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。     

GPS软件接收机系统设计及仿真实验研究

软件接收机通道模块设计体现着软件算法的核心,接收机运行控制设计决定着整个软件系统的循环。在接收机通道状态分析的基础上设计实现了GPS单频软件接收机,并对自行开发的C/A码信号仿真器产生的数字中频信号进行了实验,分析了捕获和跟踪状态中通道重要参数的时间序列关系,验证了时域串行搜索捕获策略、超前—滞后非相干码跟踪环路以及直方图位同步算法的正确性和通道模块结构设计的合理性。     

GPS卫星信号Doppler频移的计算与分析

在GPS导航定位系统中，多普勒频率偏移直接影响接收机性能。为了克服多普勒频率偏移的影响，提高接收机的GPS信号捕获速度，对多普勒频移估计算法进行研究。通过分析可视卫星的判定、Doppler频移计算方法，基于NewStar150GPS原理实验平台，使用C＋＋语言编程，开发Doppler频移计算程序。实验结果表明，Doppler频移的大小与a有关。当a〈90°时，多普勒频移为正，用户接收机收到的频率比卫星发射的频率要低。当a〉90°时，多普勒频移为负；当a=90°时，多普勒频移为0。     

GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获方法

随着我国北斗导航系统“全球组网”序幕的拉开,设计实现接收机的兼容互操作功能已变成接收机设计领域的一个研究热点。文中针对GNSS双频兼容互操作接收机信号捕获环节设计中遇到的处理时间长、捕获精度低、硬件资源消耗大、兼容性差等问题,设计一种基于频域处理的信号捕获算法。该算法在传统频域捕获的基础上,优化频域转换资源利用与遍历方式,在能量累加方面加入相干与非相干累加方式,达到微弱信号捕获。借助Xilinx软件Vivado及其仿真工具,对整个捕获系统进行了仿真实现,验证了算法设计的准确性,本算法可以捕获信号功率-135 dB以上的信号,可捕获的载波多普勒频率范围满足实际工程需求。在实际工程验证中,本算法能较好地满足工程应用性能要求。      

GPS／BD2／GALILEo反射信号接收机兼容分析与设计实现

探讨了多系统反射信号接收机GNSS—R的关键技术,介绍了基于FPGA＋DSP平台的GNSS—R接收机多系统兼容方法。通过数据插值技术、存储CA码发生器技术、FFT频域搜索CA码相位和载波多普勒频移技术,利用分段积分和FFT技术得到反射信号的复相关功率值等技术,解决了多系统在采样、捕获、跟踪、处理等方面的兼容性问题。搭建了验证系统,实现了对多系统反射信号接收机的信号的兼容处理。     

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。     

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。     

基于北斗授时和星历的卫星跳频通信方法

提出了一种基于北斗授时和卫星星历实现跳频同步并且适用于卫星与地面站上下行链路的跳频通信方法。首先基于卫星星历,采用SGP4模型预测卫星轨道,计算卫星与地面站的相对位置和相对速度,然后估计电波传播时延和多普勒频偏,最后在地面站分别进行预校正与补偿,完成星地的高速跳频通信。仿真实验结果表明,与传统的跳频系统相比,该方法硬件复杂度低,电波传播时延估计精度优于300ns,归一化多普勒频偏估计精度优于1×10~(-8),开销为1%时跳频速率可达20 000Hops/s,具有优良的抗干扰和抗截获性能。     

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。     

基于FPGA的高动态P码直捕算法设计与实现

长周期精密测距码（P码）的直接捕获技术对提高导航接收机的性能十分关键,为了设计出高动态、低信噪比环境下的P码快速直接捕获接收机,采用部分匹配滤波器组实现伪码时域并行搜索,结合小点数的快速傅里叶变换（FFT）,将匹配滤波器输出的部分相关值进行功率谱分析,完成多普勒频率偏移的并行搜索。硬件实现时结合FPGA的特殊结构,提高资源利用率,同时采用并行流水机制处理ADC的采样信号,对于每一个采样点,均可以在下一个采样点到达之前完成该点的码相位和频率的二维搜索。对比国内外P码接收机的研究成果,算法在捕获时间上有很大改进。在信号功率为-165 dBW,伪码相位±1 s的时间不确定度,以及多普勒频率偏移±16 kHz的条件下,捕获时间小于10 s,完全适用于高动态环境下的P码快速直接捕获。     

GPS射频干扰浅析

由于GPS接收机的工作有赖于GPS卫星信号，所以易受射频干扰(RFI)的影响。射频干扰可能会引起导航精度的降低或接收机跟踪的丢失。本文论述了信号噪声比和信号噪声密度比的概念，分析了射频干扰对GPS接收的影响，最后说明了直接检测RFI的方法以及RFI源的定位。     

BDS-3新频率与Galileo单频组合伪距单点定位精度分析

为对比分析北斗三号（BDS-3）/Galileo相同频率伪距单点定位精度,基于MGEX（Multi-GNSS Experiment）分布的跟踪站实测数据,分析了BDS-3、Galileo以及BDS-3/Galileo单系统单频、双系统相同频率组合和非相同频率组合伪距单点定位精度. 经研究发现,BDS-3/Galileo相比单系统有效提升了卫星可见数与卫星空间分布几何结构,在单系统定位方面,BDS-3系统B1C和B2a伪距单点定位精度优于Galileo对应相同频率的伪距单点定位精度,在双系统定位方面,BDS-3/Galileo相同频率组合伪距单点定位精度优于非相同频率组合,双系统组合定位对Galileo单系统定位精度提升优于BDS-3,表明BDS-3相同频率的设计有效地提升了与Galileo系统的兼容性.      

单频BDS定位的可靠性分析

针对BDS系统中存在的模型误差对模糊度解算造成估计偏差的问题,该文提出了以最小可探测偏差(MDB)为模型误差计算有偏估计成功率对模糊度解算的正确性进行评价,并分别以码观测和相位观测进行了仿真实验,得出了存在码观测MDB和相位观测MDB等情形时的有偏估计成功率大小的规律,并与不存在模型误差时的成功率进行对比分析。鉴于GNSS定位粗差包括伪距码观测粗差和相位周跳,推导了码观测和相位观测情况下的BDS系统单频定位可靠性指标MDB和最小可探测效应(MDE),并进行了中国大陆内某地点的BDS单频定位性能的仿真模拟,着重分析了载波相位MDB与周跳之间的关系。     

GPS单频精密单点定位的研究实现

本文研究建立了电离层参数估计的单频精密单点定位的数学模型,并综合考虑各项误差模型改正,运用卡尔曼滤波算法,开发了单频精密单点定位程序,最后利用实测数据进行实验。实验结果表明:静态平面、高程方向精度均优于0.15m,动态精度优于0.3m。     

地理信息技术辅助的广播电视频率规划

针对广播电视频率规划无法直观展示且耗时耗力的问题,该文提出将地理信息系统的理论与方法应用在广播电视频率规划领域,通过利用地理信息空间数据库辅助广播电视部门进行台站数据管理,有效提高数据管理水平;利用地理信息技术构建电波空间传播模型,直观展示电波在真实世界中的传播及覆盖情况。结果表明,基于地理信息技术构建的广播电视频率规划软件直观展示了频率之间的相互关系和对未来规划的影响。该文可为节约频谱资源,科学地规划广播电视频率提供决策支持。     

RCS的频率步进连续波测试技术研究

采用频率步进连续波体制进行RCS测试是一种新技术,本文具体研究了频率步进连续波测试系统的信号处理模型,分别对回波数据在IFFT处理中的补零点数、数据截断宽度和窗函数选取等方面进行深入分析,最终通过系统地实验验证,表明信号处理工具的有效应用,使得频率步进连续波RCS测试技术具备良好的测试精度和较宽频段的目标特性信息。     

Measurement of distances by high frequency light signalling

Summary A source of light emils light, the intensity of which varies with a frequency which is kept constant by means of an oscillating quartz crystal. A plane mirror is placed at a distance of 10–30 km from the source of light. The mirror reflects the light back to a phototube placed in the neighbourhood of the source of light. The above-mentioned crystal controls the sensitivity of the tube, which thus varies with the same frequency as the source of light. Thereby, the electrical currents from the tube will vary with the distance, depending on whether the incoming light impulses are more or less timed to the cycles of sensitivity of the phototube. Thus the variation of the current is periodic with the distance. With the actual rate of crystal frequency, the same strength of current is repeated every 18th meter that the mirror is moved. When measuring distances the periodical change with the distance is employed as a scale. The size of the scale is once and for all determined from a known distance. A special arrangement causes the currents to reverse every 9th meter of change in distance. Thus the currents pass through zero and have their greatest rate of change in relation to a change in distance. The 0-points represent the division-lines of the scale of distance used. The constancy of the distance between the division-lines is directly dependent on the constancy of the frequency. The determination of a distance is accurate to about one in one million.     

Galileo系统频率和信号设计现状

介绍了Galileo系统频率和信号设计方案。对Galileo系统选用的信号频段、各频段的中心频率、码率等主要参数、Galileo系统服务与信号的对应关系进行了研究。并对Galileo系统和GPS系统的兼容性和协同工作性进行了比较分析。     

卫星参考站用户频数与当地经济的相关性分析

针对现有经济地理国情监测时效性较差、方法较为单薄等不足,该文提出一种利用卫星参考站用户频数与当地GDP的相关性进行分析的思路:利用2012年至2013年上半年的江苏省CORS服务数据,结合2012年人均GDP,综合分析得出两者相关性高达0.94,并结合地统计学处理方法做格网化处理,分析江苏省当年经济建设的现状和热点。实验结果表明,该方法能快速获取江苏省经济热点分布的相关信息,相关性参数可以作为江苏省经济地理国情动态监测的一个敏感相关量观测值,供系统分析者参考。     

多场景下的行人步频自适应检测方法

针对步频检测中容易出现步数过计、错计等问题影响行人航迹推算(PDR)室内定位精度,提出一种自适应步频检测算法. 由于智能手机内置加速度传感器直接采集得到的数据存在大量干扰噪声,提出一种组合滤波去噪方法,即将加速度数据依次通过赫尔指数移动平均法、卡尔曼滤波(KF)和低通滤波的预处理滤波组合去除噪声. 然后在不同场景下,如上下楼、水平地面和不限制步速,经过峰谷值去异、自适应动态阈值、峰谷值成对的检测算法后获取峰谷值个数,实现在多场景和多步态下的准确计步. 实验结果表明:相比峰值检测和动态阈值算法,该方法能有效剔除伪真步数且适应于上下楼场景,综合场景下的实验平均精度达到99.44%.