欺骗环境下GNSS信号估计与定位修正技术

欺骗信号以其极强的隐蔽性使卫星导航接收机难以察觉并迅速定位到错误位置,严重影响了卫星导航的安全性。现有抗欺骗技术需要其他导航系统辅助来修正受欺骗影响的定位解算,针对该问题,本文提出了一种GNSS欺骗信号参数估计与辨识方法,能够在欺骗干扰环境下估计并辨识出真实信号所对应的伪距,进而解算出接收机真实位置。该方法通过研究欺骗干扰下接收机相关值模型,在信号跟踪阶段建立真实与欺骗双信号状态模型与基于九路相关器输出的观测模型,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计真实信号与欺骗信号的伪码延时与信号相关幅值,进而获得真实与欺骗伪距,在定位解算阶段利用改进观测量残差检测方法辨识出真实与欺骗伪距,最终使用真实伪距定位获得真实位置。仿真结果表明对相对码延时介于0.3~0.9 chip之间且欺骗/真实信号幅度比介于1~5之间的隐蔽欺骗攻击,所提方法的码延时估计误差约0.1 chip,可有效估计真实信号与欺骗信号参数,辨识出真实伪距,并使被欺骗的定位结果重新回到真实位置结果,改善GNSS接收机抗欺骗能力,提高卫星导航安全性。     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

GPS/INS紧组合系统导航性能研究

为了提高组合导航的精度和抗干扰性,采用了直接利用GPS接收机原始测量信息（伪距、伪距率）的紧组合方式,详细推导了该组合导航系统的模型,根据全球定位系统（GPS）的误差模型及惯性导航系统（INS）在地固系中的误差方程,以伪距差为量测输入,设计了GPS/INS组合导航系统的卡尔曼滤波器。仿真结果表明,该组合方法可以充分利用GPS的信息修正INS的导航误差,与此同时,INS可以辅助GPS重新快速捕获卫星信号,满足一定的导航精度需求。提高了组合导航系统的容错性,对各种载体的精确导航与制导具有一定的现实意义。     

一种导航精度的综合评估表示方法

为了评估表示导航系统精度, 提出一种基于雷达图的综合评估表示方法, 包括速度、位置、姿态精度的评估表示。雷达图具有可视化的优点, 便于进行优劣分 析、综合评价,因此可以直观地将导航系统的精度表达出来。以捷联惯导系统和全球卫 星定位系统的组合导航系统精度对比分析为例进行研究,采用雷达图的方式取得了较好 的对比分析效果。将雷达图应用在组合导航系统的精度评估中,可简明直观地考核其精 度和性能,这为导航系统精度评估表示提供了一种有效的手段。     

惯性导航系统中陀螺一阶马尔科夫过程的 误差传播特性

一阶马尔科夫过程是描述陀螺低频随机噪声的主要模型之一,对惯性导航系统精度具有重要影响.首先研究了惯性导航系统中陀螺随机误差传播特性分析的一般方法,推导了惯性导航系统的冲击响应函数.继而结合一阶马尔科夫过程的统计特性,推导了其作为陀螺随机误差在惯性导航系统长时间导航环境中的误差传播公式,分析了其对系统姿态、位置精度的影响.最后对陀螺一阶马尔科夫过程引起的惯性导航系统误差进行了仿真,对理论结果进行了验证.论文的研究对于惯性导航系统的优化设计与误差分析具有一定的参考价值.     

基于北斗的ARAIM算法在LPV-200 下的可用性研究

随着全球卫星导航系统的发展和完善, 用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS 保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已 不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出 现。在北斗区域导航系统下, 针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM 算法理论分 析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检测的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平, 在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM 算法可用性。仿真 结果表明,在LPV-200 性能要求下,ARAIM 优化算法的可用性明显提高,所提方法是有 效的。     

基于X射线脉冲星的地球同步卫星绝对定位方法

研究了基于X射线脉冲星的航天器绝对定位方法.根据脉冲模型,用相位差分法给出了航天器与地心间的距离,由最小二乘法解算整周模糊度.对绕地卫星为对象的仿真结果表明:在无初始位置信息时可用于确定卫星的绝对位置.该法亦适用于行星际飞行航天器的绝对定位.     

北斗导航接收机的硬件设计与实现

北斗卫星导航系统的逐步完善加快了北斗导航接收机产业的发展。在研究北斗导航系统原理的基础上,提出了一种基于北斗卫星导航系统的导航接收机的硬件设计方案。该方案以北斗卫星导航性能需求为基础,以射频模块、FPGA和DSP为核心器件,集成各部分完成了接收机系统的硬件设计。在硬件设计基础上,设计了DSP的驱动程序。最后与接收机软件配合进行测试,测试结果表明该设计能够正确捕获跟踪北斗卫星信号,为用户提供准确的位置和速度等参数输出,可实现实时高精度定位。     

基于GPS伪距的微小卫星定轨技术研究

高可靠、高精度、低成本的全自主导航是现代微小卫星定轨领域的发展方向,GPS以其在成本、精度、功耗等方面的独特优势,在低轨航天器上得到应用。论文采用GPS伪距作为观测量,在可见星较少的情况下仍可得到观测信息,较GPS直接输出提高了导航精度,并能进一步降低硬件成本。还引入了衰减记忆滤波算法,通过调节协方差矩阵,削弱了历史量测信息对当前数据融合的贡献,从而减小了轨道摄动对定轨精度的影响。仿真结果表明当导航星数目较少时,该算法仍可实现信息融合,且显著提高了定位精度。     

强跟踪UKF滤波在SINS_GPS组合导航中的应用研究

针对飞行器大机动条件下SINS／GPS组合导航中出现的滤波发散问题,结合UKF滤波算法,提出了一种强跟踪UKF滤波算法。它通过引入渐消因子用线调整滤波增益阵K来减小老数据的权值,相对地增加新数据的权值,提高了UKF滤波跟踪性能。仿真和实际数据解算结果表明,强跟踪UKF提高了组合导航系统对于突变状态的实时跟踪能力和滤波过程的数值稳定性,验证了该算法的有效性。