基于PXIe总线架构的GPS导航信号模拟源设计及实现

卫星导航信号模拟源为用户终端设备的设计、验证、测试提供输入信号源,是用户终端设备研发和卫星导航信号系统验证的重要工具.早期的射频合成技术产生的信号的精度和通道一致性较差,随后的模拟中频合成技术存在通道间偏差的问题,而目前常用的数字中频合成技术存在相位抖动问题,所以本文基于PXI Express(PXIe)总线的软件无线电架构,设计并实现了一款采用数字基带合成技术的软硬件结合模拟源.模拟源上位机数学仿真软件采用图形化编程语言LABVIEW开发,实现简单,开发效率高,最终生成数字基带合成信号;模拟源硬件则使用美国国家仪器公司(NI)模块化的虚拟仪器,接收并处理上位机产生的数字基带合成信号,最终产生用户终端设备可以接收的全球定位系统(GPS)射频信号.利用频谱分析仪观察模拟源输出信号的频率和带宽,验证了GPS模拟源仿真信号的正确性;利用商用接收机进行定位解算,分析静态和动态场景下的信号质量、定位结果及三轴定位误差,验证了GPS模拟源仿真信号的准确性和有效性.      

导航中频测试数据生成系统若干关键技术研究

在卫星导航系统接收机开发过程中,导航数字中频数据是测试评估导航接收机基带处理电路和导航信号处理算法的重要基础。基于软件模拟的测试数据生成技术灵活方便,但逼真度不高。本文研究多径信号的精确模拟仿真方法,实现多径信号的延时、衰减。以及动态环境下,不同多径的多普勒修正。在信号仿真过程中,本文加入了射频前端和ADC的模拟,研究了其对导航中频信号带宽、功率、载噪比的影响,提高了信号模拟的逼真度。     

北斗全球导航卫星的运动学解算方法研究

在GNSS中,获取各个可见卫星的位置和速度是卫星导航接收机实现定位、测速和定时的必要条件。介绍北斗全球导航卫星的星历数据参数,依据卫星星历参数,给出了卫星空间位置、运行速度和加速度的数学表达式;研究基于轨道插值的卫星状态估计方法,利用分段三次埃尔米特插值计算卫星位置与速度;采用Matlab软件编制星历参数法与插值法的解算软件,并通过实验仿真验证了两种方法的可行性。结果表明,插值法得到的卫星位置误差可满足导航定位需求,在处理数据量大的情况下,插值法提高了计算效率。     

卫星导航信号高精度模拟产生与控制技术

卫星导航信号模拟器是卫星导航用户机检测和开展系统应用研究的关键设备.这里主要研究了信号模拟中的高精度时廷控制和多普勒处理技术,设计并提出了采用高精度数字时廷滤波器实现码相位时延精确控制的方案.通过多普勒调制和数字基带合成技术实现对卫星导航信号多普勒频移的模拟.仿真结果表明,该方法模拟仿真精度高,合理可行.     

利用旋转天线载波相位双差进行欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测,是卫星导航接收机实施欺骗干扰抑制,防止产生错误定位、测速和定时信息的前提。提出了一种基于旋转天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行平动消除和非相关差分处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径、转速和数据长度对检测性能的影响,指出增加数据长度是提升检测性能的必然选择,并定义了比较全局检测性能和限制检测性能下降的检测盲区。最后,通过蒙特卡洛方法进行了仿真验证,结果验证了所提检测方法和检测性能分析的正确性。     

中频数据卫星捕获算法研究

软件无线电技术在卫星导航接收机中的应用在很大程度上改变了基带信号的处理方法.本文详细论述了基于FFT的频域快速捕获技术,通过对实测中频数据实验分析,指出仅利用门限方法无法准确在频域判决可视卫星,必须依靠其他信息进行辅助判决.在分析通过实测数据获得的可视卫星在连续扩频码周期内多普勒和伪码相位变化规律的基础上,给出了采用多...     

抗干扰型卫星导航接收机中本地载波优化技术

载波数字振荡器(NCO)是导航接收机中对接收信号进行载波剥离处理的关键部分. 在接收机的基带数字信号处理模块中,NCO通过量化位宽和地址字长分别对本地载波信号的幅值和频率进行量化,即通过存储器数据的位宽和深度设计本地载波. 在给定输入信号/干扰动态范围下,根据本地载波的特点,优化设计了载波NCO中只读存储器(ROM)的幅值量化位宽和地址字长,使其适应实际工程需求,在保证信噪比(SNR)损耗和频率误差的条件下避免了本地载波存储的冗余. 实验结果表明:从需求出发设计导航接收机本地载波的最优位宽和深度,可保证数字下变频SNR损耗小于0.1 dB,本地载波实际输出频率相对误差小于0.1%,且最优位宽和深度小于优化前,减小了存储资源占用率,有效地提高了本地载波输出信号在动态信号和干扰下的适应性.      

集成电离层闪烁仿真的数字中频GPS信号模拟器设计验证

电离层闪烁造成GPS接收机测距误差增大、以致强闪烁条件下的频繁周跳和卫星信号失锁,集成闪烁仿真功能的GPS信号模拟器能够为接收机抗闪烁算法研究和性能测试提供必要的信号源。首先设计了基于AJ-Stanford模型和Cornell模型的电离层闪烁仿真软件,可以灵活配置闪烁时间、数据更新周期以及各模型参数,从而得到闪烁影响下的GPS信号幅度衰落及相位波动序列;然后开发了集成电离层闪烁仿真功能的数字中频GPS信号模拟器,该模拟器作为抗闪烁研究平台工具,可以灵活调整闪烁卫星号、模型及相关参数、开始时间和持续时间;其设计正确性通过实验室自研的软件GPS接收机得到了验证。     

基于软件接收机的GNSS/INS深组合导航算法研究

深组合导航系统将导航参数估计与GNSS卫星信号跟踪融合在一起,将相关器的输出I/Q信息作为GNSS/INS组合导航kalman滤波器的观测量,提高系统的导航精度、抗干扰性和动态性能。利用GNSS软件接收机方便处理基带信号的优势进行深组合导航算法研究,推导了深组合kalman滤波器的观测方程。仿真结果表明:在高动态条件下,深组合导航系统的导航精度明显优于紧组合导航系统的导航精度,位置误差稳定在2m范围内,速度误差稳定在0.04m/s内。     

卫星信号模拟器研究现状及发展趋势

卫星信号模拟器是一种高精度的标准信号源,可以产生卫星导航信号,为导航接收机的研制开发、测试提供仿真环境,是导航接收机设计的必备辅助工具。详细介绍了卫星信号模拟器的国内外研究动态,总结了国内外在该领域的技术现状,最后,对卫星信号模拟器的未来发展趋势做了探讨。     

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。     

提高卫星导航精度的卡尔曼滤波算法应用研究

采用卫星导航对海上航行的船舶进行速度测量是目前最广泛应用的方法,但是卫星导航接收机由于受外界偶然因素的影响,其显示的速度往往包含噪声,且属于随机的高斯白噪声。针对此问题,提出一种基于卡尔曼滤波理论的计算模型,只考虑上一个时刻和当前时刻的关系,大大地减少数据冗余;应用迭代的方法来处理卡尔曼滤波,以更好地简化计算的过程,并根据深圳某航海公司的实际数据对此计算模型进行仿真验证。实验结果表明,对于数据跳跃十分大且明显的噪声数据,经过滤波后,这些数据变得更加平滑和准确。     

GPS导航电文中星历参数量化对接收机性能的影响分析

导航电文包含卫星导航系统中定位解算的基础数据,卫星轨道的计算精度与导航电文中广播星历参数的精度密切相关。电文帧结构中排布的各星历参数量化位数受限于电文传输的信息速率,需要进行详细的设计论证。本文首次专门分析和大量仿真了GPS导航电文中由星历参数的有限量化字长引入的误差对卫星位置计算精度的影响,并通过GPSL1C/A数字中频信号模拟器和软件接收机进行了闭环测试,结果表明NAV格式星历参数量化前后卫星位置的计算偏差在2h的星历有效时间内不超过0.2m;进一步的仿真分析表明其所引入的UERE(用户等效距离误差)偏差不超过0.06m,而对用户定位结果的影响在厘米量级。     

卫星导航接收机中多波束抗干扰技术

抗干扰是卫星导航接收机中一项重要的技术。提出了一种卫星导航接收机中的新型多波束抗干扰方法,该方法能够较好地兼顾零陷深度与卫星信号增益的矛盾,达到抑制干扰的同时增强卫星信号强度的目的。通过大量仿真实验分析了波束数目、波束分配方式以及波束指向偏差对抗干扰性能的影响。仿真结果和性能分析验证了该方法的有效性和可行性。     

基于信号模拟器的接收机抗干扰测试方法研究

为了衡量导航终端接收机的抗干扰性能,满足产品测试需求,针对干扰信号的复杂特点,研究了导航终端接收机的抗干扰性能测试方法。针对几种典型的干扰信号进行分析和仿真,得到最佳干扰效果。同时利用软件的信号模拟发生器,改变干扰类型、干扰强度以及干扰频段,对卫星导航软件接收机的抗干扰能力进行了测试,仿真实验验证了测试方法的可行性。     

GPS接收机软件调度方法与性能分析及测试

基于Altera公司的现场可编程门陈列（FPGA）实现了GPS的L1频点基带相关处理,多任务操作系统（eCos）实现了软件各个功能模块的调度。本文设计了两种线程执行时间开销测试方法,并进行了相互验证。分析了基于多任务与单任务操作系统情况下各自的软件调度模型及不同调度模型对CPU利用效率以及输出更新率的影响。实测数据表明：当伪距输出频率为10Hz,定位解算输出频率为5HZ,可见卫星为5颗的情况下,相对于单任务操作系统的接收机,设计实现的基于多任务操作系统的接收机处理效率提高了约1．2倍。     

双频GNSS／SBAS接收机

Septentrio卫星导航技术公司推出一款名为Pola Rxze的双频GNSS／SBAS（基于卫星的增强系统）接收机，该接收机内装Sepetntrio卫星导航技术公司研发的GNSS双频芯片。它的特点是可接收多达16颗GPS卫星的L1和L2信号，并可跟踪多达6颗基于卫星增强系统卫星的L1信号，机内装有该公司研发的多径消除技术APME，以便减轻由于多径引起短期延迟的效应。该接收机安装在防水的盒子中，它有4个串行端口，一个标准的256MB的不可拆卸存储卡，可通过接钮来控制存储。     

基于SoC的导航接收机闭环跟踪环路设计与实现

在传统基于FPGA+DSP架构的导航接收机中,跟踪模块处于开环处理模式,存在实时性和可靠性差的问题,同时现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)之间大量的数据通信导致了IO资源和功耗的增加. 基于片上系统(SoC)架构提出了一种卫星导航接收机的闭环跟踪环路方案,整个跟踪处理过程在FPGA内实现了完整的闭环处理,有效地解决了开环跟踪存在的问题,极大地减少了FPGA与CPU之间的数据通信量. 此外,所有跟踪通道通过时、分复用的方式共用一个跟踪环路处理模块,有效节约了硬件资源,降低了成本,为小型化、低功耗卫星导航芯片的设计与发展奠定了基础.      

遥感卫星的轨道外推方法

通过星载GPS接收机直接确定卫星星历是低轨卫星定位的一个重要手段。由于低轨卫星的高机动性和GPS接收机较低的运算速度，导致有时下传星历数据的间隔非常大，要荻取连续的卫星轨道数据需要进一步处理。在分析遥感卫星轨道特点的基础上，提出一种新的简化轨道摄动力模型，利用模型实现了轨道外推，并利用最小方差序列匹配对低轨卫星外推数据进行修正。通过仿真验证，该算法在一定时间范围内可以达到较高的精度。     

北斗接收机动态定位精度测试与分析

随着北斗卫星导航系统建设和导航定位服务能力的发展,北斗卫星导航系统的多模芯片、天线、板块等关键技术已取得突破,掌握了自主知识产权,实现了产品化,国内目前已有北斗二代接收机研制成功。以差分GPS定位数据为真值,运用"跑车"测试法获取北斗接收机动态定位数据,通过与真值数据进行比对,获取北斗接收机动态定位误差数据,解算出动态定位精度,通过分析定位误差数据,可以为下一步提高接收机动态精度提供参考和依据。