一种新的SINS/GPS深组合导航系统设计

为了提高GPS在高动态、强干扰条件下的跟踪性能和导航精度,提出了一种新的SINS/GPS深组合导航方案.利用卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪回路,能够同时完成所有可视卫星信号和组合导航信息处理的任务;利用矢量跟踪算法加强各跟踪通道相互关联,增强跟踪通道对信号载噪比变化的适应能力,从而提高接收机在信号中断条件下的导航性能;利用相关器输出的I和Q路测量值直接作为导航滤波器的观测量,减小滤波过程残差,可以提高组合导航系统的导航精度和跟踪性能.仿真验证表明,这种基于矢量跟踪的深组合导航方案不仅在GPS信号中断期间能够保证系统的导航精度和可靠性,而且在低载噪比条件下可以增强导航系统的跟踪性能以及抗干扰能力.     

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明:GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道（GeosynchronousEarthOrbit,GEO）接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明：GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

基于可变遗忘因子的渐消记忆变分贝叶斯自适应滤波算法

针对全球卫星导航系统/捷联惯性导航系统（GNSS/SINS）组合导航中GNSS信号易受干扰，造成量测噪声突变的问题，提出一种基于可变遗忘因子的渐消记忆变分贝叶斯自适应Kalman滤波（VBAKF）算法。针对自适应滤波中突变噪声难以准确探测，构建基于初值的噪声突变检验准则；为解决自适应滤波估计突变噪声的拖尾现象，将变分贝叶斯自适应滤波的超参数传递结构转化为协方差阵修正结构，通过构造可变遗忘因子函数动态调节自适应滤波中的遗忘因子。仿真和实测数据表明：所提算法可在GNSS/SINS噪声突变时快速估计量测噪声，提高组合导航精度。     

基于序列红外图像的弹道导弹中段目标检测跟踪方法

针对弹道导弹中段目标检测跟踪问题,将卡尔曼滤波应用基于红外图像的弹道中段目标检测数据滤波和预测,建立了中段目标的状态方程和量测方程。针对卡尔曼滤波中系统噪声和量测噪声的自协方差阵难于确定的问题,研究了卡尔曼滤波参数选择设置方法,利用实际检测结果对不同噪声参数条件进行了试验,得到了应用于弹道导弹中段目标检测跟踪的滤波器参数设置规律,为弹道导弹中段目标检测跟踪技术提供了参考。     

高动态GPS/BD2组合导航信号模拟器关键技术研究

高动态组合导航信号模拟器是高动态组合导航接收机设计验证的高效平台。本文给出了高动态GPS/BD2组合导航信号模拟器关键部分架构和实现方案,重点阐述了高动态信号的产生方法、提高模拟器运算效率的三次样条插值算法、反SINC滤波器补偿方法和保证模拟器通道一致性措施。对这一信号模拟器所产生的GNSS信号进行了验证。     

CSK调制信号的跟踪方法

CSK调制信号能够满足GNSS厘米级高精度服务的高信息速率播发需求，正受到广泛关注。针对CSK调制信号只能用于播发数据，而不能用于提供测量观测量的问题，对CSK调制信号的跟踪方法进行了研究。通过权衡性能和实现复杂度，提出了两种跟踪方法，方法一跟踪精度高但实现复杂度高，方法二以损失跟踪精度为代价降低了实现复杂度。理论和仿真分析结果表明，所提方法一在CSK调制信号载噪比高于40dB-Hz时，可提供与BPSK信号相当的跟踪性能。方法二相比方法一所需相关器资源降低一半，性能损失约4dB。论文的研究成果可为CSK调制信号在GNSS高精度信号体制中的应用提供支持。     

一种自适应GNSS弱信号载噪比估计方法

全球导航卫星系统（GNSS）信号的载噪比（CNR）是衡量接收机工作性能的一个重要参数。为了准确得到载噪比估计值，推导并分析了2种常用的GNSS信号载噪比估计方法（方差求和法（VSM）、窄带宽带功率比值法（PRM）），并同时提出一种基于渐消因子容积卡尔曼滤波的自适应载噪比估计方法，比较了3种方法在通常的信号环境下和弱信号环境下的载噪比估计能力。结果显示:在信号较弱环境或信号受到遮挡产生突变等情况时，VSM方法与PRM方法均会产生较大的误差，而自适应载噪比估计方法能准确估计出信号的载噪比。      

GNSS信号模拟器通道群时延标定方法

传统的全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器通道群时延标定方法有相位翻转点法和相关峰法两种,两者均在零伪距或固定伪距的特殊仿真场景下进行测量,且在通道传输特性非理想的情况下测得的群时延均存在偏差.提出了基于闭环伪距测量的模拟器通道群时延标定方法,并设计实现了GNSS信号模拟器通道群时延标定系统.首先,采用高速直接射频采样存储系统对模拟器正常星座动态仿真场景下输出的导航信号和秒脉冲(1 PPS)信号同时进行记录.其次,使用软件接收机对信号进行捕获跟踪,利用三次样条插值判定1 PPS上升沿位置作为伪距观测历元时刻,对软件接收机的伪距观测量和模拟器仿真的伪距记录值做数据比对,得到模拟器的群时延标定值.最后,分别利用上述方法对两种商用模拟器的群时延进行了标定,实验结果表明,闭环伪距测量法有效可行,测量不确定度优于0.7 ns.      

高轨微弱信号的跟踪算法分析及仿真

高轨航天器自主导航技术是中国迫切需要发展的航天新技术之一,广泛应用于通信、导航、气象、预警等领域.高轨导航接收机为高轨航天器自主导航定位提供了便捷有效的手段.在高动态环境下,载波频率和相位、伪码相位均随载体运动发生较大变化.由于载体动态引入的多普勒频率变化对伪码跟踪环的影响可通过载波辅助消除,接收机的动态性能主要取决于...     

新型GNSS信号波形设计

在发射带宽严格受限的约束下连续函数波形信号较传统矩形波形表现出了较高的频谱利用率优势和优良性能,很有可能应用到未来的全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)信号体制中.在建立导航信号波形设计准则的理论模型基础上,研究了7种可能适用于未来GNSS系统的新型信号波形,在典型的宽/窄发射带宽条件下,通过仿真评估了传统GNSS信号和新型GNSS信号的精度、抗多径、抗干扰等性能,优选出BOCc和MSK两种适用于不同环境的信号波形: 在频谱资源充足的情况下,BOCc信号具有最优的导航性能;在频率资源受限的情况下,MSK信号兼容性好,抗干扰能力强,拥有较好的导航性能.最后,结合两类信号波形的优缺点提出了我国新一代卫星导航系统信号波形设计的建议.     

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.      

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.     

Analysis on navigation accuracy of high orbit spacecraft based on BDS GEO and IGSO satellites

To make up for the insufficiency of earth-based TT&C systems, the use of GNSS technology for high-orbit spacecraft navigation and orbit determination has become a new technology. It is of great value to applying Geosynchronous Earth Orbit (GEO) and Inclined GeoStationary Orbit (IGSO) navigation satellites for supporting the navigation of high-orbit spacecraft since there are three different types of navigation satellites in BeiDou Navigation Satellite System (BDS): Medium Earth Orbit (MEO), GEO and IGSO. This paper conducts simulation experiments based on Two-Line Orbital Element (TLE) data to analyze and demonstrate the role of these satellites in the navigation of high-orbit spacecraft. Firstly, the spacecraft in GEO was used as the target satellite to conduct navigation experiments. Experiments show that for the spacecraft on the GEO orbit, after adding GEO and IGSO respectively on the basis of receiving MEO navigation satellite signals, the accuracies were improved by 7.22 % and 6.06 % respectively. When adding both GEO and IGSO navigation satellites at the same time, the accuracy can reach 16 m. In the second place, navigation and positioning experiments were carried out on three high elliptical orbit (HEO) satellites with different semimajor axis (32037.2 km, 42385.9 km, 67509.6 km). The experiments show that the number of visible satellites has been improved significantly after adding GEO and IGSO navigation satellites at the same time. The visible satellites in these three orbits were improved by 32.84 %, 41.12 % and 37.68 %, respectively compared with only observing MEO satellites.The RMS values of the navigation positioning errors of these three orbits are 25.59 m, 87.58 m and 712.48 m, respectively.     

空天飞行器多源容错鲁棒组合导航系统设计

空天飞行器具有机动灵活、高速飞行和实时打击等特点,为保证空天飞行器在各种复杂飞行工况下导航系统的精度、可靠性与鲁棒性,构建了包含惯性导航、卫星导航与天文导航的多源容错鲁棒组合导航系统。针对空间复杂电磁环境造成的在非线性系统中量测噪声非高斯分布的问题,设计了一种基于Huber定则的鲁棒多传感器信息融合方法;针对高动态与GNSS信号受干扰与欺骗等情况下,卫导信号异常、失锁与星图拖尾等工况,设计了故障诊断与滤波器重构策略。仿真验证表明,所设计的多源容错鲁棒组合导航在复杂动态下能够有效提高导航系统的导航精度与容错能力,为空天飞行器导航系统设计提供了有效参考。     

一种用于电离层TEC监测的GNSS信号载波跟踪算法

全球卫星导航系统（GNSS）是电离层TEC监测中应用最普遍的手段. 目前方法通常是在传统导航用途的GNSS接收机输出的原始观测量基础上,经过数据后处理得到电离层TEC信息,其GNSS信号的跟踪处理算法依然采用GNSS导航接收机的算法. 针对GNSS系统用于电离层TEC监测的特殊性,提出一种称为GNSS双频信号和差联合跟踪的新算法,与传统方法相比,该算法直接跟踪电离层TEC的变化,可以提高电离层TEC跟踪的灵敏度和TEC的观测精度,改善电离层TEC监测性能.      

GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现

为了检测GPS(Global Positioning System)信号,设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统.序贯搜索与窄间隔超前-滞后型数字延迟锁相环的采用,保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪,四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合,既保证了载波频率(多普勒频移)的捕获速度,又使环路能有效地跟踪频率/相位变化,获得较好的动态性能与噪声性能.控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性.基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性.