基于卡尔曼滤波的GPS高动态载波跟踪环路设计

针对高动态环境会使接收机接收信号载频上产生很大的多普勒频移及其变化率,普通的GPS载波跟踪环无法保证可靠的跟踪等问题,通过综合分析传统的二阶叉积自动频率控制环(CPAFC)辅助三阶锁相环(PLL)的高动态载波跟踪环路,以及卡尔曼滤波器在动态跟踪中的优势与劣势,该文设计了一种基于卡尔曼滤波的二阶CPAFC辅助三阶PLL的GPS高动态载波跟踪环路。通过仿真分析证明,新的环路能更好地适应动态性,整体跟踪性能更好;并且在信噪比较低的情况下,环路优势更明显。     

一种新的NMEA0183协议解析方法实现

NMEA0183 协议解析模块是导航系统中至关重要的软件模块,该模块的健壮性和高效性直接关系到整个导航系统的性能。为了能及时并高效解析NMEA数据流,分开处理NMEA数据流解析与数据显示,降低解析模块与显示模块的耦合性,提出一种基于正则表达式和MVC架构的NMEA0183协议解析方法。整个解析模块可分为四个阶段,原始NMEA数据流存储,NMEA数据流高效解析,NMEA数据校验,NMEA数据显示。目前该方法已应用到GPS 导航产品中,实测表明,该解析模块高效可靠,数据流解析显示实时性好。      

基于虚拟相关对技术的C/A码相关峰形变监测算法

"主从相关器"结构的接收机常被用来监测C/A码相关函数相关峰的形变,但受制于相关器数量的影响,在GPS卫星低仰角时,监测器并不能及早地发现信号形变,针对这一问题,该文在"主从相关器"结构的接收机基础上,采用了虚拟相关对技术,通过已知的3组相关对(一组"主相关对",两组"从相关对")和Prompt相关器输出,以码片间距为自变量,采用最小二乘的方法,拟合相关器相关值输出三次曲线。拟合曲线上的点作为构建的虚拟相关对输出,它们与已知相关器的输出一起进入之后的相关函数相关峰性形变监测部分处理。采用此种方法,不仅不会遗漏传统算法用到的待测量,而且能扩大待测量的样本空间。同时,该方法不会因为加入新的待测量产生误测。通过仿真发现,在使用3组相关对和Prompt相关器,且GPS卫星仰角较低时,该算法比传统算法更早监测到C/A码形变。     

基于小波分析和神经网络的卫星钟差预报性能分析

为了有效地进行卫星钟差预报和更好地反映卫星钟差特性,提出了一种基于小波分析和神经网络的4阶段混合模型来实现卫星钟差的预报,并给出了基于小波分析和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络进行卫星钟差预报的基本思想、预报模型和实施步骤.采用"滑动窗"划分数据,利用神经网络预测小波分解和去噪后的钟差序列各层系数,更精确地把握钟差序列复杂细致的变化规律,从而更好地逼近钟差序列.为验证该混合预报模型的可行性和有效性,利用GPS卫星钟差数据进行钟差预报精度分析,并将其与灰色系统模型和神经网络模型进行比较分析.仿真结果显示,该模型具有较好的预报精度,可为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差.     

基于数据融合的电离层VTEC反演精度分析

随着空间目标活动和卫星导航系统的增多,观测电离层数据的途径越来越多,探测精度也越来越高.在Kalman滤波的基础上,利用2016年的国际参考电离层(IRI-2016)模型中电离层垂直电子含量(Vertical Total Electron Content, VTEC),结合地基反演得到的VTEC值,利用数据融合算法提高电离层VTEC的近实时反演精度.针对加拿大附近高纬度区域(130°W–150°W, 60°N–70°N)、朝鲜、韩国和日本周边中纬度区域(115°E–135°E, 32.5°N–42.5°N)、洪都拉斯和危地马拉附近低纬度区域(80°W–100°W, 10°N–20°N)进行了观测,比较发现地基反演和数据融合技术得到的电离层VTEC精度都比较高,但是数据融合得到的电离层VTEC在3个区域的精度都明显更好.该算法能够很好地应用在地面基准站数量较多的区域,同时也能应用在地面基准站数量较少或者海洋、沙漠等布设地面基准站不方便的区域,提高电离层VTEC的精度.     

区域电离层TEC建模及其在磁暴上的应用

介绍计算卫星及测站硬件延迟的方法,采用低阶球谐函数模型进行系统组合硬件延迟的参数估计,选取欧洲区域内的10个IGS观测站,15 min实时解算一个VTEC模型,对解算结果的准确性和稳定性与IGS公布的结果进行比较,计算结果与IGS的计算结果一致。针对2015年3月17日发生的磁暴,利用经过硬件延迟修正后的电子含量,研究测站上空的电离层电子含量的变化情况,表明其能较好地反映磁暴现象。      

基于泛在位置服务的嵌入式导航计算机系统研究与设计

分析了全球定位系统(GPS)、捷联惯导系统(SINS)和无线定位技术(WLAN)在城市复杂环境下室内外定位时的优缺点,提出了在城市复杂环境下采用基于卡尔曼滤波松组合的SINS／GPS组合导航定位方式,在室内环境下时,单独使用WLAN无线定位技术时易受室内复杂环境的影响,比如天花板、墙壁造成的多径效应,在传播过程中易受相近频段电器的干扰等等;提出了采用基于卡尔曼滤波的SINS／WLAN的组合导航定位技术来实现,从而实现更加平滑的导航定位结果。同时兼顾全组合导航系统高精度、低功耗、小型化的要求,设计出基于TMS320C6713和FPGA架构的嵌入式导航计算机平台。通过该平台系统的搭建,能够有效解决人们对泛在位置服务的需求问题。      

神经网络在卫星钟差短期预报中的应用研究

本文针对卫星钟差的特点,提出了基于神经网络的卫星钟差短期预报模型,给出了基于径向基函数(RBF)网络进行卫星钟差预测的基本思想、预测模型和实施步骤,并对比分析了神经网络模型与灰色系统理论模型的区别.为验证本文提出的预报模型的可行性和有效性,利用GPS卫星钟差数据进行钟差预报精度分析,并与灰色系统模型进行对比分析.仿真结...     

可配置多模GNSS信号捕获技术研究

本文分析了四大卫星系统之间的差异性,讨论了卫星信号兼容处理的可能性。使用了可配置的思想设计多模GNSS卫星信号捕获结构,主要分析了GPS L1、BDS B1I、GLONASS L1和GALILEO E1B频点民用码的捕获方法。通过设置初始化参数,可以配置其中关键部分的组成,使其在每一次处理过程中都可以处理特定的卫星信号。最后,使用Verilog HDL语言对其中的部分子单元进行仿真实现,验证了设计的可行性。      

基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合系统研究

为满足组合导航系统在高动态环境下的性能要求,设计基于矢量跟踪的GNSS／SINS相干深组合导航方法。利用矢量跟踪环路将所有可视卫星的跟踪和导航解算融为一体,增强通道间的辅助;高动态对载波跟踪影响更大,在通道预滤波中将码环载波环分别用独立的滤波器处理,组合滤波中采用通道间差分降低滤波状态维数,提高计算效率。引入惯导的加速度辅助本地信号参数预测,较精确地测量卫星视线方向的加速度,减小接收机在高动态时段的剩余动态,提高本地信号参数的预测精度。基于矢量跟踪软件接收机搭建相干深组合仿真系统,实验表明该方法在高动态等环境下能提高信号跟踪性能,改善系统的精度、可靠性。