地利用了所有时刻可见星的观测信息,进一步提高了姿态解算的精度,缩短了初始化时间,提高了解算效率,对于动态姿态测量系统的实际应用具有重要意义.实际测试表明,新的换星算法是有效的.     

高动态BDS/GPS联合接收机基带芯片设计与实现

提出一种适用于高动态BDS/GPS联合接收机的基带芯片结构设计,主要包括兼容BDS/GPS的通用C/A码发生器模块、载波NCO模块、码NCO模块和捕获跟踪通道支路结构的设计。该设计可以节约硬件资源,提高卫星信号捕获速度和接收机动态范围。在软件仿真和FPGA原型验证的基础上,设计实现了一款BDS/GPS联合接收机基带芯片,实际样片测试结果验证了设计的有效性。     

基于增强型DGPS高精度星间相对定位的样条方法

用传统的差分GPS（DGPS）方法确定分布式SAR的星间相对位置，可能存在：（1）卫星的高速运动可能导致GPS接收信号的信噪比过低，进而造成可用信号数目无法达到正常解算的要求；（2）传统状态估计方法的精度不能满足要求。为解决上述问题，提出了一种基于增强型DGPS的相对定位样条方法，即在GPS测量的基础上，增加星间伪距测量，并结合待估参数的连续特性，建立了相对定位的样条模型，最后利用最小二乘进行参数估计。仿真结果表明：该方法的相对定位精度比相对传统方法大约提高了3倍。最后的理论分析验证了仿真的正确性。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题，提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法，它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证，结果表明：在20 km基线上，利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊，相时延测量精度优于0.1ns，对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延，具有较好的工程应用前景。     

BDS分集接收机高精度定位技术研究

传统BDS（BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统）分集接收机在定位时，直接使用每个天线的卫星信号，导致定位位置点不明确，定位精度较低。针对该问题，提出了一种高精度的分集定位技术。首先，给出了一种基于通道码相位的天线时延标定算法，以消除不同天线的硬件时延差异；然后，介绍了一种不依赖于外部姿态信息计算北斗坐标系下天线基线向量的方法，并对计算精度进行了理论分析；最后，介绍了一种考虑天线时延和基线向量的分集定位解算算法，通过将定位结果归算至基准天线，明确了定位位置点，从而提高了定位精度。在室外静态环境条件下进行了对比测试验证，结果表明：该定位技术使BDS分集接收机的定位精度得到了明显提高，达到了单天线的定位精度。     

一种改进的北斗卫星信号并行捕获方法

为了提高全并行捕获方式下北斗卫星信号的发现概率,提出了一种改进的并行捕获算法。相对于传统的检测方法,该算法每次搜索需要存储少量的候选值,采用多次观测并统计候选值来完成信号检测。虽然增加了少量存储空间和运算,但是其利用了更多的观测信息,因此有利于提高弱信号下的发现概率。该方法不需要实时统计噪声分布,从而避免了噪声波动对于门限的影响。在高斯白噪声模型下给出了系统发现概率和虚警率的定量评估。理论分析和仿真结果表明该方法可以有效改善北斗弱信号的发现概率,相对于传统判决方法可以提高捕获灵敏度达3~4 dB。     

一种高精度中继卫星捕获跟踪外场无线试验方法

为了验证中继卫星捕获跟踪系统设计,充分考虑地面环境和在轨应用的差异,提出基于近似远场条件下的中继卫星捕获跟踪技术验证方案。利用中继卫星设备、用户航天器模拟设备、高精度二维轨道模拟设备、光学指向设备、天线重力卸载设备以及地面测试设备等组成的验证系统进行捕获跟踪试验,给出了静目标和动目标捕获跟踪试验结果,并与仿真跟踪过程进行了比对。试验结果和仿真结果一致,验证了文章提出的中继卫星捕获跟踪技术验证方法的有效性,进而验证了捕获跟踪技术方案、单脉冲角跟踪体制、跟踪策略等,为中继卫星在轨可靠工作提供技术支撑。     

双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法研究

针对低成本惯性/卫星组合导航系统在复杂环境中易受环境干扰、航向精度较差等问题,对双天线GPS/MEMS-INS深组合导航方法开展研究。考虑不同信号强度下的跟踪特性,基于矢量延迟锁定环(VDLL)、二阶锁相环(PLL)、速度辅助的一阶锁相环,设计了分别适应强信号、弱信号、失锁状态的跟踪环路结构。同时提出一种实用的信号强度判别方法,防止失准通道参与导航滤波器计算,提高导航精度。为保证航向精度,使用双天线接收卫星信号,将双天线载波相位差加入到导航滤波器的量测量中。采用视线矢量水平投影变换,构造了隔离俯仰信息的相位差量测方程,在不对俯仰角造成干扰的条件下修正航向角误差。车载导航试验表明,所设计的导航系统可以在城市环境中提供连续、高精度的导航输出。     

嵌入式GPS通用卫星信号模拟器的设计与实现

GPS卫星信号模拟器能够模拟真实环境下的卫星信号,为测试接收机的性能提供一个仿真的信号源。文章主要讨论了一种基于嵌入式系统的信号模拟器设计方案,并对其中的关键技术进行了分析,最后给出了一种可实现的硬件结构。     

基于TDDM的BOC调制信号伪码同步算法的研究

BOC调制技术以其独有的裂谱特性在实现信号频段共用的基础上,不断推动着卫星导航技术的发展。然而,新的TDDM机理的应用对实现BOC调制信号伪码高效同步提出了挑战。为此,在深入研究BOC信号同步的基础上,提出了一种新的基于成功捕获比例峰值判决门限和待调整峰比约束门限的TDDM伪码同步捕获判决方法,建立了基于TDDM的BOC调制信号捕获与跟踪的伪码同步算法。进一步,通过仿真实验,验证了新的伪码同步算法的合理和有效性。     

一种基于局部球面约束的GPS单频瞬时定向方法

GPS单频瞬时定向具有高精度、低成本和无需周跳检测等诸多优势,但成功率依赖于高精度的伪码测距辅助,同时对可见星数目也较敏感,不利于载体在城市峡谷等遮挡环境中的应用。针对此问题,提出一种带有局部球面约束的整数最小二乘估计方法,算法不依赖于高精度的伪码测距辅助,并充分将姿态角概略信息融入到短基线观测模型中,增强了模型强度,提高了定向解的可靠性。实际试验表明,本方法可以显著提高整数最小二乘的成功率,适用于卫星可见性受限环境下的定向解算。