非完整约束的OD/SINS自适应组合导航方法

在地面车载组合导航GNSS/OD/SINS中,全球导航卫星系统（GNSS）信号容易受到环境的干扰甚至发生中断,将非完整性约束（NHC）应用于里程计（OD）/捷联惯性导航系统（SINS）组合,可以有效抑制GNSS信号中断期间组合导航系统的误差发散。通常NHC的噪声设定基于固定的经验值,然而在实际运动过程中,车辆运行轨迹复杂多变,其运动状态不能完全满足NHC前提假设,经验给定的噪声无法准确反映车辆实际运动情况。为此,本文分析了NHC噪声与车辆运动状态的关系,构建了一种基于车辆运动状态的NHC噪声自适应方法。通过所选场景的实测数据验证表明：采用噪声自适应的NHC/OD/SINS组合导航结果相比于固定噪声的NHC/OD/SINS组合,在GNSS信号中断110 s、车辆连续转弯的情况下,最大水平位置误差减小了68.4%;在GNSS信号中断74 s、车辆直线行驶的情况下,最大水平位置误差减小了87.3%;能较好地抑制GNSS中断期间组合导航系统的误差发散。     

基于沿海业务观测的ＢＤＳ大气可降水量反演

随着中国北斗导航卫星系统新一代ＢＤＳ－３卫星发射,需要对ＢＤＳ反演大气可降水量的精度进行评估。选取 ４个中国沿海ＧＮＳＳ业务观测站,采用精密单点定位方法,设计了ＢＤＳ－２、ＢＤＳ－３和ＢＤＳ－２／３等３种数据处理方案, 开展岸基ＢＤＳ水汽反演试验,并以ＧＰＳ　ＰＷＶ和ＥＣＭＷＦ提供的ＥＲＡ５产品作为参考值,对ＢＤＳ　ＰＷＶ进行精度分 析。结果表明,利用新一代ＢＤＳ－３卫星反演的ＢＤＳ－３ＰＷＶ和ＢＤＳ－２／３ＰＷＶ与ＧＰＳ　ＰＷＶ和ＥＲＡ５ＰＷＶ参考值均 具有很好的一致性,其平均偏差分别为０．６ｍｍ和０．２ｍｍ,均方根误差分别优于１．０ｍｍ和１．６ｍｍ,具有较高的精 度,从而验证了新一代ＢＤＳ－３卫星对ＢＤＳ水汽反演精度提升的贡献;ＢＤＳ－２／３ＰＷＶ的精度略优于ＢＤＳ－３ＰＷＶ,在 一定程度上验证了ＢＤＳ混合星座对水汽反演精度的影响。     

当代GNSS的发展进步与转型构想

从美苏分别提出了建设GPS、GLONASS到今天,当代GNSS全球导航卫星系统工程诞生已近半个世纪。半个世纪以来,GNSS深深地改变了人类的军事斗争、经济社会和日常生活方式;面向人类文明未来的发展进步和智能时代新需求,GNSS仍然需要进一步创新转型。本文系统梳理了当代GNSS的发展进步和启示,研究了智能时代需要的GNSS深度转型方向,提出了GNSS转型发展的方案构想,供广大GNSS设计者和建设者参考。     

导航综合基带的设计与实现CSCD

中国区域导航定位系统(CAPS)是我国一种具有自主知识产权的新型卫星导航系统.基于卫星转发地面产生的导航信号的工作模式,实现卫星导航功能.导航综合基带是CAPS主控站的重要终端设备.利用无线电软件设计思想,设计了导航综合基带总体架构.采用标准面向仪器系统的PCI扩展(PXI)机箱结构,基于总线设计,可扩展性强.基带的关键技术包括发射信号的频率补偿技术,高精度接收技术,设备高稳定时延保持技术.实际测试结果表明:该导航综合基带性能良好,伪码测量精度优于0.20 ns,通道时延稳定度优于0.25 ns,频率补偿精度优于0.8 Hz,满足CAPS的需求.     

基于部分输出FFT的CSK信号高效解调算法CSCD

为了实现精密星历数据的高速率播发,码移键控(CSK)调制技术将是下一代卫星导航系统的重要选项.CSK调制信号在解调时需要遍历计算各种码相位偏移的相关值,因此通常使用基于快速傅里叶变换(FFT)的频域解调算法.根据CSK频域解调仅需FFT部分输出结果的特点,提出了基于部分输出FFT的CSK信号频域解调算法.该算法对传统FFT的蝶形解算结构进行优化,通过定义计算节点以消除与输出结果无关的计算,从而降低解调的计算复杂度.以码率为1.023 Mcps的CSK(4,1023)调制信号为例,所提算法可节省约45.6%的计算量,这对下一代卫星导航接收机的设计具有重要的意义.     

基于预平均处理的导航信号捕获技术

针对传统导航信号捕获算法资源消耗大、多普勒分辨率低的问题,提出了一种基于预平均处理的变系数匹配滤波的快速捕获方法. 该方法将经过预平均处理后的导航中频信号和本地信号主码存入相应存储器,然后经变系数匹配滤波器完成相关累加,再经快速傅里叶变换(FFT)频率估计器完成数据的频谱分析,最后利用验证模块对FFT输出结果的最大值进行二次验证,完成捕获检测. 所提方法在达到相同积分时间的同时节省了50%硬件资源,能够提高捕获多普勒分辨率以提高转跟踪成功率,通过软件灵活配置可以实现多系统多频点全球卫星导航系统(GNSS)信号的兼容处理.      

信号遮挡环境下融合TOA/AOD的5G/SINS组合导航算法模型与精度分析

为解决可观测基站受遮挡情况下仅采用到达时间（time of arrived, TOA）无法定位或精度较差的问题,将第5代移动通信技术（5th generation,5G）中多天线阵列提供的信号离开角（angle of departure, AOD）应用在定位解算中,通过卡尔曼滤波将5G定位与捷联惯性导航（strapdown inertial navigation system,SINS）融合,构成融合TOA/AOD的5G/SINS组合导航方案。通过模拟可观测5G基站数量充足、遮挡这两类场景下的仿真实验,对基于TOA的5G定位、基于TOA/AOD的5G定位、TOA组合导航、TOA/AOD组合导航这4种解算方法的位置误差进行了比较。仿真实验结果表明,当可观测基站受遮挡时,融合TOA/AOD进行5G/SINS组合导航能确保100%的定位成功率,并有效降低组合导航发散的概率,减小40%~70%的位置误差。     

一种基于少通道准校正GNSS干扰信号的空间谱测向方法

针对导航干扰信号测向初始相位估计难度大导致空间谱测向精度低、误差大的问题,提出了一种以经典多重信号分类(MUSIC)算法为基础的“少通道准校正空间谱测向方案”. 该方案是在每个通道内加入校准源,从而获得任意两个通道的初始相位差,减小了通道间的初始相位差对协方差矩阵计算的影响,实现空间谱测向的目的. 将所提的方案应用于五阵元三通道测向天线并在试验场地进行测试,实验结果表明:该方法能够解决复杂场景下单信号、双信号的测向,在低信噪比(SNR)的情况下,测向误差仍能保持在3.5°左右,测向精度较高,测向结果与全通道的测向结果基本一致.      

水下导航定位技术综述

自主式水下航行器(AUV)作为海洋资源的开发与利用的主要载体,执行任务时需要准确的定位信息. 现有AUV主要采用捷联惯性导航系统(SINS)为主,声学导航和地球物理场匹配导航技术为辅的导航方式. 本文简述水下导航方式基本原理、优缺点和适用场景;探讨各类导航方式包含的关键技术,提高组合导航精度和稳定性. 通过分析现阶段存在问题,展望水下导航的未来发展趋势.      

基于运动检测的飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航

针对机场飞行区车载差分北斗/SINS组合导航系统中卫星信号衰弱、断续和中断时引起导航系统精度降低的问题,提出一种基于运动检测的高精度组合导航方法。该方法基于运动检测的差分北斗/SINS组合导航系统框架,根据车辆运动的特性,利用零速修正与动态零速修正相结合的模式来约束SINS误差;建立系统误差最优估计状态方程和量测方程,并结合惯性测量单元输出的陀螺和加速度计信息以及SINS输出速度来实现车辆运动状态的检测;最后通过车载实验验证该方法的可行性。结果表明,卫星信号有效时,差分北斗/SINS组合导航定位精度优于1 m;相比于传统运动学约束技术,2.5 km信号中断场景下,组合导航系统的经度误差最大值由5.21 m减小为1.35 m。