GPS锁定晶体振荡器的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10^-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值。应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使晶体振荡器锁定在GPS频率标准上。     

一种宇航通信用低噪声高频晶振的系统设计

最好的石英谐振器的固有噪声确实比用该谐振器做成的晶振的低得多。本文对使用无源石英谐振器作基准通过锁相环,锁定高功率低噪声5兆赫压控晶振来改善秒级以上频率稳定度,并对5兆赫频率的稳定度向100兆赫VHF压控品振传递的环路设计问题进行了分析、计算。预计系统对于秒以上的短期频率稳定度最终可提高1000倍以上。     

基于Kalman滤波的GPS跟踪环路晶振闪烁噪声建模方法

由于晶振频率漂移对GPS接收机的载波相位和频率跟踪带来了误差,在载波跟踪系统中需要对晶振误差进行建模。传统基于Kalman滤波的跟踪方法无法对非白的闪烁晶振误差进行准确建模,导致跟踪环路建模产生一定的误差。针对上述问题,文章重点分析了晶振的频域模型建模过程和噪声协方差求解问题,提出了Kalman滤波中晶振闪烁噪声的近似建模方法,并用实际卫星数据验证了建模的正确性。     

关于数字温补晶体振荡器频率短期稳定度的研究

一、前言我们首先提出了具有温度补偿控制数据采集功能的数字式温补晶振(D-TCXO)并对控制数据的采集数与频率变化率的关系进行了研究。数字式温补晶振较比从前的模拟式温补晶振,在更宽的温度范围内,有希望获得更高的稳定度。然而,数字式温补晶振是用数字控制压控晶振(VCXO)来稳定振荡频率的,因此,其频率短稳将受到影响。本文着眼于这一问题,对数字式温补晶振的控制间隔和控制量同频率短期稳定度的关系进行了测试和研究。     

改善高频宽压控晶振频率温度稳定性方法

高频宽压控晶体振荡器广泛应用于各种接收机和应答机中,工作温度范围通常为-40℃～+85℃。对于该类晶振,极易出现频率温度稳定性相对于其内部石英谐振器明显恶化的现象。对此,从理论上分析了引起恶化的原因,并提出通过合理控制振荡电路的压控范围和石英谐振器的激励功率,可以改善高频宽压控晶振的温频特性。最后,研制并测试了4只102.3MHz压控晶振,结果优于指标要求,充分验证了方法的有效性。     

压控晶振的噪声特性与锁相环的相位抖动

本文引述了晶振短期频率稳定度的定义、表征及时域、频域表征之间的换算给,出了压控晶振的噪声模型的表达式S_(φO)=S_(φA)[1+(v_o/2Q_ef)~2],同时指出了改善压控晶振噪声特性的途径:优选高品质因数、小频差的石英谐振器作为稳频元件;通常的主振级电路参数最佳化;高的有载品质因数Q_e的振荡系统和低的放大器相位噪声S_(φA)的良好折衷及优良辅助电路的配合。本文还建立了以压控晶振幂律谱噪声模型的参数和锁相环参数(ω、ω_n、B_L)表征的环路相位抖动,以及相位抖动和呵仑(Allan)方差之间的关系。本文为锁相环设计方案的论证和环路多数的选择提供了依据,亦为低噪声晶的研制提供了有益的启示和参考电路。     

50MHz低噪声压控温补晶振的研制

介绍50 MHz低噪声压控温补晶振的研制,它采用基频25 MHz AT切基频石英谐振器,二次倍频实现50 MHz双路隔离输出;压控范围达±11?0-6;桥式温补网络,在-40℃～70℃范围内可达到±1.4?0-6的频率稳定性;静态相位噪声可达到(1 kHz)-145 dBc,σy(0.1 s)的频率稳定性优于3?0-11;50 mm?0 mm?0 mm的小型结构,双路输出隔离良好;只有12 mA功耗;年老化可达1.2?0-6;在总均方根加速度6 g随机振动下,频率稳定性可达σy(0.1 s)5?0-10。并给出晶振电气性能测试数据。     

620千赫低频压控石英晶体的设计

本文介绍了620千赫低频压控石英晶体的设计与制造。对不同形状石英晶体片的压控灵敏度进行了测试比较。给出了频率温度特性、等效参数和耐振耐冲击耐辐射等特性的测试结果。     

正弦振动条件下原子钟的频率稳定度分析

振动对原子钟(原子频标)的影响可分为对原子谐振的影响、对伺服环路的影响和对晶体振荡器(晶振)的影响.在振动频率范围内,晶振的输出相位噪声只与晶振的加速度灵敏度、峰值加速度和振动频率有关,与静态相位噪声没有关系,但在振动频率范围之外,晶振的输出相位噪声就是其静态相位噪声. 由原子钟的稳定性传递到输出晶振的频率稳定度公式,就可通过伺服环路把晶振的振动分析融入到原子钟的振动分析之中.利用相位噪声转换为阿仑方差的积分公式,根据留数定理推导出直接计算阿仑方差的解析表达式, 得到增加伺服环路带宽可以有效抑制振动对原子钟频率稳定度影响的结论;分析了通过减振和选择加速度灵敏度较小的晶振这2种方法改善原子钟振动性能的问题.      

一种基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法

全球定位系统（GPS）测姿技术主要是利用GPS载波相位和信号功率2种方法,但是测量信息单一且独立,针对旋转载体的测姿问题,提出一种基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法,通过融合GPS接收机天线信号功率和多普勒频率信息测量载体滚转角和滚转角速度。利用当前统计模型对滚转角和滚转角速度测量进行系统建模,根据滚转角预测估计值选取量测量,并提出自适应滤波,采用滚转角加速度估计自适应滤波算法,实现了对系统噪声方差阵的自适应调整,避免了滚转角加速度最值的选取问题,降低了噪声的影响。通过仿真验证了基于自适应滤波的GPS滚转角估计方法的可行性,结果表明该方法的测量精度高于无迹卡尔曼滤波（UKF）。      

基于ANFIS的避撞算法

应用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建立了车辆避撞算法模型,为加快收敛速度,运用线性递归最小二乘法(RLSE)和最陡下降法(SD)组成的混合算法通过前向和后向通道分别进行了模型的前提参数和结论参数的辨识.为取得模型训练所需的数据对,设计了两车跟随的实验,试验中尝试性的采用GPS来获取两车的车间距和车速差,经过模型训练和仿真输出,该方法能够模仿驾驶员的操作,并且操作更为平滑.这种方法改变了以往采用经验来确定隶属函数的缺陷,使模型的建立更为可靠.      

Ionospheric TEC prediction using hybrid method based on ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and long short-term memory (LSTM) deep learning model over India

Total electron data (TEC) from GPS nowadays can be used as a tool for understanding the space weather phenomena. The development of prediction model for TEC is quiet crucial and challenging due to the dynamic behavior of the ionosphere, since it depends on different factors such as seasonal, diurnal and spatial variations, solar geomagnetic conditions etc. In this paper, an attempt is made for predicting the GPS derived TEC values for different GNSS stations over India using a hybrid method based on Ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and Long Short-Term Memory (LSTM) deep learning method. The daily TEC time series data from the IISc Bangalore (Latitude 13.021, Longitude 77.570), Lucknow (Latitude 26.912, Longitude 80.956) and Hyderabad (Latitude 17.417, Longitude 78.551) stations over India during the period 2008 to 2015 of solar cycle 23 and 24 is used for analysis. The assessment of model performance for testing predicted output compared with LSTM and EMD-LSTM models, and their comparison results show that the hybrid EEMD-LSTM model presents better than the other models.     

GPS P(Y)码功率增强监测分析

全球定位系统(GPS)的Block IIR-M和Block IIF卫星具备可编程功率输出能力, 可以灵活增强单个信号分量的发射功率。为了系统评估GPS P(Y)码的功率增强能力, 对弹性功率的原理进行了理论分析, 提出了GPS信号功率增强的监测分析方法, 利用国际GNSS监测评估系统(iGMAS)和国际GNSS服务(IGS)监测站数据、高增益天线监测数据、事后精密星历对GPS增强P(Y)码的覆盖性及星座性能、空间信号和用户端性能进行了分析。结果表明:在保持发射总功率和民用信号功率不变的情况下, Block IIF和Block IIR-M卫星的L1 P(Y)码和L2 P(Y)码功率相比正常水平分别增强约6 dB和5 dB;在功率增强信号覆盖区内仅利用19颗增强卫星进行双频单点定位, 位置误差不大于15 m(95%);当可见增强卫星数为6, 增强后的P(Y)码载噪比为55 dB·Hz时, P(Y)码之间的多址干扰引起的等效载噪比下降量为0.4 dB。      

星载GPS观测数据的模拟研究

重点分析了星载GPS观测值模拟的原理、数学模型等，并用模拟软件模拟了CHAMP卫星的星载GPS观测值情况．结果表明，根据本文提供模拟方法所模拟的CHAMP星载GPS观测值，与实测值相比，无论是在大小还是观测噪声水平上都很接近，因此能满足不同层次人员对星载GPS模拟观测值的需要．     

基于空间统计方法的电离层折射修正技术

针对中国上空电离层所具有的特殊性和GPS观测站在中国西部分布相对稀疏的特点, 尝试探索中国卫星增强系统电离层时延信息修正技术, 为卫星导航定位以及遥感、遥测等空间应用工程的电波修正提供数据. 利用中国地壳形变监测网提供的双频GPS数据, 以空间统计方法为主要工具, 给出了普通Kriging电离层估计算法, 构建了平静期和磁暴期电离层理论变异模型, 详细分析了电离层折射修正的精度. 结果表明, 将空间统计方法应用于卫星增强系统中的电离层时延改正问题, 有利于提高增强系统的电离层折射修正精度, 特别是在观测样点相对较少的情况下, 有利于系统完整性的实现.      

航天器应急姿态捕获中GPS信号的应用

星载全球定位系统（GPS）卫星接收机在测量接收各GPS卫星信号时,可同时得到接收信号的信号强度测量辅助数据E。理论分析表明,接收信号的强度E与信号入射天线的法向夹角α强相关。如建立E与α稳定的先验模型,E就可以作为测量值,计算入射天线的角度α。在同一时刻,通过三个以上GPS卫星信号入射天线的角度α,可计算星载GPS卫星接收机接收天线的空间姿态。确定姿态的精度取决于E与α相关先验模型的稳定性。利用CHAMP卫星星载接收机在轨实测数据检验,估算的初始姿态精度为2°~3°。该方法可作为航天器故障状态下应急姿态捕获的一种辅助手段,也可为携带星载GPS而无高精度定姿要求的简易航天器提供一种新的无附加成本的定姿途径。     

Retrieval of the change of precipitable water vapor with zenith tropospheric delay in the Chinese mainland

As a preliminary step for assessing the impact of global positioning system (GPS) refractive delay data in numerical weather prediction (NWP) models, the GPS zenith tropospheric delays (ZTD) are analyzed from 28 permanent GPS sites in the Chinese mainland. The objectives are to estimate the GPS ZTD and their variability in this area. The differences between radiosonde precipitable water vapor (PWV) and GPS PWV have a standard deviation of 4 mm in delay, a bias of 0.24 mm in delay, and a correlation coefficient of 0.94. The correlation between GPS ZTD and radiosonde PWV amounts to 0.89, indicating that the variety of tropospheric zenith delay can reflect the change of precipitable water vapor. The good agreement also guarantees that the information provided by GPS will benefit the NWP models. The time series of GPS ZTD, which were derived continuously from 2002 to 2004, are used to analyze the change of precipitable water vapor in Chinese mainland. It shows that the general trend of GPS ZTD is diminishing from the south-east coastland to the north-west inland, which is in accordance with the distribution of Chinese annual amount of rainfall. The temporal distribution of GPS ZTD in the Chinese mainland is that the GPS ZTD reaches maximum in summer, and it reaches minimum in winter. The long term differences between the observational data sources require further study before GPS derived data become useful for climate studies.     

Fault detection and isolation in GPS receiver autonomous integrity monitoring based on chaos particle swarm optimization-particle filter algorithm

The receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) is one of the most important parts in an avionic navigation system. Two problems need to be addressed to improve this system, namely, the degeneracy phenomenon and lack of samples for the standard particle filter (PF). However, the number of samples cannot adequately express the real distribution of the probability density function (i.e., sample impoverishment). This study presents a GPS receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) method based on a chaos particle swarm optimization particle filter (CPSO-PF) algorithm with a log likelihood ratio. The chaos sequence generates a set of chaotic variables, which are mapped to the interval of optimization variables to improve particle quality. This chaos perturbation overcomes the potential for the search to become trapped in a local optimum in the particle swarm optimization (PSO) algorithm. Test statistics are configured based on a likelihood ratio, and satellite fault detection is then conducted by checking the consistency between the state estimate of the main PF and those of the auxiliary PFs. Based on GPS data, the experimental results demonstrate that the proposed algorithm can effectively detect and isolate satellite faults under conditions of non-Gaussian measurement noise. Moreover, the performance of the proposed novel method is better than that of RAIM based on the PF or PSO-PF algorithm.     

差分 GPS 鉴定地基雷达测量系统精度的方法研究

提出了利用差分ＧＰＳ分析地面雷测系统跟踪误差的思想,详细分析了各种误差源,建立了一组简洁的差分ＧＰＳ模型,构造了测量数据的比对分析算法以及具有良好抗野值能力的误差偏差最优统计算法,并利用模拟数据进行了仿真计算