北斗D1导航电文冗余法误码纠错研究

在弱信号、遮挡等恶劣环境下,低载噪比的导航电文中含有大量的误码,常用的编码技术不能有效地纠正子帧中多比特位上的误码。本文提出了一种冗余法误码纠错方法,该方法依据少数服从多数的判别准则,选取不同数目的子帧样本,对同组子帧样本的各帧上相同比特位上的码元逐一进行比对的试验方式进行纠错试验。分析了不同载噪比、不同子帧样本数条件下进行冗余法纠错能够将各子帧中全部误码正确纠正的概率,例如,在子帧样本数为5,载噪比30dBHz时,整个子帧上的误码被全部纠正的概率高达96.64%时,纠错处理后的误码率比理论误码率降低2个数量级。     

一种改进的宽巷引导整周模糊度固定算法

一般卫星导航接收机的伪距测量误差大于宽巷波长。根据宽巷引导模型,直接使用双差伪距取整固定双差宽巷整周模糊度有很大概率会产生一周固定错误。基于此,提出了一种改进的宽巷引导整周模糊度固定算法,针对宽巷整周模糊度一周固定错误进行探测和修复。利用整周模糊度为整数的特质构造理论探测量,并将该探测量与载噪比所确定的门限相比较,判断是否出现宽巷整周模糊度一周固定错误;利用双差整周模糊度自由度为3的特点,修复错误宽巷整周模糊度。对该算法在高斯噪声条件下的可行性进行了理论分析,结果表明正常载噪比的观测数据均可分辨出一周宽巷整周模糊度的估计错误。同时,分析了考虑多径等误差后该算法所能接受的载波相位最大误差。计算了不同伪距误差下宽巷整周模糊度一周固定错误出现的概率。使用GPS实测短基线数据对算法进行验证,该算法可将基于宽巷引导的整周模糊度固定算法的固定率从原来的只有不到1/3提升至接近100%。     

地球同步轨道SAR对频率源稳定度的指标分析

地球同步轨道SAR大的回波延时和长的合成孔径时间使得频率源稳定度对SAR成像指标的影响不能像低轨星载SAR一样可忽略,成为制约地球同步轨道SAR系统实现的关键问题之一。本文首先给出频率源相噪模型,在此基础上采用数值积分的方法分析载波相噪对地球同步轨道SAR成像指标积分旁瓣比的影响。信号仿真分析结果表明:典型频率源仅能够满足5 m方位分辨率L波段地球同步轨道SAR系统的要求,但当工作频段提高、系统合成孔径时间增加时,积分旁瓣比将恶化,需要稳定度更高的频率源。     

弱GPS信号捕获算法及其仿真研究

为满足低信噪比环境下的导航需要,介绍了一种基于改进循环相关的GPS基带信号捕获算法。本文借助于GPS信号基带数学模型以及FFT技术,从理论层面上对捕获算法的信号处理流程以及捕获性能进行了分析;并利用真实GPS基带数据对算法在低信噪比环境下的检测概率和捕获能力进行了重点仿真,仿真结果显示算法在低信噪比环境下是有效的,能够提高低信噪比环境下的检测概率和提高GPS接收机的检测灵敏度。     

模平方阈值去噪法在沉降监测中的应用

针对现有去噪方法中存在的噪声信号提取、粗差定位等问题,该文基于小波阈值去噪的原理,提出一种基于软阈值改进的模平方阈值去噪法。通过仿真数据实验对比分析了软阈值去噪法、加权平均阈值去噪法及模平方阈值去噪法的去噪实际效果,并应用于汽车试验场沉降数据预处理。实验结果表明,基于模平方的阈值去噪法能够较好地保留观测信号原始信息,并且可以有效地去除噪声,其去噪效果优于软阈值和加权平均阈值去噪法,能在汽车试验场沉降数据处理中得到较好的应用。     

基于EKF的北斗B1C信号数据/导频联合跟踪方法

针对北斗B1C信号在低载噪比情况下跟踪精度低的问题，提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的北斗B1C信号数据/导频联合跟踪方法.通过构建数据/导频双通道联合跟踪模型，增加对B1C信号利用率，并在联合跟踪模型的基础上引入扩展卡尔曼滤波器，削弱传统跟踪环路中鉴别器和环路滤波器带来的跟踪误差，进一步提高跟踪环路对低载噪比信号的跟踪性能.仿真结果验证:在低载噪比情况下，相比于传统单导频通道跟踪、单导频扩展卡尔曼跟踪和联合跟踪，该方法可以有效提高跟踪精度.      

局部均值分解的新小波阈值去噪法及其应用

为了克服小波硬、软阈值函数本身存在的缺点,该文在硬、软阈值函数的基础上,提出一种新的小波阈值函数,并且基于局部均值分解的原理,构造了基于局部均值分解的新小波阈值去噪法。仿真数据对比分析表明,与单纯采用小波阈值去噪法、经验模态分解(EMD)滤波去噪法及局部均值分解滤波去噪法相比,该文方法的去噪效果更好,可有效提高信号的信噪比。利用本文方法对液体静力水准仪获取的高速铁路某桥梁实际监测数据进行去噪处理,结果表明去除监测数据中噪声的同时亦可保留变形细部特征。该文方法可为工程中的非线性、非平稳监测数据去噪提供参考和借鉴。     

基于Matlab小波去噪的研究方法

阐述了硬阀值法、软阀值法和半软阀值法去噪的原理及其算法的实现,针对传统小波去噪后,图像的部分细节丢失、边缘模糊等问题,提出一种改进半软阀值的计算方法。实验结果表明,改进的方法具有更好的去噪效果。     

高动态环境下扩频信号快捕的多普勒消除研究

卫星信号往往处于高动态环境下传输,较大的多普勒频偏会增加扩频码捕获时间,甚至导致捕获错误。文中对载波多普勒频偏对匹配滤波器相关峰值的影响进行了分析,根据BPSK直接序列扩频通信系统传输信号的特点,提出了一种基于二阶导数的多普勒消除算法,并给出该算法的推导过程和基于该算法的一种快速捕获方案。仿真结果表明,算法正确,且当信噪比达到-46dB以上时,算法误差将远远小于200Hz。     

应用延迟累加的微弱GPS信号捕获算法

针对在弱信号环境下传统算法无法进行捕获的问题,提出了一种改进算法。该算法在双块零拓展(double block zero padding,DBZP)算法的基础上,采用延迟累加的方法,首先将DBZP算法相关运算结果中被舍弃的部分暂存,然后对延迟1ms的接收信号进行相关运算,得到相应的相关运算结果,将其与存储的运算结果进行相干累加,并将相干累加结果作为捕获模块输出与门限值进行比较。改进算法在增加极少运算量的前提下,通过提高相关运算结果的利用率,增加了数据观测量。仿真结果表明,改进算法能够提高捕获算法处理增益,在捕获载噪比为17dB-Hz的信号时,检测概率能够达到91%。     

改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法

GNSS/SINS(global navigation satellite system/strapdown inertial navigation system)组合导航系统已得到广泛的应用与研究,当处于复杂环境时,GNSS输出容易出现误差均方差突变、误差均方差缓变、硬故障和软故障4种现象,进而影响组合导航系统滤波精度及载体的导航安全。为了解决上述问题,提出了一种改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法。首先,利用滤波过程中的观测异常检验统计量与滤波器门限值构建观测因子,然后,将变分贝叶斯原理与抗野值滤波方法结合,设计了改进的组合导航系统自适应滤波算法。仿真实验表明,相较于传统算法,当GNSS输出误差均方差发生变化时,所提算法可将位置精度及速度精度提高11.8%及13.7%;在GNSS输出发生硬故障时,所提算法可将位置精度及速度精度提高70.8%及69.6%。实验结果表明,所提算法具有较强的自适应性,可提升复杂环境下组合导航系统的精度和连续可用性。     

北斗三号B1频点信号软模拟源设计

通过对全球卫星导航系统(GNSS)完整信号流程的精密仿真,建立合理的卫星信号数学模型,产生多种环境下的中频信号,能够为GNSS服务性能评估提供良好的仿真和测试平台,对导航信号各层结构模块化处理并优化算法.?导航电文模块结合轨道仿真软件外推轨道参数,保证了电文参数的真实有效性.?数据采用分段产生信号再校验叠加的方式,保证...     

面向工程应用的导航算法性能测试系统研究

针对当前大量优秀导航算法停留在理论仿真研究阶段,无法用极小的代价完成实际工程验证的不足,提出了一种面向工程应用的导航算法性能测试系统实现方案,通过对用户可任意配置时钟、多导航传感器数据接收与同步支持、全球导航卫星系统(GNSS)和捷联式惯性导航系统(SINS)软件模块设计,实现了全开放软硬件平台的低成本、多功能导航算法性能测试系统。实际测试与论证表明:该系统既可用于新的GNSS、SINS算法性能测试,也可满足多种不同组合模式下的数据融合算法验证需求,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。     

GNSS时间序列中随机漫步消噪的改进半软阈值算法及其评估

全球导航卫星定位系统在卫星定轨和信号质量等方面存在的差异性,造成GNSS时间序列中的随机漫步噪声十分复杂,已经成为制约GNSS技术在高精度变形监测行业领域深入应用的瓶颈。本文针对具有量级小、频率低、敏感性差等复杂特征的随机漫步噪声,提出了一种改进的半软阈值算法,通过引入可变因子形成了统一的半软阈值函数体系,提高了常规半软阈值对随机漫步噪声的适应性。为了验证和评估改进半软阈值算法的效果,利用MATLAB平台仿真生成有线性趋势项、年周期项和随机漫步噪声的GNSS时间序列,共1700个历元。结果表明,改进的半软阈值法较经典方法在信噪比和均方根误差上表现出更加优良的性能。自相关分析的评估结果表明,改进方法所消除的噪声与随机漫步噪声在形态特征上具有高度的一致性。谱指数分析评估结果,进一步从定量角度验证了改进方法对随机漫步噪声的特有适用性。     

INS/GNSS/ODO嵌入式系统的容错技术研究

车载低成本嵌入式组合导航系统的可靠性容易受到多种传感器故障和环境的影响,基于全球卫星导航系统(GNSS)状态的惯性导航系统(INS)/GNSS/里程计(ODO)抗差组合导航算法,提出了一种两级故障检测处理方法.其中,第一级检测使用了基于解析冗余的残差卡方检验法,第二级检测使用了改进的双状态传播卡方检验算法.利用自主研制...     

多普勒与伪码相位值结合的A-GPS快速定位算法研究

辅助全球定位系统通过蜂窝网基站提供给A-GPS接收机捕获辅助信息、辅助星历、时间与概略坐标,解决了微弱信号下的定位问题。从信号捕获到完成跟踪,解码导航电文需要经历相关锁定、相位锁定、比特同步、帧同步等过程,在信号很弱以至于无法实现帧同步、不能解调卫星TOW的情况下,常规定位算法无法实现定位。文中提出多普勒与伪码相位结合的A-GPS快速定位算法,利用伪码相位值进行伪距重构法消去整数毫秒伪距中隐含的公共误差,利用多普勒定位提供的初值保证初始位置和时间误差在0.5光毫秒以内,实现了粗时间、粗位置辅助下利用多普勒与伪码相位值的A-GPS快速定位。     

GPS navigation data bit decoding error during strong equatorial scintillation

Strong equatorial scintillation is often characterized by simultaneous fast phase changes and deep amplitude fading. The combined effect poses a challenge for GNSS receiver carrier tracking performance. One of the consequences of the strong scintillation is increased navigation message data bit decoding error. Understanding the rate of the data bit decoding error under equatorial scintillation is essential for high accuracy and high integrity applications. We present the statistical relationship between the data bit decoding error occurrences and the intensity of amplitude scintillation based on the processing of intermediate frequency GPS scintillation data collected on Ascension Island in March 2013. A third-order phase lock loop (PLL) is implemented to process the data and to access the data bit error typically expected in conventional receivers. A Kalman filter-based PLL is also used to process the same data to demonstrate that the data bit decoding error can be reduced through advanced carrier tracking designs.     

A new evil waveforms evaluating method for new BDS navigation signals

With the advent of new global navigation satellite systems (GNSSs) and new signals, GNSS users will rely more on them to obtain higher-accuracy positioning. Evil waveform monitoring and assessment are of great importance for GNSS to achieve its positioning, velocity, and timing service with high accuracy. However, the advent of new navigation signals introduces the necessity to extend the traditional analyzing techniques already accepted for binary phase-shift keying modulation to new techniques. First, the well-known second-order step thread model adopted by the International Civil Aviation Organization is introduced. Then the extended new general thread models are developed for the new binary offset carrier modulated signals. However, no research has been done on navigation signal waveform symmetry yet. Simulation results showed that, waveform asymmetry may also cause tracking errors, range biases, and position errors in GNSS receivers. It is thus imperative that the asymmetry be quantified to enable the design of appropriate error budgets and mitigation strategies for various application fields. A novel evil waveform analysis method, called waveform rising and falling edge symmetry (WRaFES) method, is proposed. Based on this WRaFES method, the correlation metrics are provided to detect asymmetric correlation peaks distorted by received signal asymmetry. Then the statistical properties of the proposed methods are analyzed, and a proper deformation detection threshold is calculated. Finally, both simulation results and experimentally measured results of Beidou navigation satellite system (BDS) M1-S B1Cd signal are given, which show the effectiveness and robustness of the proposed thread models.     

A closed-loop EKF and multi-failure diagnosis approach for cooperative GNSS positioning

Current cooperative positioning with global navigation satellite system (GNSS) for connected vehicle application mainly uses pseudorange measurements. However, the positioning accuracy offered cannot meet the requirements for lane-level positioning, collision avoidance and future automatic driving, which needs real-time positioning accuracy of better than 0.5 m. Furthermore, there is an apparent lack of research into the integrity issue for these new applications under emerging driverless vehicle applications. In order to overcome those problems, a new extended Kalman filter (EKF) and a multi-failure diagnosis algorithm are developed to process both GNSS pseudorange and carrier phase measurements. We first introduce a new closed-loop EKF with partial ambiguity resolution as feedback to address the low accuracy issue. Then a multi-failure diagnosis algorithm is proposed to improve integrity and reliability. The core of this new algorithm includes using Carrier phase-based Receiver Autonomous Integrity Monitoring method for failure detection, and the double extended w test detectors to identify failure. A cooperative positioning experiment was carried out to validate the proposed method. The results show that the proposed closed-loop EKF can provide highly accurate positioning, and the multi-failure diagnosis method is effective in detecting and identifying failures for both code and carrier phase measurements.     

GNSS导航卫星多维粗差定位算法研究

针对现有GNSS导航卫星多维粗差定位算法研究较少,本文提出采用全局-局部测试法查找观测值中的粗差。从函数模型方面详细论述全局测试和局部测试判断并定位粗差的过程,并且结合蒙特卡罗方法模拟的导航实验数据验证本文所提出的方法。模拟实验表明,该方法能比较快速且准确地定位含粗差观测值,从理论上补充了GNSS导航卫星多粗差定位的算法,也在一定程度上提高了多星座导航完备性。