GPS/GLONASS双卫星接收机

本文介绍一种GPS/GLONASS双卫星接收机的设计和制造。该接收机从数字化跟踪的L波段(1.6GHz)-130dBm卫星信号提取数据。利用数字Costas环及全时早一晚码跟踪环跟踪输入信号并对扩频信号解码。对卫星数据解码并将用于定位和时间传递的各种必要参数记录下来。     

载体旋转条件下GPS中频信号生成方法

GPS中频信号是分析研究GPS信号特点和捕获跟踪方法的关键环节,高动态旋转条件下得到GPS中频信号十分困难,需要利用仿真手段模拟生成。在综合分析卫星仰角、GPS天线增益以及空间载体旋转对GPS卫星可见性和GPS中频信号影响的基础上,导出了高动态旋转条件下GPS中频数字信号模型,提出了载体旋转条件下GPS中频信号的生成方法,并利用Matlab平台模拟生成了高动态旋转条件下GPS中频信号。该方法可用于高动态旋转载体的GPS轨迹测量方案设计验证,具有一定的理论价值和工程意义。     

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。     

GLONASS的评述和发展

导航星全球定位系统不是仅供城市中应用。尽管目前所发射的卫星数目还不够,但在民用独立定位精度方面,俄罗斯的GLONASS明显要优于目前加有SA的GPS定位精度。在本文中,我们将简要评述GLONASS的技术特性,并同GPS进行比较和对照。我们还将评估GLONASS目前的发展和性能,并且简要描述GLONASS和综合GPS/GLONASS兼容接收机。     

基于MAX2769B的多系统兼容GNSS中频采样器设计与实现

GNSS软件接收机具有算法灵活性高、更新方便等特点,逐步发展为一种较为流行的卫星导航研究与应用平台。从处理多频多系统的角度出发,介绍射频前端的基本结构,对比了几款单芯片GNSS射频解决方案,详细介绍一套基于MAX2769B的多频多系统兼容中频采集系统的设计与实现过程,给出了多系统兼容的参数配置方法。对于采样器研制过程中与性能关系较为密切的部分,提供了设计参考建议与测试流程。针对设计的采样器,测试了其采集GPS系统L1频点信号的性能,并通过后端的软件接收机处理得到了信号捕获、跟踪、测量与定位结果,基于这些结果对中频采样系统的基本功能、多频处理能力等进行了分析和评估。     

INS辅助GPS接收机及抗干扰能力的分析

针对高动态或低信噪比条件下GPS卫星信号容易失锁的特点,根据GPS接收机码／载波跟踪环特性,研究分析了惯性导航（INS）辅助GPS接收机原理及其抗干扰能力。在复杂电磁环境下,INS辅助GPS接收机（特别是紧耦合GPS/INS组合模式）是组合导航的发展方向。     

利用Glonass进行时钟同步

目前精密同步全球时钟的方法之一是利用导航卫星系统的信号,可是利用Glonass(俄罗斯全球导航卫星系统)信号进行时钟同步很长时间来一直受到限制,因为缺乏商品型Glonass时间接收机。由于Glonass投建放慢,很难估计对定时接收机的实际需求,反过来又影响了定时接收机的开发。 1992年末,圣彼得堡的俄罗斯无线电导航和时间研究所(RIRT)在其单通道机载接收机基础上开发了Glonsaa定时接收机。为了自动采集和处理Glonass时间测量值,该研究所开发了一个接收机与个人计算机之间的接口。 本文作者是该所成员,深深卷入了该自动化系统的开发。测定Glonass时钟同步精度的试验结果,以及该所二级(工作)时/频标准(STFRS)与俄罗斯国家时/频标准(STFS)的比对结果,都令人鼓舞,使该所开始利用Glonass信号定期比对其时/频标准。     

面向失锁在线补偿的高超声速飞行器组合导航方法研究

根据高超声速飞行器导航的主要需求，针对高动态飞行条件下可能出现的卫星导航信号跟踪丢失等问题，本文设计了基于卫星观测值在线补偿的组合导航方法，该方法可在GPS导航接收机失锁的情况下，基于预存卫星星历外推模型和卫星信号误差模型，在线重构虚拟卫星导航观测值并补偿由信号失锁导致的组合滤波器发散情况，从而确保飞行器组合导航的精度。结合助推—滑翔高超声速飞行器航迹对该方案进行了仿真验证，结果表明，该方案能够在助推—滑翔高超声速飞行器强动态条件下确保卫星导航数据输出的连续性，在一定程度上克服了卫星导航信号丢失带来的不利影响，确保高超声速飞行器GPS/捷联惯导组合导航的基本导航定位性能。     

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.     

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。     

时钟在GPS接收机中的作用

每个刚接触GPS的人首先了解到的是:时钟是该技术的核心。GPS卫星载有非常精确、超稳定、每个耗费数万美元的原子钟。然而,出于显而易见的原因,大多数GPS接收机中的时钟很便宜。除了跟踪卫星信号时,由于要求时钟信号中的相位噪声,对接收机时钟要求较高,其它应用对接收机时钟的要求都不是很高。这一要求通常用100美元左右或更少的温补晶振就可满足。     

高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。     

一种兼容GPS和BD系统的跟踪环路相干积分方法

在城市、峡谷等复杂环境下,卫星导航信号衰减严重,接收机导航定位性能变差,甚至不能工作,给国民生产生活带来诸多不便.提高接收机弱信号的跟踪能力,研究高性能的卫星导航接收机具有重要的意义和价值.在研究分析GPS、北斗D1导航电文的调制方式和相干积分方法的基础上,构建了一种改进直方图的位同步方法,该方法借鉴直方图的思想,通过设定比特跳变的统计门限上限和多组门限下限找到比特跳变边沿.在此基础上设计实现了一种长时间相干积分方法,该方法兼容GPS电文和北斗D1导航电文,可以有效地消除导航电文跳变或者NH码跳变带来的比特翻转.最后,在FPGA平台验证了该方法可以有效提高信号信噪比,以及接收机在弱信号环境下的跟踪能力.     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

脉冲干扰对软件接收机的影响分析

卫星信号经过长距离传播,信号能量损耗严重,到达地面的功率很弱,容易受到各种干扰的影响。脉冲干扰为常见的干扰类型,所以针对不同功率、不同周期,以及不同占空比的脉冲干扰信号,通过接收前端采集受脉冲干扰的GPS L1信号,利用软件接收机及多相关器生成技术,详细分析了脉冲干扰对接收机信号捕获与跟踪性能的影响。分析结果表明,周期为1ms的脉冲干扰信号,能对接收机产生强烈的干扰效果,捕获图中的噪声明显增大;跟踪过程中,载噪比和相关值突发性减小,造成跟踪数据异常。而长周期的脉冲信号仅在脉冲到达时影响接收机的捕获和跟踪,但由于信号跟踪不能连续进行,导致伪距观测量的不连续与导航数据不能正常解码,从而干扰接收机。     

一种多系统兼容卫星导航抗窄带干扰专用芯片设计

卫星导航信号由于其自身特点,经过长距离传输到达地面信号功率十分微弱,所以很容易受到外来同频窄带信号干扰。主要介绍了一种满足北斗、GPS多系统兼容的卫星导航抗窄带专用芯片的设计方案。其采用模数转换、抗干扰处理集成单颗芯片设计架构,可直接替换原有卫星导航终端的A/D芯片,实现抗窄带干扰功能;并着重对抗干扰算法的多系统兼容设计、低功耗干扰检测技术进行了介绍;经流片测试,该芯片抗北斗B1、B3频点和GPS L1频点窄带干扰干信比大于60d B,北斗S频点抗窄带干扰干信比大于55d B,双路同时工作最大功耗小于260m W,可有效满足手持、车载、弹载等小型低功耗卫星导航终端的应用需求。     

IEC六年来的全数字化GPS接收机

本文介绍了州际电子公司(IEC)六年来在GPS信号全数字化基带相关处理方面取得的进展。最初,这种技术随着离散型数字式中规模集成电路而发展起来的。此后,在半定制门阵技术和最近的专用集成电路(ASIC)方面取得了进展,小型、低功耗全数字式GPS接收机得到高度发展。本文介绍了几代全数字化GPS接收机的设计方案。回顾了全数字GPS接收机技术,包括该技术出现以来所取得的进展。本文还介绍了12抽头并行数字式相关器的实施方案,最新研制的接收机中就用这种相关器完成快速捕获和跟踪。还介绍了数控振荡器和伪码产生器门阵。还设计了一种能在1ms以内快速初始化的P码产生器门阵,这样不需要旋动编码装置即可方便快速地多路复用。     

用于GPS外测的数字转发器

目前,在许多导弹跟踪测量中,例如三叉导弹和ERLS(大气层外再入体拦截器系统)试验,使用几种模拟转发器。安装在导弹上的转发器将接收到的L波段信号变为S波段再发送到地面的转发处理系统(TPS),对飞行器进行定位。这种方法较之使用GPS靶场测量吊仓分系统的优点在于飞行硬件体积小、重量轻以及造价低。此外,在TPS中采用专门的跟踪环,可以在50g加速度和50g/s加加速度这样极高动态条件下跟踪GPS信号。此外,在TPS中使用用户专门研究的信号处理技术可在几秒钟之内快速捕获转发信号。靶场应用计划联合办公室的弹道导弹转发器体积为655立方厘米,重量为2.27公斤。以现有技术采用数字转发器设计方案完全可生产出体积更小巧的设备。正如本文所指出的那样,对于某些应用,数字方案可大大改善跟踪性能,并增加许多其它功能,例如保密计划中可对信号加密。用现行技术制造的数字转发器可以封装于一个82立方厘米的模块中。本文叙述了这种设备的设计,讨论了在追求比模拟设计方案体积更小、性能更好场合的应用。     

芯片原子钟对SoC北斗导航接收机定位精度影响

在卫星导航领域,接收机的工作时钟普遍为石英晶振,靠石英晶振来驱动射频前端采样并完成后续的定位解算功能.但是,晶振在长期稳定性上存在很大的不足,作为系统工作时钟时会对接收机的定位精度以及整个系统的稳定性造成一定的影响.提出了利用芯片级原子钟替换石英晶振作为系统时钟源进行定位解算,并利用最小二乘法对钟差信息进行估计预测,在SoC北斗导航处理板上进行实验验证.实验结果表明,该方法能够有效改善北斗导航接收机的定位精度.芯片原子钟作为系统工作时钟后,接收机位置误差分别减小了9.4％、41.8％、64.3％,速度误差分别减小了36.3％、30.7％、62.3％.     

TAOS卫星GPS接收机验收

洛克韦尔国际公司研制了一种体积小、重量轻、适用于低轨道航天器的GPS接收机。这项计划由国防预研规划局(DARPA)发起,空军菲利普斯实验室监督。这种接收机的首次验收测试飞行已于1992年12月20日完成。这种接收机将安装在计划于1993年初发射的“自主操作强生存技术(TAOS)”卫星上。 这种接收机有六个通道,可连续跟踪四颗主用的GPS卫星,第五和第六通道可捕获跟踪其它健康的可见卫星。它可以完成伪距、连续载波、距离变化量的测量;用八态扩展卡尔曼滤波器估算带时标的用户的三维位置和速度。洛克韦尔公司的这种接收机重8磅,使用28伏直流电源,功耗12瓦。本文将介绍该接收机的设计和验收测试,并给出利用“多通道星戴GPS仿真评估系统”(SEVS)得到的性能测试结果。该仿真和评估系统产生六颗GPS卫星的L_1和L_2频段的射频信号,模拟低轨道航天器的信号环境。