Advanced architectures for real-time Delay-Doppler Map GNSS-reflectometers: The GPS reflectometer instrument for PAU (griPAU)

In recent years Global Navigation Satellite System’s signals Reflectometry (GNSS-R) has stood as a potential powerful remote sensing technique to derive scientifically relevant geophysical parameters such as ocean altimetry, sea state or soil moisture. This has brought out the need of designing and implementing appropriate receivers in order to track and process this kind of signals in real-time to avoid the storage of huge volumes of raw data. This paper presents the architecture and performance of the Global Positioning System (GPS) Reflectometer Instrument for PAU (griPAU), a real-time high resolution Delay-Doppler Map reflectometer, operating at the GPS L1 frequency with the C/A codes. The griPAU instrument computes 24 × 32 complex points DDMs with configurable resolution (Δf_Dmin = 20 Hz, Δτ_min = 0.05 chips) and selectable coherent (minimum = 1 ms, maximum = 100 ms for correlation loss Δρ < 90%) and incoherent integration times (minimum of one coherent integration period and maximum not limited but typically <1 s). A high sensitivity (DDM peak relative error = 0.9% and DDM volume relative error = 0.03% @ T_i = 1 s) and stability (Δρ/Δt = −1 s⁻¹) have been achieved by means of advanced digital design techniques.     

舰载捷联惯导系统的航行中快速在线标定

为实现舰载捷联惯导系统在航行中被快速标定的新需求,提出了一种捷联惯导系统在航行中快速在线标定的方法。首先,建立了简化的陀螺和加速度计输出误差方程,从而对Kalman滤波模型实现了降维。该模型以陀螺和加速度计零偏、标度因数误差等15个误差量为状态量,以速度误差和位置误差为量测量。设计了一种标定路径,该标定路径可由惯导系统中的双轴旋转机构实现。仿真结果表明,该方法能够在1800s内快速、准确地估计出15个误差量,具有工程实践价值。     

基于GPS的多基线姿态系统研究

在QUEST算法的基础上,提出了非单位向量前提下的四元数估计算法。该算法考虑了基线长度对精度的影响,将其应用于自制的GPS多基线姿态系统,计算载体的姿态角,验证系统及算法的精度。通过两次实验结果对比表明:该套GPS姿态系统具有较高的精度,非单位向量的四元数估计算法计算精度明显高于TRIAD算法。     

捷联惯性导航系统传递对准技术研究现状及发展趋势

传递对准是指载体在航行时 ,载体上需要对准的子惯导系统利用高精度的主惯导系统信息进行初始对准的方法。传递对准是新一代快速反应、机动发射武器系统的关键技术 ,它的成功应用可以极大的提高武器系统的反应速度和防区外攻击能力。本文综合分析了国内外传递对准技术的现状及发展趋势 ,对常用的捷联惯性导航系统的传递对准模型进行了重点阐述 ,并指出进一步研究的方向     

基于地轴矢量解算的SINS无纬度支持自对准方法

针对无纬度条件下SINS初始对准问题,提出了一种基于地轴矢量解算的对准方法。在静止基座下,利用陀螺仪敏感地轴矢量,直接建立导航系轴向矢量在载体系的正交投影,解析式确定姿态矩阵;晃动基座条件下,根据惯性系重力矢量观测,构建以地轴矢量为旋转轴的两组等角旋转矢量序列,利用QUEST算法求解旋转四元数实现对地轴矢量的优化解算,并以此建立导航系轴向矢量的载体惯性系投影,最后利用陀螺跟踪载体系相对惯性系的变化,确定载体系相对导航系的姿态关系。静止基座解算实验表明直接解析式对准与传统的解析式对准精度相当,但解算效率得到了提高;晃动基座仿真与船载实验均表明基于四元数的地轴矢量优化解算在精度上要优于三矢量几何解算方法,引入低通滤波环节后,对准精度进一步提高。     

基于轨迹欺骗的无人机GPS/INS 复合导航系统干扰技术

在分析GPS欺骗干扰原理基础上,结合无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)GPS/INS复合导航系统的控制特点,设计了无人机导航系统中状态估计量的创新检测规则。采用直接轨迹欺骗与轨迹融合两种方法,实现了对无人机导航系统的侵入控制,达到了利用GPS欺骗干扰实现对无人机飞行轨迹进行控制的目的。通过理论推导和仿真分析给出了两种控制模式下归一化新息平方(Normalized innovation squared,NIS),指出当采用轨迹融合的控制方法时,不仅可实现无人机的轨迹欺骗,而且不易被检测,为GPS对抗提供了有效的干扰手段。     

捷联式惯导系统动态误差特性研究

根据载体运动状态下捷联惯性导航系统(SINS)的误差方程时变的特点,推导出捷联惯性导航系统动态误差模型,并对其在几种动态环境下的误差特性进行了仿真研究。     

捷联惯导系统圆锥误差分析

捷联惯导系统由于数学平台隔离作用的不完善,当运载体沿机体坐标轴存在同频率的角振动和线振动时,角振动引起的整流效应将在姿态更新计算中产生圆锥误差,角振动和线振动引起的整流效应将在速度计算中产生划桨误差,在位置计算中产生涡卷误差。文中详细分析了圆锥误差产生机理,针对某型飞机装备 SIGMA50 GPS/SINS 组合导航系统对底座安装的精度要求,分析了安装误差、陀螺频带不够宽、姿态更新率过低对姿态精度的影响,并对维护捷联惯导系统提出建议。     

提高GPS单频相位模糊度解算成功率的新方法

相位模糊度的成功解算是应用单频接收机进行高精度快速定位的关键。为了提高整周模糊度解算成功率,本文提出了一种新的算法,包括两项措施：(1)针对仅由几个历元组成的双差法方程系数阵存在着较严重病态性的结构特性,合理设计正则化矩阵,并在此基础上运用截断奇异值法求解模糊度实数解,使模糊度实数解更稳定和可靠,接近真实值;(2)在用最小二乘降相关平差(Least—squares ambiguity decorrrelation adiustment,LAMB—DA)方法进行模糊度搜索时,在Ratio检验的基础上,应用2个分析和比较的准则,对输出的多组候选整数模糊度向量进行分析和比较,甄别出正确的整数模糊度向量。算例表明,新方法不但缩短了模糊度解算所需要的观测时间,提高了模糊度实数解的可靠性和精度,而且显著地提高了整周模糊度解算的成功率。本文为单频接收机在高精度快速动态定位甚至实时定位等方面的广泛应用,提供了新的研究思路。     

GPS精密定向研究的实验

本文利用GPS三个天线的载波相位信息，先用三差法求出基线的初解，在此基础上再借助模糊度函数搜索初解，最后用双差法得到最终精确解，同时得出姿态角。文中主要结果是：基线相对定位精度达亚毫米级，定向精度在1米基线时为0.01度，基线越长，定向精度越高。