北斗多模多频导航SoC芯片技术研究

介绍了一款北斗多模多频导航SoC芯片—“OTrack-128”,该芯片实现了多模多频兼容导航定位,采用完全国产化的卫星导航核心芯片,在定位精度、动态性能等关键指标上达到了国际先进水平,最后给出了基于该芯片的各类主要应用技术指标。     

基于SiP的低成本微小型GNC系统技术

随着微机电系统(MEMS)技术及微惯性器件的发展,大量小型化、低成本、高性能的导航、制导与控制(GNC)产品正越来越多地应用于小型无人飞行器、地面无人系统以及精确制导弹药等领域.针对各类应用需求,基于MEMS惯性测量单元(IMU)、GNSS接收模块、全捷联红外/可见光/激光多模智能导引头、信息处理器(DSP)与数据链通信模块,采用SiP技术研制出GNC芯片.基于GNC芯片构建一体化微小型GNC系统,突破了基于SiP一体化微小型GNC系统集成、全捷联红外/可见光/激光多模智能感知、嵌入式深组合导航、全捷联多模智能导引头/导航/制导与控制一体化设计等关键技术,并对其性能进行了评估.微小型GNC系统技术为低成本小型无人系统和精确制导弹药的发展夯实技术基础.     

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。     

基于融合处理多系统接收机钟差的伪距单点定位算法研究

多模导航定位较高的定位条件(需可见卫星总数大于5颗)限制了其在城市等卫星遮挡较严重的地区充分发挥多系统的优势。基于Kalman滤波,提出一种将多系统接收机钟差融合为一个系统接收机钟差的多模伪距单点定位数据处理算法,解决了多模导航定位在可见卫星数少于6颗大于3颗时无法定位的情况。分析了GPS、北斗和GLONASS三系统一天的观测数据,结果表明,多系统接收机钟差融合后只需可见卫星总数大于3颗即可进行多模伪距单点定位。     

Android智能手机双频GNSS伪距差分动态定位性能分析

随着智能手机全球导航卫星系统(GNSS)天线和芯片从单频单模向多频多模快速发展,基于其所衍生出来的位置服务(LBS)应用极大地便利了大众用户的日常生活.然而受限于低成本、低功耗的信号接收与处理单元,手机在无增强信息的情况下仅依赖伪距单点定位难以为用户提供稳定、高精度的导航服务.因此,基于小米8手机(Mi8)的GNSS双频原始数据,采用非组合的双频伪距观测值、载波历元差分观测值和多普勒观测值构建了滤波定位模型,并引入伪距差分数据,以提升手机定位的连续性和精度.在较复杂环境下开展了行人和车载实验,实测结果表明:双频定位精度与单频相比提升了15％～30％,伪距差分定位精度和单点定位相比提升了5％～20％,行人和车载双频伪距差分定位的平面位置误差分别为0.65m和1.03m,基本满足手机用户在城市复杂环境下的高精度定位服务需求.     

多模多频卫星导航系统码偏差统一定义与处理方法

精确处理和修正观测量偏差（OSB）是有效发挥多模多频优势,提升GNSS服务和应用效能的前提和基础，已成为国内外卫星导航高精度定位领域研究的热点问题之一。国际GNSS服务组织（IGS）和国际大地测量协会（IAG）专门成立了工作组推动相关工作。然而，目前有关观测量偏差处理的方法仍存在着定义不统一、求解不严密、使用不便捷等突出问题，给实时高精度定位应用带来诸多不利因素。针对此，首先阐述了中国科学院（CAS）电离层分析中心码偏差产品的定义、估计策略和使用方法，然后给出了部分精度评估和分析。结果表明：CAS、CODE和DLR发布的码偏差参数一致性优于0.30ns，CAS码偏差月稳定性优于0.15ns。相关工作对于推动多模多频GNSS在电离层监测、高精度定位和授时定时等领域的应用具有重要参考价值。     

基于FPGA的可重新配置片上导航计算机设计

采用Virtex-4 FPGA芯片设计了片上组合导航计算机系统.该导航计算机使用FPGA内嵌的PowerPC硬核处理器进行导航运算,在FPGA逻辑中集成IP核来实现控制、接口通信和部分运算的硬件加速,提高了系统集成度.此外,该系统还可以通过硬件编程对FPGA逻辑进行重新配置,使该导航计算机在不同应用场合满足对接口、功能的要求.     

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。     

基于DSP和多模ADF的广播电台导航定位系统设计

为了满足现代战争需要,考虑机载导航定位系统的现状,结合实际情况,提出了采用现有广播电台对飞机进行定位的一种构想,设计一套基于DSP和多模ADF的辅助导航系统,并详细阐述了系统的导航定位算法。     

无源北斗导航定位系统初始校频的一种新方法

本文根据小波分析理论，针对无源北斗导航定位系统初始校频问题，提出了一种基于小波分析的信号特征提取算法。仿真结果表明该方法比较简单而切实可行，能够有效地对信号进行趋势估计，从而精确算得频标准确度。     

带有加权基线长约束的GPS/BDS单历元姿态解算算法研究

研究基于GNSS信号的实时载体动态姿态测量算法具有重要意义,多频多模姿态测量算法是目前的研究热点和难点。本文提出一种基于GPS L1/L2和BDS B1三频点观测数据进行联合定姿的新算法,可实现单历元整周模糊度解算,且该算法对周跳不敏感,克服了单频点定姿可靠性差、精度低的缺点。针对多频多模观测时天线相位中心的差异性问题,采用基于加权基线长度约束和上下边界函数的方法实现整周模糊度搜索空间的压缩,提高了整周模糊度解算的效率。最后基于实际测试数据评估定姿精度,实验表明,采用L1/L2/B1三频点联合估计,航向角和俯仰角的精度可达0.1?/m和0.2?/m,比单频观测的精度高约2倍。     

多传感器多模型多尺度组合导航系统算法

多传感器组合导航系统是组合导航发展的方向之一。针对复杂环境,多模型自适应算法可以较好地解决模型及参数不确定的问题;而多尺度融合算法将基于模型的动态系统分析与具有统计特性的多尺度信号变换方法相结合,可有效提高系统的滤波精度。为此,文章将多模型估计与多尺度滤波算法相结合构成多模型多尺度滤波算法,该算法用于多组合导航系统后,经仿真验证,相对于多模型或单模型多尺度滤波算法,系统的滤波精度明显提高。     

芯片原子钟的工作原理及其研究进展

作为导航设备的重要部件,芯片原子钟可作为战术导弹、卫星接收机、小型无人机等所用导航设备的时钟源,也可与陀螺仪和加速度计组合实现微型定位、导航与授时。介绍了相干布局囚禁(Coherent Population Trapping, CPT)现象,以及芯片原子钟的发展历程,阐述了CPT实现方案的缺点(产生极化暗态、降低原子利用率),并给出了优化方案。此外,分析了微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)加工工艺等用于芯片原子钟制造的关键技术,并对芯片原子钟的发展趋势进行了展望。     

数字式跳频GPS/GLONASS接收机

在很多应用场合,对大量扩频导航卫星连续跟踪将获益匪浅。当接收机跟踪多于定位所需最小卫星数目时,通过优选卫星几何可提高卫星导航精度。动态定位可利用冗余卫星来实现更迅速的整周期判决和跳周修正。陆地导航利用额外的卫星可克服建筑物、树林和地形造成的遮挡。比较多个星座的测量值能获得有关导航稳妥性的度量。跟踪大量卫星的好处已引起人们研制能同时处理美国GPS和苏联GLONASS信号的接收机的兴趣。已经推出了几种接收机设计方案,但所有这些接收机中处理GLONASS信号的硬件都是与处理GPS信号硬件分开的。本文介绍一种高度综合的GPS/GLONASS接收机,接收机中的每一卫星跟踪通道都能随意指定它接收任一个GPS或GLONASS卫星。该接收机有一个模拟射频/中频(RP/IF)前端,用一个固定频率的本振(LO)。定制的数字专用集成电路(ASIC)跟踪选定的GPS/GLONASS卫星,并提供相关测量值送软件处理。本文介绍的GPS/GLONASS接收机利用了数字信号处理技术和有限脉冲响应(FIR)滤波器的新成果。该综合接收机的模拟RF/IF前端大大地简化了,然而其性能可与使用相当复杂模拟RF/IF电路的接收机相比拟。GPS和GLONASS之间的跳频完全在数字域中进行,不必象早期设计方案中那样用昂贵的跳频本振。深入利用数字处理技术,GPS/GLONASS接收机可采用大规模集成电路,将多个通道集成在一个芯片上。这样可大大减小体积,节省成本,不久即可推出商用多通道GPS/GLONASS接收机。     

基于CDMA蜂窝网的飞行器三维定位算法

针对中低空飞行器提出了一种将码分多址(CDMA)蜂窝网导频信号被动定位与惯性导航系统进行组合的导航定位方法。该定位方法是根据CDMA蜂窝网导频信号的到达时差（TDOA）进行两次加权最小二乘解算,并利用飞行器惯性组合的原始信息进行解模糊,从而实现中低空飞行器的三维实时定位。蒙特卡罗仿真证明：在高斯白噪声条件下,该算法运算速度快,精度高,其均方误差逼近克拉美罗下界（CRLB）,为组合导航实时性要求提供了理论参考。     

多光谱手指静脉成像与采集系统设计

多光谱手指静脉图像信息采集对提高手指静脉识别性能具有重要意义,从活体组织的不同介质对不同波长的入射光有不同的散射和吸收性能这一角度出发,建立了多光谱手指静脉成像采集系统。重点介绍基于数码管控制芯片的多波段光源控制电路而搭建的硬件系统及设计的相应软件系统。该系统不仅解决了多模态手指静脉图像成像与采集的一些基本问题,而且为多光谱手指静脉识别奠定了数据基础和实验环境。这对促进手指静脉识别技术的发展具有重要意义。     

芯片原子钟的现状与发展

芯片原子钟具有体积小、功耗低、成本低的突出优点,可应用于北斗卫星导航接收机、水下导航、武器系统数据链、时频体系节点等,是最具有工程应用前景的原子钟。回顾了国外芯片原子钟的发展历程,并给出了一种国产芯片原子钟的主要技术指标。讨论了芯片原子钟的常用技术方案,并分析了体积与功耗、频率稳定度、天老化率、秒驯服功能、温度系数等指标的影响因素和改进措施,最后指出了芯片原子钟的发展目标。     

基于GNSS接收机导航定位数据的 定位产品检测理论研究

随着GNSS全球导航卫星系统的发展,特别是随着北斗卫星导航系统的正式运行及完善,导航定位产品由支持单模GPS向支持双模或多模发展,但是导航定位数据格式并未统一,主要是根据NMEA-0183为主修改。针对相关标准及产品数据进行理论性研究并给出相应测试的依据。     

低成本GNSS终端中北斗三号多频观测的分析及应用CSCD

低成本消费级GNSS芯片相较于传统测绘级接收机在体积、功耗等方面具有突出优势,在未来无人驾驶、物联网等新兴应用领域具有极大潜力。然而当前低成本GNSS芯片的观测量存在非常严重的噪声和误差,为了改善观测质量,低成本芯片正逐渐从单频向多频过渡。首先调研了目前低成本GNSS接收机对多频信号的支持情况,然后介绍了北斗三号多频观测在电离层延迟和整周模糊度估计等方面的应用。通过对真实数据的采集和分析,针对当前原始观测量存在的诸多问题,提出了具体的预处理方案,并在此基础上开展了信号强度、电离层和模糊度实验。实验结果表明,基于华为Mate 40手机的低成本GNSS方案的北斗三频电离层延迟估计误差的均值为-2.97m,三频整周模糊度估计的成功率达93.8%,相较于单频整周模糊度估计的3.11%成功率有显著提升。     

基于SiP技术的导航微系统电路设计与实现

针对目前导航系统的小型化需求,研制了一种基于SiP技术的导航微系统电路。该微系统电路能实现射频基带一体化,内部集成了低噪声信号放大器、GNSS射频基带芯片、数字选择器、过流锁定保护芯片以及无源器件。采用高导热率氧化铝陶瓷管壳实现了良好的散热,利用双腔结构有效减小了模块的尺寸(仅为26mm×26mm),其面积缩小至原先板卡的26%。对模块进行仿真,其满足设计要求。测试结果表明,该电路能够实现GPS和BD的双模导航,定位精度达到10m,测速精度达到0.2m/s,实现了系统小型化的需求。