同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求,在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上,研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先,在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上,考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型,建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次,通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲（1PPS）信号,实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步,并通过高阶直接数字频率合成（DDS）技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后,通过商用接收机和无人机进行了实验验证,在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下,开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号,能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性,且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。      

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究。北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台。实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在-30dBm强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的。该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台。     

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

单接收机GNSS数据组合硬件延迟的联合求解方法

利用GNSS观测数据解算TEC的最大误差源是硬件延迟,包括卫星硬件延迟和接收机硬件延迟.在单接收机情况下,由于数据稀疏以及接收到的卫星信号时间不对齐等特点,已有的解算硬件延迟方法的求解结果往往不理想.在应用局域模式拟合方法和SCORE方法求解单接收机数据基础上,利用局域模型拟合法在电离层平静期拟合较准确的优点,提出一种联合改进方法,同时改正了SCORE方法解算过程中约束过强的缺点.通过利用GPStation-6接收机的GPS和BDS实际观测数据进行解算分析,验证了所提方法的有效性与准确性.      

基于混沌粒子群优化的北斗/GPS组合导航选星算法

全球卫星导航系统（GNSS）接收机在接收信号的过程中会受到诸如建筑物遮挡、信号干扰等因素的影响,无法得到全部可见星。为减轻多星座组合接收机的处理负担,研究利用部分可见卫星进行定位的快速选星算法,提出了一种基于混沌粒子群优化（CPSO）的北斗/GPS组合导航选星算法。首先,对当前历元时刻可见卫星进行连续编码,按照选星数目分组,每个分组视为一个粒子。然后,通过混沌映射初始化粒子种群,选取几何精度因子（GDOP）作为评价粒子优劣的适应度函数;粒子通过粒子群优化算法的速度-位移模型更新自身位置,逐渐趋近空间卫星几何分布较好的卫星组合全局最优解。最后,采集北斗/GPS实际数据对选星算法进行仿真验证和性能比较,结果表明,所提算法在选星颗数多于5颗时,单次选星耗时为遍历法选星的37.5%,选星结果的几何精度因子计算误差在0~0.6之间。该算法可适用于北斗/GPS组合导航定位不同选星颗数的情况。      

基于双基雷达原理的GNSS海面反射信号建模方法

全球导航卫星系统反射(GNSS-R)技术应用过程中接收机的测试验证需要反射信号产生源,以降低成本。信号的模型是GNSS-R信号产生源中的核心。针对缺乏相应模型的问题,提出了一种根据双基雷达原理建立GNSS海面反射信号模型的方法。首先,在分析GNSS海面反射信号特征的基础上,选取了恰当的海面反射点。然后,计算了雷达方程中的散射系数和散射面积,从而得到相应反射点的反射信号功率。最后,对所求得的反射信号参数进行仿真验证。验证的结果表明,反射信号的相关功率曲线与ZV模型理论曲线的相关系数优于0.98,能够有效地用于GNSS海面反射信号的生成。因此,该方法可为GNSS-R信号产生源的研制提供一定的理论支撑。     

基于块平均预处理的GNSS-R延迟映射处理方法

为了提高导航卫星反射信号信噪比,提出了一种基于块平均预处理(BAP)的反射信号处理方法,该方法首先以伪码周期为块尺寸对接收信号进行分块,并对各分块进行叠加、平均,然后对平均后的信号进行相关处理.在此基础上,理论分析了块平均预处理对导航反射信号的影响,推导了镜面反射点反射信号处理增益的数学表达式,以及相关处理后得到的一维相关功率,对比分析了该方法与传统处理方法的计算复杂度,分析表明该方法对反射信号具有空域滤波效果,提高了镜面反射点反射信号的信噪比且有效降低了计算复杂度.最后,基于块平均预处理的软件接收机被开发,并对课题组实采的岸基GPS数据进行了处理,结果表明:与未块平均预处理的传统方法相比,在块平均预处理时间为2、5、10、15以及20ms时,该方法所得相关功率的峰值信噪比分别提高了约3.5、6.7、10.2、10.6和10.4dB,且在块平均预处理时间为10ms时,处理等长数据的时间缩短了近2.2倍.      

虚拟卫星

今天，人们可能都知道，太空中有一种名叫GPS的导航卫星星座，不仅飞机、舰船、战车，甚至城市出租车，个人旅行家也都装有或携带GPS接收机，利用GPS卫星来导航定位。GPS是英文“全球定位系统”的缩写，它由24颗卫星组成，分布在6条升交点互隔60度的轨道上，每条轨道上均匀分布4颗卫星，可以使便于任何地方的观测者，在任何时间都能同时观测到4颗GPS卫星，通过接收它们的信号，确定自己的位置。严格说来，GPS系统不能称“星座”。     

小卫星平台的多系统 GNSS 软件接收机研究

介绍了卫星导航信号的构成及传统GPS (全球定位系统) 接收机的工作原理, 并将近年来受到广泛关注的软件无线电技术引入到GNSS (全球卫星导航系统) 接收领域, 形成了一种多系统兼容, 高度灵活, 可升级的GNSS 接收机新架构. 给出了满足小卫星平台需求的FPGA + DSP 的数字处理模块硬件架构以及接收机的软件参考结构. 论述了多系统软件无线电GNSS 接收机在小卫星平台中应用时存在的优势和不足, 以及在星载一体化小卫星中的应用前景.      

机载GNSS海洋反射信号的建模与仿真

由于全球导航卫星系统反射(GNSS-R)机载试验耗费大和重复性差,需研制GNSS-R信号模拟器,但没有相应的反射信号模型。提出了一种基于数据拟合的机载GNSS海洋反射信号建模方法。首先,对复杂的GNSS海面反射信号进行近似简化。然后利用ZV模型生成的时延相关功率曲线,通过最小二乘拟合和非线性拟合,建立了多条等时延间隔的海洋反射信号功率衰减模型,从而得到机载GNSS海洋反射信号的时延、功率、多普勒频率参数。最后,对多条反射信号的合路信号进行相关的仿真验证。验证的结果表明模拟的14条反射信号的相关功率曲线与ZV模型理论曲线的相关系数优于0.99,能够有效地用于GNSS海洋反射信号的生成。该方法可根据海面风场、浪高、波高等海面信息,模拟不同海况的海洋反射信号,为GNSS-R信号模拟器的研制奠定基础。     

GNSS reflectometry and remote sensing: New objectives and results

The Global Navigation Satellite System (GNSS) has been a very powerful and important contributor to all scientific questions related to precise positioning on Earth’s surface, particularly as a mature technique in geodesy and geosciences. With the development of GNSS as a satellite microwave (L-band) technique, more and wider applications and new potentials are explored and utilized. The versatile and available GNSS signals can image the Earth’s surface environments as a new, highly precise, continuous, all-weather and near-real-time remote sensing tool. The refracted signals from GNSS radio occultation satellites together with ground GNSS observations can provide the high-resolution tropospheric water vapor, temperature and pressure, tropopause parameters and ionospheric total electron content (TEC) and electron density profile as well. The GNSS reflected signals from the ocean and land surface could determine the ocean height, wind speed and wind direction of ocean surface, soil moisture, ice and snow thickness. In this paper, GNSS remote sensing applications in the atmosphere, oceans, land and hydrology are presented as well as new objectives and results discussed.     

Remote sensing using GNSS signals: Current status and future directions

The refracted, reflected and scattered signals of global navigation satellite systems (GNSS) have been successfully used to remotely sense the Earth’s surface and atmosphere. It has demonstrated its potential to sense the atmosphere and ionosphere, ocean, land surfaces (including soil moisture) and the cryosphere. These new measurements, although in need of refinement and further validation in many cases, can be used to complement existing techniques and sensors, e.g., radiosonde, ionosonde, radar altimetry and synthetic aperture radar (SAR). This paper presents the current status and new developments of remote sensing using GNSS signals as well as its future directions and applications. Some notable emerging applications include monitoring sea ice, dangerous sea states, ocean eddy and storm surges. With the further improvement of the next generation multi-frequency GNSS systems and receivers and new space-based instruments utilizing GNSS reflections and refractions, new scientific applications of GNSS are expected in various environment remote sensing fields in the near future.     

GPS多径信号建模及接收机测试评估

多径信号误差是GPS(Global Positioning System)及其它卫星导航系统的重要误差源之一,有关多径建模与多径消除技术一直是卫星导航领域的研究热点.根据多径信号特性,推导了对GPS定位精度影响最大的镜面反射多径信号模型.基于这一多径模型,利用GPS软件接收机测试了多径对接收机伪距测量精度的影响.测试结果验证了所建立的多径模型的有效性,所获得的多径误差曲线为窄相关多径抑制技术提供了实验支持.     

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.      

辅助型GPS接收机中伪码相位延时及其不确定度估计算法研究

快速捕获卫星信号是研制辅助型GPS (A-GPS)接收机所必须解决的一项关键技术. 针对A-GPS接收机能从辅助数据中获取有效星历的特点, 本文提出了一种伪码相位延时及其不确定度估计算法. 该算法在对建立的信号发射时刻方程泰勒展开的基础上, 利用辅助信息建立了伪码相位延时及其不确定度估计方程. 分析和仿真表明, 提出的算法能有效压缩剩余卫星伪码相位延时不确定度, 加快A-GPS接收机的捕获速度.      

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...