中国全球卫星导航信号基本框架设计

中国的全球卫星导航信号设计必须遵循许多约束条件,具备国际可协调性,导航信号的服务类型、载波中心频率、调制方式和伪随机码序列均需参加与GPS、Galileo进行的频率协调。依据参加与GPS频率协调的参考假设文件,描述了中国的全球卫星导航信号结构、基本参数、公开导航信号的伪随机扩频码序列和二次编码序列,计算表明伪随机扩频序列的性能与GPS信号伪随机扩频序列性能相当。     

导航信号IQ正交性测试软件设计与实现CSCD

针对通用的商用仪器不能适用现代导航信号IQ正交性的测试要求,开发一种基于Matlab GUI环境的导航信号IQ正交性测试软件。该软件通过网络接口控制高速数字示波器,对导航信号源的秒脉冲信号和导航信号进行双通道高速数据采样,根据秒脉冲信号确定导航信号起始点,截取导航信号数据,采用本地数字波形对导航信号进行匹配滤波和伪随机码同步等数字信号处理,精密估计I和Q支路载波初始相位,从而得到IQ正交性测试结果。软件具有界面友好,操作简单,显示直观等特点。仿真测试结果表明,在典型载噪比情况下,测试软件所得到的测试结果随机误差小于0.5°。     

低频时码信号模拟器的设计与实现

介绍的低频时码系统是指在罗兰C导航系统中的脉冲相位编码调制的基础上,引入平衡脉冲位移调制,发播标准时间和导航信息的一种方法。设计了一低频时码信号模拟器,该低频时码可以用于基于罗兰C的组合导航系统中。在设计中考虑到罗兰C导航易受多种信号干扰的实际情况,应用了具有一定帧同步能力的CRC、RS编码方式,在此基础上介绍了这种低频时码模拟器的一种实现方案。     

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.     

一种基于FFT的Galileo搜救信号频域检测方法

Galileo搜救系统是全球卫星搜救组织(COSPAS-SARSAT)的一部分,搭载于Galileo导航星座,能对遇险用户发出的求救信号进行定位并实施救援。经卫星转发的搜救信号信噪比很低,能否在低信噪比条件下完成卫星信号的检测对搜救系统的正常工作至关重要。为了解决这一问题,文章提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)运算的频域检测方法,通过理论分析和仿真验证可以看出,这种方法能有效地实现低信噪比条件下的卫星下行信号检测。     

基于模拟器的辅助导航测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展,辅助导航技术得到越来越广泛的应用,利用该技术可提高导航终端对卫星导航信号的捕获概率,缩短首次定位时间,提高灵敏度,提升用户体验。基于导航信号模拟器,利用基准站接收机传送辅助数据（星历信息及时间信息）的方式,构建辅助导航测试系统,提出了一种新的辅助导航测试方法,对导航芯片利用辅助信息实现快速捕获和定位性能进行了充分验证,方法可行,具有一定的工程应用价值。     

基于模拟器的辅助导航测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展,辅助导航技术得到越来越广泛的应用,利用该技术可提高导航终端对卫星导航信号的捕获概率,缩短首次定位时间,提高灵敏度,提升用户体验。基于导航信号模拟器,利用基准站接收机传送辅助数据（星历信息及时间信息）的方式,构建辅助导航测试系统,提出了一种新的辅助导航测试方法,对导航芯片利用辅助信息实现快速捕获和定位性能进行了充分验证,方法可行,具有一定的工程应用价值。     

涌浪及降雨影响下的GNSS海面反射信号建模

全球导航卫星系统（GNSS）海面反射信号的模拟仿真采用的海浪谱多为风驱模型,而忽略了真实复杂环境中涌浪、降雨的影响。为此,提出了一种涌浪、降雨影响下的GNSS海面反射信号模型。首先,对Elfouhaily海浪谱、涌浪谱、降雨谱分别进行仿真,从海浪谱的角度分析涌浪、降雨对GNSS反射信号的影响。然后,设计了引入涌浪、降雨影响因子后的GNSS反射信号建模的方法,并建立噪声模型。最后,对星载场景下仿真得到的二维时延-多普勒相关功率分布图像（DDM）、时延相关功率波形（DW）进行分析,并与英国技术演示卫星（UK TDS-1）实测数据的处理结果进行了对比验证。结果表明:涌浪主要形成对GNSS反射信号影响较大的大尺度粗糙海面,而降雨对GNSS反射信号影响较小;仿真的DDM与实测数据结果的波形有很好的一致性,DW对比的相关系数达到0.92,优于未修正模型的对比结果,模拟的反射信号更为真实,证明了提出的GNSS反射信号建模方法的可行性、有效性。对真实复杂环境下的GNSS反射信号建模及GNSS反射信号星载探测应用研究具有一定的参考意义和实用价值。      

北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

卫星导航用户机空时滤波抗干扰技术

卫星导航用户机在多个干扰源(包括宽带和窄带)或导航信号和干扰信号空间角谱接近的情 况下,系统定位精度降低甚至无法满足定位要求.为此提出具有方向约束条件的改进联合空 时处理算法,将干扰源来向检测和获取的导航卫星信息作为条件约束判据引入联合空时滤波 处理算法,在抑制干扰信号的同时使靠近干扰源来向的卫星信号正常接收.仿真表明,在有 限阵元规模情况下,保证干扰信号的高抑制度(大于40 dB),并提高干扰抑制自由度,最 重要的是当导航卫星信号与干扰信号的空间角谱接近时(10°左右),在部分区域内有效抑 制干扰的同时接收机仍然能够正常工作.该算法在一定程度上提高区域导航卫星系统在复杂 电子环境下的抗干扰能力.      

基于导航信号模拟器的采集回放测试方法研究

随着卫星导航产业的迅猛发展,导航终端测试技术越来越得到重视。传统的室内模拟测试和实际信号测试各有优缺点,因而产生了采集回放测试,通过采集存储实际卫星导航信号,并在实验室环境下进行回放,能够有效完成卫星导航终端的实际使用性能测试。基于导航信号模拟器,对采集回放系统做了介绍。选用国产多模接收机为参考标准接收机,以静态场景为例,从终端测试结果角度,分析了终端采集回放定位精度,对基于导航信号模拟器的采集回放测试方法进行了研究。     

基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验

为了监测小规模固定海域的溢油状况,针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法,该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验,利用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别采集北斗卫星直射与反射信号,在信号同步的基础上提取卫星直射和反射信号的相关功率,并结合北斗卫星的高度角与方位角信息,反演目标海域的介电常数来判断海面有无溢油。试验结果表明探测表面为油面时,介电常数反演结果均值为3.6,标准差为2.13,这与油的真实介电常数范围2.0~4.5一致,远小于海水介电常数,证明将GNSS-R应用到岸基海面溢油探测中具有可行性。     

长河二号信号的准TOC及其时差改正

对于目前无TOC时刻的长河二号导航信号 ,提出如何自定义准TOC时刻、计算TOC历表 ,测定准TOC时刻导航信号参考脉冲与UTC整秒间的时刻差 ;以便在GPS技术测量长河二号地波传播时延、推求大地电导率的实验研究中应用。其思路和方法可供长波定时用户利用长河二号导航信号进行“长河二号与BPL”或“长河二号与GPS”组合定时应用参考。     

卫星导航调制方式的非线性和兼容性分析

对比研究了最小频移键控（Minimum Shift Keying,MSK）和正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）调制信号的非线性和兼容性。首先建立MSK调制卫星导航信号的时域和频域模型,讨论了MSK调制对码片脉冲形状的影响,指出MSK调制作为卫星导航信号候选调制方式的可行性。然后建立非线性信道模型,仿真了MSK和QPSK调制卫星导航信号的带外功率损耗、相关损耗和码跟踪误差以及与同频段信号的谱分离系数。仿真结果表明,在保证信号跟踪性能的前提下,卫星导航信号采用MSK调制时的非线性和兼容性优于同参数下的QPSK调制。     

GNSS模拟器中频调制卡设计与实现

GNSS(Global Navigation Satellite System)信号模拟器能够根据用户所设置的GNSS系统和信号形式、载体动态和环境参数,精确模拟出载体收到的卫星信号,这为GNSS系统级仿真试验和接收机的测试提供一种高效的工具.主要研究兼容多系统多频点的卫星信号模拟器中频信号发生器和数字信号处理技术,提出了数字合路与功率控制的方法和信号相位精确模拟的途径;在基于PCIE+DSP+FPGA+DAC架构的中频板卡上完成了与PC通信、波形控制参数计算和更新、基带信号调制以及模拟中频信号的产生;最后给出了与相应的GNSS接收机的对接结果,验证了所产生中频信号的正确性和信号质量.     

基于小波变换熵值及高阶累积量联合的卫星信号调制识别算法

调制识别是信号检测与解调的关键环节,针对卫星调制中采用的MAPSK,MQAM,MFSK,MPSK方式,提出了一种计算小波变换熵值并结合高阶累积量的联合调制识别算法.根据小波变换对时频信息敏感的特点,不同调制方式高阶累积量计算结果的区分性以及不同复杂度的调制信号熵值结果不同,分析了以上4类调制信号的计算结果,提出了基于小波变换熵值及高阶累积量联合的卫星信号调制识别算法.计算调制信号小波系数,据此计算熵值,实现对调制信号的类别划分,使用高阶累积量实现类别内的信号分类.经过仿真分析,可实现在8dB以上达到0.9识别率的效果,该方法对高阶（64阶调制）信号识别具有一定借鉴意义.      

RNSS通道分数码片时延标定软件的设计与实现

一种基于Matlab GUI环境开发的导航卫星RNSS发射通道分数码片绝对时延自动化标定软件的设计,该软件通过GPIB口控制高速数字示波器,对卫星下行导航信号和卫星钟的秒脉冲信号双通道高速数据采样,对采样后的导航信号进行平方律检波和FIR滤波等数字信号处理,寻找码片换相点,根据秒脉冲触发电平样本点和换相点,获取分数码片时延,根据设定的标定次数,自动完成导航卫星分数码片绝对时延多次测量,并求平均,从而得到最终测量值;软件具有界面友好,操作简单,显示直观等特点,在导航卫星整星综合测试中得到应用。     

基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星。利用该卫星观测的单颗脉冲星数据,采用几何约束方法,能够有效抑制轨道误差增长,但存在长时间定轨发散问题。针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求,利用多颗脉冲星的观测数据,研究基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的卫星自主定轨算法。首先,建立该卫星的轨道力学模型和观测方程;然后,详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统（PWCS）的可观测性分析方法;最后,通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性,进行自主定轨算法试验。试验结果表明,基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛,验证了该算法的合理性和有效性。