基于阵列天线的一种GPS多径抑制方法

为了抑制多径效应对GPS的严重影响，在分析了多径效应对伪码跟踪环路影响的基础上，提出了一种基于空间平滑的改进稳健波束形成算法来抑制GPS多径效应。以直线阵为基础，采用前后向空间平滑算法对阵列接收信号进行预处理，针对各种失配，采用改进的稳健波束形成算法进行处理。该方法既可以有效地抑制GPS多径效应，又可以有效地改善伪码跟踪环路的跟踪精度。仿真实验结果验证了所提方法的正确性和有效性，具有较高的工程实践价值。     

非高斯环境下的GPS自适应多径抑制技术

为解决非高斯环境下的全球定位系统(GPS)信号多径抑制,尤其是短延迟多径抑制问题,推导出一种具有权值修正更新能力的改进最小平均p范数(LMP)算法。该算法通过对权值变化趋势项的预测可有效减小算法的收敛时间,通过对其参数变化影响的理论分析和仿真,证实在所设实验条件下算法的收敛时间最大可减少50%。为在自适应多径参数估计时应对非高斯噪声环境的影响,同时获得更大的处理增益,设计了改进的自适应多径估计方案,将算法应用于方案的权值更新,并对更新后的权值引入均值滤波,仿真证明所提多径抑制方案在非高斯和高斯环境下均能表现出很好的稳定性和有效性。     

基于铱星/INS组合定位技术在船舶中的应用研究

GNSS拒止环境下惯性/GNSS组合导航系统的性能会严重恶化,通过利用并提取机会信号中的有用观测量,可以实现机会信号和惯性系统的联合动态定位。提出了利用铱星/INS组合定位技术实现船舶的动态定位。首先深入研究了铱星的信号体制,建立了利用铱星瞬时多普勒频移进行定位的算法模型;然后,提出了利用基于扩展卡尔曼滤波(EKF)技术的铱星机会信号与INS组合定位算法;最后,通过船舶航行实测数据对所提算法进行了试验验证。结果表明,提出的利用铱星机会信号和INS组合定位方法可以有效改善无GNSS信号条件下的INS定位精度,在GNSS信号拒止环境下解决了船舶定位问题,具有重要的研究意义和实用价值。     

GNSS接收机在探月三期中的应用研究

探月工程对飞行器导航系统的性能提出了更高要求,因而有必要研究GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)接收机在探月任务中的应用。以探月工程三期为应用需求,开展地-月-地转移过程中的GNSS接收机可用性分析、GNSS信号特性分析;并针对低信噪比环境下的高灵敏度接收机系统应用进行设计,采用弱信号捕获算法和弱信号跟踪算法实现-175dBW的灵敏度;最终采用基于轨道动力学模型的卡尔曼滤波方法实现了GNSS自主定轨算法。仿真表明:GNSS接收机在60 000km以下的地-月转移和月-地转移弧段能够为探月飞行器提供100m以内位置精度的导航服务。     

基于嵌入式GPU的三天线GNSS基带信号处理加速技术

GNSS软件接收机因其可移植性及灵活性等优点,持续受到业内关注。但传统的软件接收机存在计算量大、耗时长的捕获和跟踪基带信号处理过程,使得软件接收机往往跟踪通道较少,且难以在嵌入式系统上运行。利用嵌入式图形处理器(GPU)的高浮点性能和并行运算能力,对GNSS软件接收机中耗时长且并行性明显的模块进行加速,实现采用CUDA流的数据读取,以及多采样点并行的捕获和多采样点、多卫星并行的跟踪。采用嵌入式GPU进行加速后,可将数据读取速度提高3.43倍,卫星搜捕速度提高16.83倍,卫星跟踪速度提高11.28倍。实验结果表明,在嵌入式Jetson TX2平台上可以支持超过90个62MHz采样的GNSS卫星信号处理。研制了三天线GNSS信号的定位和测姿接收机,为未来小型嵌入式PNT系统的研制提供新思路。     

可融合里程计的INS/GNSS组合导航系统设计与试验分析

为了解决卫星信号被遮挡环境下MEMS-INS/GNSS组合导航漂移问题,对GNSS信号中断时的MEMS-INS/GNSS系统应如何抑制导航误差的漂移进行了研究.采用基于误差状态的EKF信息融合方法,灵活接入轮式或视觉里程计(OD)的速度约束,建立了一种MEMS-INS/GNSS/OD导航系统.在试验中,对比分析了加入A...     

基于场景检测的城市环境GNSS/INS组合定位方法研究

城市复杂环境下,采用GNSS/INS组合定位方法能有效提升GNSS信号部分或全部被遮挡情况下的车辆连续定位能力。GNSS信号受遮挡的程度具有随机性和突变性,给GNSS/INS组合算法的架构设计和参数设置带来了挑战。基于此,设计了一套基于场景检测的GNSS/INS组合定位策略与方法,提出了以多星GNSS观测量的八类特征为输入,利用支持向量机分类思想将定位场景分为室外开阔、室外遮挡和室内三种类型,并建立了与之相适应的组合滤波量测误差估计模型,进而实现了GNSS/INS组合定位。实测数据验证表明,提出的方法能够有效提升车辆组合定位精度。     

GNSS/SINS组合导航中多路径效应的识别与抑制算法CSCD

针对GNSS/SINS组合导航系统中,GNSS定位易受多路径效应影响的问题,提出了一种多路径效应识别与抑制算法。通过设计姿态检测与χ^(2)检验相结合的两层多路径效应识别方法,实时检测GNSS输出结果的可靠性和GNSS/SINS二者定位的一致性。将提出的抗野值自适应滤波算法用于对多路径误差的抑制,当检测到GNSS受多路径效应影响时,通过残差加权减小异常量测量在量测更新中的比重;当GNSS定位正常时,通过限定记忆指数加权的方式计算残差协方差的极大似然最优估计,并采用渐消滤波提高滤波器的调节能力。通过实际跑车试验验证了该算法能够有效抑制GNSS多路径误差,具有较高的导航精度与自适应能力。     

基于数字补偿的快速频率合成方法的研究

基于I/Q调制的快速频率合成方法比目前采用的频率合成方法更易调试,而且使用灵活。其思路是将信号先通过单边带调制,将较低频率调制到需要的频率范围;然后采用对基带信号的数字预补偿方法来抑制镜像频率和载波泄漏,从而达到应用的目的。文章中还给出一种基于输出信号包络信息的补偿系数调整算法,其仿真结果说明该新补偿算法可以有效抑制镜像频率和载波泄漏。     

基于软件的GNSS转发式欺骗系统的仿真实现

根据软件接收机与转发式欺骗系统的基本理论,基于软件设计了GNSS转发式欺骗系统,生成了单通道的真实、欺骗和混合信号,设置了不同的干信比和延时距离,并合成了多通道信号.通过仿真,分别在捕获阶段、跟踪阶段与定位结果阶段验证了该基于软件的GNSS转发式欺骗系统的正确性与可靠性.     

Gating Functions for Multipath Mitigation in GNSS BOC Signals

A new multipath mitigation technique is proposed for binary offset carrier (BOC) signals in global navigation satellite systems (GNSS) using the concept of gating function originally conceived for the GPS coarse-acquisition (C/A) code. Specially-tailored pulses are utilized to diminish the number of false-lock points of the code discriminator response and to improve the multipath mitigation capability. The code loop includes only four real correlators (two extra correlators are required for the simplified bump-jumping algorithm with BOC(n,n) signals). Results obtained with BOC(n,n) and BOC(2n,n) signals show that this technique eliminates the multipath ranging errors for reflected rays with relative delays typically above twenty percent of the spreading code chip duration, thus comparing favorably with the conventional receiver correlation techniques.     

数字域谱估计的GNSS系统信号带宽测试方法

针对传统的单载波扫频法不适于GNSS（全球导航卫星系统）信号生成通道的带宽测量的问题,提出了采用数字信号处理的信号带宽方法.对实际导航信号进行高速采样,在数字域对采样的导航信号和本地数字生成的理想导航信号进行频谱估计和计算,从而得到GNSS信号带宽.分别使用周期图法和Welch法谱估计,对提出的测试方法进行仿真.仿真结果表明,采用Welch法进行理想信号和实际信号谱估计,对谱估计后的结果进行计算,可以完成GNSS信号带宽精密测量,在Welch法估计参数设置合理的情况下,GNSS信号带宽估计的准确度可以达到99.9％以上.     

Multipath mitigation method based on Gaussian mixture model in RF relative measurement

Radio Frequency (RF) technology represents a high-precision relative navigation solution that has significant potential for application to earth-orbiting satellites. In precision applications, multipath errors dominate the total error because observables, which are used to estimate carrier-phase integer ambiguity, are not always subject to a Gaussian distribution when dual-frequency ambiguity estimation methods are used in the presence of multipath. As it has been shown that ranging observables obey a Gaussian mixture distribution, this study proposes improvements to the accuracy of estimation based on multipath mitigation founded on the Gaussian mixture model. To this end, such a model is created for integer ambiguity resolution in the presence of multipath, using which the theoretical error in dual-frequency ambiguity estimation is derived. Expectation Maximization (EM), which aids dual-frequency ambiguity estimation, is subsequently proposed to reduce the effect of multipath errors. Finally, two experimental scenarios are implemented to test the performance of the proposed method. The results show that EM-aided dual-frequency ambiguity estimation reduces the range error to approximately 20% in comparison with simple dual-frequency ambiguity estimation. Therefore the proposed technique is effective for multipath mitigation in RF relative measurement.     

Exploiting GNSS signal structure to enhance observability

There are a number of different error sources, such as multipath and thermal noise, which corrupt satellite navigation waveforms from their theoretical structure. However, even under ideal conditions the broadcast signals have some degree of deformation as a result of the practical individual hardware implementation. For the most demanding users of satellite navigation, such as aircraft navigation and landing systems, it is important to characterize the nominal signal structure in order to detect minimal variations resulting from hardware-based errors. Thus far such precorrelation Global Navigation Satellite System (GNSS) signal quality monitoring has been performed through high gain antennas, which allow for raising the GNSS spectrum above the thermal noise floor and observing the structure of the signal directly at the front end output. This paper describes a new approach to achieve such observability based on signal processing techniques, such as dithering and averaging, which leverage the repetitive nature of the GNSS signal. The paper presents how these techniques can drastically improve the signal-to-noise ratio (SNR) in postprocessing, allowing for the direct analysis of GNSS signals using traditional front end designs and conventional antennas. Results are predicted using the appropriate theory and validated using data collected from the Global Positioning System (GPS).     

一种卫星导航模拟器置信度评估方案及应用

置信度评估能够为卫星导航模拟器的研制与改进提供依据。提出了一种基于对数最小二乘的模糊层次分析法和相似度法相结合的置信度评估方案。该方案利用基于对数最小二乘的模糊层次分析法将卫星导航模拟器系统分解为若干子系统或模型,并利用相似度法计算各个子系统或模型的置信度,同时使用模糊层次分析法计算各子系统或模型的权重向量,而后再逐级综合得到模拟器系统的总置信度。该方案能够将复杂系统逐层细化,且求解的子系统或模型的权重向量与置信度较为客观真实,具有重要的工程参考价值。     

一种非视距信号环境下智能手机速度平滑定位方法CSCD

随着智能手机的普及,基于智能手机的位置服务深刻地影响了人们的生活。通常,智能手机内嵌有全球导航卫星系统(GNSS)芯片,通过跟踪导航卫星信号获得载波频率、载波相位和码相位信息,从而解算位置和速度信息。对于单点定位(SPP)技术而言,位置主要由码相位计算确定,而速度信息主要由载波多普勒频移信息计算确定。在复杂城市环境下,GNSS信号可能会被周围的建筑物反射,形成非视距(NLOS)信号。NLOS信号会导致额外的传输路径,并引起数十米的位置误差。由于速度比位置更精确,通常使用卡尔曼滤波器(KF)进行基于位置-速度(P-V)动态模型的位置平滑。提出了一种因子图优化(FGO)方法来减少NLOS引起的位置误差,将时间相关历史测量值添加到FGO中以优化当前位置估计,并采用两种鲁棒策略来减小NLOS条件下的位置偏差。最后,使用智能手机采集实际场景数据集进行了实验,结果表明FGO方法在速度辅助下可以获得更好的定位结果。     

一种改善GNSS弱信号动态跟踪性能的FFT鉴频方法

基于快速傅里叶变换（FFT）鉴频器的GNSS弱信号跟踪技术可以有效改善城市峡谷环境的行人导航,然而现有的复数平方FFT （SFFT）鉴频器在车载等较高动态应用中弱信号跟踪性能大幅度下降。本文提出了一种在保证弱信号跟踪灵敏度的前提下,能显著提高动态性能的FFT鉴频方法——非相干FFT鉴频器（NonCoh-FFT）。首先,介绍了SFFT鉴频器和NonCoh-FFT鉴频器的结构原理;然后,从理论上分析了两者的灵敏度和动态性能;最后,基于GNSS信号模拟器产生的静态和动态场景,对比测试验证了SFFT和NonCoh-FFT性能。结果表明,NonCoh-FFT可以明显提高GNSS弱信号动态性能,与理论分析吻合。     

北斗二号中AS信号多径抑制方法及性能分析

针对北斗二号系统中AS（Authorized Service,授权服务）采用的BPSK（10）、BOC（14,2）、BOC（15,2.5）信号,研究如何抑制多径效应对AS信号跟踪的影响,提高定位精度.对3种信号的自相关特性及功率谱密度进行比对,并在对基于码跟踪环的EML（Early Minus Late,早减迟）和HRC（High Resolution Correlator,高精度相关器）技术进行分析的基础上,将这2种技术用于北斗二号AS信号的多径抑制.仿真表明：EML和HRC均适用于北斗二号AS信号,采用EML时,对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的多径抑制性能优于对BPSK（10）的;采用HRC时,对BPSK（10）的多径抑制性能优于对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的;对于BPSK（10）,HRC较EML在误差包络面积上多径抑制性能提高约89.7％;对于BOC（14,2）、BOC（15,2.5）,HRC和EML多径抑制性能相当,而EML的计算量相对较小因而整体性能更优;通过减小相关器间隔和增大带宽,可提高多径抑制性能,对BPSK（10）的效果比对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的更为明显.     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。