A scheme for weak GPS signal acquisition aided by SINS information

In order to enhance the acquisition performance of global positioning system (GPS) receivers in weak signal conditions, a high-sensitivity acquisition scheme aided by strapdown inertial navigation system (SINS) information is proposed. The carrier Doppler shift and Doppler rate are pre-estimated with SINS aiding and GPS ephemeris, so that the frequency search space is reduced, and the dynamic effect on the acquisition sensitivity is mitigated effectively. Meanwhile, to eliminate the signal-to-noise ratio gain attenuation caused by data bit transitions, an optimal estimation of the unknown data bits is implemented with the Viterbi algorithm. A differential correction method is then utilized to improve the acquisition accuracy of Doppler shift and therefore to meet the requirement of carrier-tracking loop initialization. Finally, the reacquisition experiments of weak GPS signals are implemented in short signal blockage situations. The simulation results show that the proposed scheme can significantly improve the acquisition accuracy and sensitivity and shorten the reacquisition time.     

GPS中频信号快速捕获技术分析

为解决GPS中频信号快速捕获问题,在介绍GPS码相位和载频信号捕获原理的基础上,重点阐述了基于FFT的并行GPS中频信号快速捕获方法,同时在非相干累加、接收信噪比、先验信息等方面分析了提高中频信号快速捕获的可能性,最后利用一组GPS实测数据对上述分析进行了的仿真计算。仿真结果表明基于FFT技术的中频信号快速捕获方法具有抗干扰、捕获速度快和检测低信噪比信号的能力,可以满足GPS软件接收机定位的要求。     

CORDIC算法实现GPS信号捕获研究

在GPS接收机中，对GPS信号的捕获是最为关键的第一步。对GPS信号中伪码的初始相位和信号载频的估计是捕获的两个基本任务。在某些特定的环境下，比如室内、城市街道、树林，对信号的捕获变得困难。针对这个困难可以通过提高估计精度以减少估计误差带来的相关损失。但是信号累积和估计精度的提高都需要极大地增加运算量。本文提出了将CORDIC算法引入到GPS接收机，在保证大运算量的情况下，实现快速的计算时间。介绍了GPS信号捕获的基本原理，讨论了使用CORDIC算法的必要性以及实现方法。最后通过仿真验证了CORDIC算法能够有效提高GPS接收机的捕获速度。     

顾及航向角变化的轨迹丢失点补全方法

移动载体及其用户的轨迹数据记录相关的行为特征和运动规律,具有重要的社会研究价值,也是轨迹数据挖掘、行为特征匹配等方面的研究重点。然而,在采用GPS获取轨迹数据的过程中会因为信号丢失或者干扰等影响造成轨迹数据的缺失。在路网未知的条件下,由于缺乏快速有效的轨迹修补算法,大多数缺失轨迹会被舍弃或者简单预估处理,严重影响轨迹信息提取的准确性和可用性。针对这一问题,根据轨迹丢失具体情况,确定轨迹丢失点和分类判断规则;以航向角动态变化作为标尺,提出一种丢失轨迹点插值拟合补全算法;最后,利用该算法对采集过程中几类缺失的轨迹数据分别进行实验分析。实验结果表明,在路网未知的条件下,该算法能够快速、准确地完成缺失轨迹点的补全工作,具有一定的实用价值。     

一种低动态高抖动环境下的GPS/INS紧组合方法

针对低动态高抖动环境下,影响GPS/INS紧组合精度的重要因素——惯性测量单元(IMU)数据中的噪声,该文提出利用小波降噪方法分离IMU数据中的噪声和有用信号以提高GPS/INS紧组合的精度。首先对IMU数据进行小波分解后得到的高频系数进行阈值量化处理,然后将GPS观测数据与降噪后的IMU数据进行GPS/INS紧组合解算,最终得到载体的导航信息。实例结果表明,该方法可以大幅提升GPS/INS紧组合的精度和稳定可靠性。     

基于软件实现GPS信号捕获以及获取精确载波频率

捕获模块是实现GPS软件接收机的重要组成部分。本文立足于通过软件的方法实现GPS信号的捕获,由捕获的结果得到准确而精度更高的载波频移,从而对降低跟踪环路的设计复杂性有利。作者先用GPS串行搜索捕获和并行搜索捕获这两种传统的方法对GPS信号进行捕获,在此基础上尝试采用一种降低频率搜索步长并结合二次曲线拟合的方法以获取高精度的载波频率,进而更好地提高整个捕获准确性以及精度,经过分析后,得到了一些较有意义的结论。     

BDS/GPS单频软件接收机算法研究与实现

随着卫星导航定位技术及接收机的发展,软件接收机已成为当前研究的热点之一。根据北斗卫星导航定位系统（BDS）的接口控制文档（ICD）,分析了BDS B1I信号,提出了一种基于并行码相位和并行频率捕获的算法,实现了对BDS-B1I/GPS信号的捕获跟踪、导航电文解码。利用HG-SOFTGPS02采集器采集的数据进行BDS/GPS定位,验证了该算法的可行性与合理性。     

基于载波相位差分的北斗/GPS双模定位系统研究

基于载波相位差分技术的北斗/GPS双模定位系统,提出能够精确定位用户位置的完整相对定位算法。文中详细分析卫星导航的定位监测机理,开发北斗/GPS数据融合的双模式信号采集系统。利用星站在历元间的距离增量为参考值来检测周跳,给出判断周跳的标准。对整周模糊度确定的问题进行研究,给出利用LAMBDA法来快速搜索整周模糊度的算法,编写监测点三维位置的定位监测程序。基于上海司南接收机北斗/GPS相对定位实验得到的数据,验证给出双模导航系统的精确性、可用性和可靠性。     

弱GPS信号捕获算法的仿真实验研究

针对低信噪比环境下导航的需要,文章对低信噪比环境下弱GPS信号捕获算法进行了分析,重点对相关累加、非相关累加以及多重数据位循环相关累加捕获算法的信号处理流程和算法捕获性能进行讨论。通过特定的硬件装置获得真实的GPS信号,利用Matlab对上述3种常用的弱GPS信号捕获算法进行计算机仿真研究。根据理论分析和仿真结果可以看出,多重数据位循环相关捕获算法更适合检测低信噪比环境下的GPS信号。     

An enhanced bit-wise parallel algorithm for real-time GPS software receiver

Software-based global positioning system (GPS) receivers perform all the baseband signal processing and the high level functions on a general purpose processor. The heavy computational loads of the signal correlation in baseband processing make it difficult for software receivers to operate in real time. In order to improve the real-time performance, an enhanced bit-wise parallel algorithm has been developed in this study. The enhanced algorithm has been implemented and tested in a 12 channels real-time GPS software receiver. The system consists of a radio frequency front end, a data acquisition board and software that runs on a laptop with a Pentium-M 1.5 GHz processor running the Window^® XP operating system. The data acquisition board packs the 2-bit intermediate frequency samples with a 2-bit in/8-bit out shift register and transfers the packed samples to laptop through a USB port. The software running on the laptop performs all the baseband and navigation processing in real time. The test results show that the enhanced algorithm significantly improves the real-time performance of the software receiver by reducing the computational operations for signal correlation by 50% compared with the existing bit-wise parallel algorithm. Furthermore, the enhanced algorithm also reduces the amount of required memory for storing data for signal correlation.     

利用小波变换进行GPS振动观测值的异常探测

本文利用小波变换技术进行GPS振动观测值的异常探测,将GPS振动观测值序列视为一组观测信号,先利用小波低频分解提取信号趋势,再利用小波高频分解探测异常值的位置,提出结合观测体自身变形趋势判断异常值是否存在,再通过小波高频分解和小波阈值去噪找到异常值准确位置的探测方法。结合某GPS振动平台上的振动观测实验数据进行仿真分析,获得准确的异常探测结果。实践证明文中研究的异常值探测方法是可行的和有效的,为GPS振动观测值的异常探测提供新思路。     

长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法

长距离网络RTK是实现GPS/BDS高精度实时定位的主要手段之一,其核心是长距离参考站网GPS/BDS整周模糊度的快速准确确定。本文提出了一种长距离GPS/BDS参考站网载波相位整周模糊度解算方法,首先利用GPS双频观测数据计算和确定宽巷整周模糊度,同时利用BDS的B2、B3频率观测值确定超宽巷整周模糊度。然后建立GPS载波相位整周模糊度和大气延迟误差的参数估计模型,附加双差宽巷整周模糊度的约束,解算双差载波相位整周模糊度,并建立参考站网大气延迟误差的空间相关模型。根据B2、B3频率的超宽巷整周模糊度建立包含大气误差参数的载波相位整周模糊度解算模型,利用大气延迟误差空间相关模型约束BDS双差载波相位整周模糊度的解算。克服了传统的使用无电离层组合值解算整周模糊度的不利影响。采用实测长距离CORS网GPS、BDS多频观测数据进行算法验证,试验结果证明该方法可实现长距离参考站网GPS/BDS载波相位整周模糊度的准确固定。     

GPS信号FFT捕获的GPU实现

缩短GPS接收机冷启动时间一直是GPS领域的热点问题,而决定冷启动时间的关键是捕获速度。针对快速付里叶变换（FFT）捕获算法的并行运算特点和图形处理单元（GPU）适合于进行并行的优势,简单介绍了FFT捕获算法原理和对比了GPU与FPGA的特点,重点设计了各通道和各频点均进行并行计算的FFT捕获算法的GPU实现方案。利用实测的GPS中频数据初步验证了本文捕获方案的正确性和运行时间。试验结果表明：与基于CPU的捕获方案相比,本文的捕获方案对卫星PRN和CA码相位的捕获结果完全正确,而捕获时间大幅度缩短了。     

GPS弱信号捕获算法研究

随着GNSS的广泛应用,许多新技术和新领域对GNSS弱信号捕获提出了新要求,其关键技术之一就是弱信号捕获跟踪算法的实现。在相干积分和非相干积分的基础上,通过相位补偿和时延修正、奇偶分路等方法,可以在盲搜索中捕获到比正常信号低25dB的弱信号,实现了对粗捕到的弱信号进行载波频率精化,并分别利用仿真数据和实测数据验证了算法的正确性。此外,分析了信号相位翻转对信号捕获的影响,对GNSS弱信号应用领域具有重要的参考价值。     

弱GPS/GLONASS信号捕获算法研究

本文给出了GPS/GLONASS双模接收机的总体设计方案,重点对弱信号环境下的接收机信号捕获进行了讨论,采用并行码相位搜索方法和改进的循环相关算法分别对GLONASS信号和GPS信号进行捕获;并利用真实数据对双模接收机性能进行了仿真研究,重点对接收机捕获弱信号的能力,以及在不同信噪比和不同累加数据长度下的捕获概率进行了讨论,结果表明该双模接收机在不需要较长数据长度的情况下能够捕获低信噪比环境下的卫星导航信号,提高了接收机的灵敏度。     

一种SINS/GPS深组合导航系统技术问题分析

为了满足高动态用户及强干扰条件下的应用需求,提出了一种基于卫星信号矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法,设计了基于FPGA硬件平台的实施方案。利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号的跟踪和导航信息处理;通过矢量跟踪算法对所有可视卫星信号进行集中处理,能够增强跟踪通道对信号载噪比变化的适应能力,从而提高接收机在强干扰或信号中断条件下的跟踪性能;根据SINS导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等参数,用以辅助卫星信号的捕获和跟踪,能够大大缩短接收机的搜索捕获时间,并增强接收机在高动态条件下的跟踪性能。基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号短暂中断期间,能够保证系统的导航精度和可靠性,而且在强干扰环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

一种基于多普勒频移的GPS自适应滤波算法研究

针对接收机的动态模型对GPS定位精度的影响,提出了一种基于多普勒频移观测的高动态GPS自适应滤波算法。该算法利用GPS伪距测量值以及利用信号载波的多普勒频移所获得的伪距率测量值,在GPS动态滤波中同时观测伪距和伪距率。借助于移动目标的运动矢量模型以及GPS定位误差模型建立了滤波方程。重点讨论了运用该模型进行Kalman滤波的实现过程。仿真实验表明,该模型与传统的方差自适应模型相比,位置精度提高了32%、速度精度提高了25%,应用本文算法能够提高定位精度和改善接收机的动态性能,拓宽高精度、高动态导航的应用范围。     

GPS IF信号的计算机模拟和实现(英文)

A GPS IF signal computer simulation method is proposed in this article. The carrier Doppler frequency and the total propagation and delay time can be modeled or calculated with the input GPS satellite ephemeris file. The simulated GPS IF signal outputs to a text file for post-processing and analysis. The simulation signal spectrum is compared with the received real GPS IF signal spectrum, and the correctness of the simulation result is verified. Supported by the Research Fund (2008–2009) of State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing, the National 863 Program of China (No.2008AA12Z308).     

BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法

北斗卫星导航系统是目前唯一一个全星座提供三频观测数据的卫星导航定位系统,三频观测值有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。本文提出了一种BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法。首先利用B2、B3频率的观测值及严格的模糊度固定标准确定超宽巷整周模糊度,将固定的超宽巷整周模糊度与其他宽巷整周模糊度的线性关系作为约束条件,然后估计宽巷整周模糊度、相对天顶对流层延迟误差和电离层延迟误差,并搜索确定宽巷整周模糊度。利用固定的宽巷整周模糊度与三频载波相位整周模糊度的整数线性关系,将线性关系加入载波相位整周模糊度参数估计观测模型中,然后确定载波相位整周模糊度。使用实测的CORS网BDS三频观测数据进行算法验证,结果表明,该方法可正确有效地实现参考站间三频载波相位整周模糊度的快速解算。     

圆周移位在伪码补零BDS信号捕获算法中的应用

D1导航电文中加入了NH码,且D2导航电文的速率也比GPS信号的快很多,使得BDS的信号结构增加了捕获难度。采用伪码补零的方法可以对BDS信号进行有效捕获,但是该方法积分时间较长导致捕获耗时变长。本文提出了一种基于圆周移位的改进伪码补零算法,将搜索中复杂的载波剥离运算用计算量很小的频谱序列的搬移操作来代替,使算法复杂度大幅下降。试验结果表明,该方法可以有效减少运算量和捕获耗时。