基于GPS和短波的高精度时钟系统研究与设计

介绍了全球定位系统GPS、短波授时技术;在对高稳恒温晶振及其频率特性进行分析的基础上,设计了一种基于GPS卫星、短波无线电授时的高精度时钟系统;系统通过利用GPS接收处理模块、短波授时接收模块得到的秒脉冲信号、时间信息,经过信号检测,时延修正处理、性能优选,脉冲数量统计、脉冲滤波与卡尔曼算法处理、PWM脉冲调压控制,实现对高稳恒温晶振频率的校准,获得一个短期及长期频率准确度都比较优良的时间频率标准,同时利用校频后恒温晶振分频出的1pps信号对RTC时间芯片进行校准,对外输出高精度时间信息;对恒温晶振校频系统的基本工作原理及关键技术进行了详细说明,试验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度优于0.9*10-9;该系统实用方便,达到了将恒温晶振校准到较高指标的目的。     

基于GPS定向测姿系统的研究

基于运动载体姿态测量实时性的要求,利用两个GPS模块同步接收卫星的载波相位观测量,运用GPS载波相位差分技术,对卫星数据进行二维遍历搜索,建立快速搜索的模糊度函数,以最小二乘法为基础计算出两个天线中心点的基线矢量长度,最后快速计算出相对基准的航向、横滚和俯仰角;通过实验证明在3 m基线下,航向精度达到1.5 mil,而且定向时间一般只需1 min左右;在6 m基线下,航向精度达到1 mil,定向时间只需60 s。     

全球任意区域GPS定位环境分析

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）具有导航定位的功能，近年来应用越来越广泛。带有定位甚至导航功能的GPS接收机、手机、PDA等移动设备也逐渐走向普及，但是应用GPS进行导航定位受到时间和空间的限制。该文通过对GPS卫星星座和GPS卫星运行情况的研究，推导出理想模型下卫星轨道方程和卫星位置与时间的关系公式；利用Visual C＋＋编程，模拟地球上任意地点，在不同时刻所能接收到的GPS卫星信号的情况，这样就实现了全球任意区域GPS定位环境分析，特别是应用于大峡谷、盆地、河谷等地形的定位环境分析。     

GPS卫星跟踪数据的建模与仿真研究

根据卫星动力理论,建立了GPS卫星和低轨卫星的运动模型,再根据GPS定轨定位理论,建立了GPS跟踪数据的观测模型.最后在上述模型的基础上,提出了利用IGS数据产品进行低轨卫星以及地面观测站的GPS跟踪数据仿真的方法,并编制了相应的仿真程序.仿真结果表明文中的仿真方法能达到较高的精度,这对于论证搭载GPS的低轨卫星的定轨方案,评价其精密定轨算法,测试GPS数据处理软件,以及验证和比较GPS数据处理算法都具有较高的应用价值.     

民航卫星导航系统中的同步技术

时间同步是民航卫星导航定位系统建设的关键。民航卫星导航定位系统中时间同步技术包括卫星与地面即星-地和地面站间即地-地的时间同步,主要时间同步方法有用于星-地时间同步的双向时间频率传递法(TWSTFT)、侧定位法等,以及用于地-地时间同步的TWSTFT、卫星共视法、搬运钟法等。本文重点介绍TWSTFT和卫星共视法进行时间同步的基本原理、精度分析和民航卫星导航定位系统的钟差预报。     

小区域GPS短距离定位优化仿真

研究小区域内的GPS短距离准确定位问题.卫星发射的电磁波由于超强,达到建筑物或障碍物时会被漫反射到各个方向,反射随机性很强且很难控制,对正常的卫星通信信号形成干扰,造成卫星定位信号出现测距偏差.传统的GPS定位方法依靠得到的测距坐标完成区域定位,在受到卫星信号干扰的情况下,很难保证坐标测距的准确性,造成对小区域内的定位精度不高.为解决上述问题,提出了一种静态点位估计算法的小区域GPS短距离定位方法.对采集的CPS信号进行离散化处理,去除信号中的白色噪声.利用静态点位估计方法,获取目标的位置信息,从而实现小区域GPS短距离定位.仿真结果表明,提出的算法能够有效提高卫星信号干扰下的小区域GPS短距离定位的准确性.     

星载GPS低轨卫星定轨算法仿真研究

在对Kalman滤波在星载GPS低轨卫星定轨的研究中,由于系统和观测方程均为非线性,在线性化过程中引入线性化误差造成滤波发散现象,以及由于截断误差使得定轨精度差的问题,因此将平方根UKF方法应用于天基GPS低轨卫星定轨中,为提高定轨精度、速度及定轨稳定性。利用UT变换良好的期望及方差传递特性,无须对系统方程及观测方程进行线性化,避免了传统的EKF算法由于线性化引入的误差,同时平方根滤波方法有效地克服了协方差阵非正定问题。仿真结果表明,在相同条件下比EKF有效地抑制了滤波发散,且提高了定轨精度。     

基于GPS/北斗共视技术的铷钟驯服方法

为了提升铷钟的频率准确度等性能,以提供高精度的原子频率标准,在分析了现有铷钟驯服方法的基础上,提出了一种基于GPS/北斗共视技术的铷钟驯服方法,将铷钟的输出频率驯服到时间频率的最高国家基准UTC(NIM)上,克服了原来将铷钟频率直接驯服到星载原子钟方法中存在的频率准确度不高的缺点;另外,为了拓展北斗卫星导航系统的应用范围和维护我国在时间频率计量领域的独立自主地位,系统设计中除实现了GPS共视驯服外,还设计兼容了北斗共视驯服模式;试验结果表明,利用基于共视技术的驯服方法可以有效实现对铷钟的驯服,原来相对频率偏差指标为5e-11的铷钟经过GPS和北斗共视驯服后,其相对频率偏差指标分别提升至1.62133e-14和1.36395e-14,提升了3个数量级,达到了铯钟的水平。     

基于GPS与北斗双模授时的压控晶振校频系统的研究与设计

介绍了北斗与GPS双模授时技术,在对高稳压控晶振及其频率特性进行测试分析的基础上,设计了一种基于卫星双模授时的压控晶振校频系统;该系统通过利用GPS和北斗接收机得到的秒脉冲信号,经过性能选优得到标准秒脉冲信号,实现对晶体振荡器频率的校准,获得一个短期及长期稳定度都比较优良的时间频率标准;对压控晶振校频系统的基本工作原理及部分模块电路图进行了说明,实验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度一般优于5×10~(12),该系统采用实用方便的方法达到了将晶体振荡器校准到较高指标的目的.     

船载时间统一系统GPS跳秒问题研究与改进

介绍了船载时间统一系统的组成和GPS模块的工作原理。指出了现有时间统一系统存在的GPS跳秒问题。针对船载时间统一系统GPS跳秒问题,建立FTA故障树分析模型,分析故障底事件,定位了GPS跳秒问题的故障部位是GPS定时接收机,并深入分析GPS接收机关于闰秒的相关原理,进一步精确定位了GPS跳秒问题的原因是GPS接收机的闰秒修正软件算法存在缺陷。为了解决该问题,采用在GPS解码程序中增加GPS跳秒检测机制的方法,检测GPS芯片是否发生跳秒现象来避免产生器误同步,从而避免GPS跳秒问题导致的系统时间异常。通过搭建GPS模块程序验证平台和设计GPS验证测试软件进行测试,结果表明改进后的GPS解码程序在检测到GPS定时接收机跳秒后,能使GPS定时接收机复位,并设置GPS信息不可用,避免产生器误同步,从而有效解决了GPS跳秒问题。     

多普勒频率补偿算法在GPS信号捕获中的应用

在GPS卫星高速运动和地面GPS接收机的移动中,由于卫星和接收机之间的径向速度引起了载波多普勒频移、C/A码的多普勒频移和数据码的多普勒频移,多普勒频移会对GPS接收机的信号捕获产生影响,使其准确度下降。针对上述情况,在常用的相干积分结合非相干积分的GPS信号捕获方案中引入一种多普勒频率补偿算法,并对此算法进行相应的仿真。结果表明该设计方案是可行的,引入的补偿算法能够有效消除多普勒频移对GPS信号捕获的影响,能够实现对GPS卫星信号的多普勒和码相的准确捕获。     

时域内GPS伪随机码快速捕获的研究与设计

GPS接收机必须在短时间内快速捕获到GPS信号,将捕获到的GPS信号传递给跟踪过程,再通过跟踪过程解调得到卫星的导航电文,所以怎样快速捕获到卫星信号是GPS接收机的一个最重要的部分。而在这个过程中,对伪随机码的捕获占据了非常重要的位置,本文在时域内基于FPGA对GPS伪随机码快速捕获的进行了研究与设计。     

基于GPS技术的公交车智能控制器

随着人们对城市公交车辆服务需求的增多,传统的公交车控制器已经不能满足日益复杂的要求.基于GPS技术的公交车智能控制器,采用基于ARM Cortex-M3内核的微处理器,利用GPS模块进行卫星定位,SD卡作为存储介质,根据公交车行驶中的经纬度信息进行处理,实现公交车的自动定位、自动报站功能,改变了传统公交车控制器需要司机操控才能工作的方式.     

GPS和类GPS载波用于编队星座状态测量

为了确定编队星座的星间相对位置和卫星姿态,在原有联合GPS差分和类GPS伪距进行状态确定的研究基础上,进一步加入了类GPS载波差分信息。利用高精度的类GPS伪距给卫星间公里级的基线提供厘米级的约束,并采用Bayes最小二乘法快速解算出GPS星间载波单差整周模糊度；先由GPS伪距单点定位、GPS星内差分定姿获得卫星间相对位置、卫星姿态的先验信息,再采用Bayes最小二乘进行编队星座状态整体确定。数学仿真结果表明卫星间相对位置确定精度优于10~(-2) m,加入类GPS载波差分后能极大提高卫星姿态确定精度,使其优于10~(-5)rad。     

基于卡尔曼滤波的Landsat-8卫星影像几何精校正

卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计算法,被广泛应用于GPS动态数据处理、组合导航和通信与信号处理等领域。本文将卡尔曼滤波引入卫星影像几何精校正处理中,以Landsat-8卫星影像为例,利用卡尔曼滤波方法和地面控制点构建运动方程和测量方程,实现了对卫星星历和姿态数据的修正。实验证明,相比于传统最小二乘平差法,该方法使用较少的控制点即可达到稳定的精度,降低了几何精校正对控制点数量的依赖,具有较高适用性。     

道路定位信息提取及四参数坐标转换方法

该文针对当前比较普及的GPS,对其卫星定位信息的接收及其定位参数提取的实现和坐标转换的方法予以介绍,利用MSComm控件采用事件驱动的方法从端口获取数据。在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或者地方（任意）独立坐标系为基础的坐标数据,故采用四参数法对坐标进行转换。     

GPS接收机射频前端电路原理与设计

GPS 它是由美国开发的卫星导航定位系统,为全球用户提供高精度定位,导航和定时服务。随着 GPS 技术的发展,申请领域越来越广泛地从军事领域到平民。现在越来越多 GPS 接收器嵌入在便携式消费产品中,这项描述GPS接收器该研究已成为具有实用价值的流行主题。相关的测试结果表明,我们的前端电路已达到预期的性能。目前,前端电路已经开始应用于相关项目的设计,并且对未来的多频多系统导航接收器的开发具有很好的参考。     

GPS卫星位置计算及精度鉴定方法研究

GPS卫星高度角、方位角计算方法众多,但精度低;针对这点,提出了一种利用广播星历计算卫星高度角、方位角的方法,对该方法能够达到的精度提出了鉴定的途径,并分析了利用广播星历计算卫星高度角以及方位角的误差特点,结果表明利用广播星历计算的卫星高度角、方位角呈现出周期性变化的规律。     

利用CPLD器件合成IRIG-B码方法

近年来,IRIG—B码在电力系统时间同步中得到了越来越多的应用。本文介绍一种数字控制的方法,利用CPLD器件,和单片机、GPS卫星接收模块进行配合,用以实现性能良好的IRIG—B码源。该方法中,各个器件之间配合简单,时间精度控制容易,可方便地在电力系统的时间同步工作中实现。     

利用全球导航定位系统进行大气和海洋遥感

首先对国外开展的利用GPS系统进行大气和海洋航天遥感的理论和试验研究工作进行了综述, 然后对利用GPS系统进行大气和海洋遥感的基本原理和一些试验结果作了简要介绍。同时对GPS遥感方法和传统的遥感方法加以比较分析, 最后开展了一些讨论, 以期对我国航天微波遥感的发展和二代卫星导航定位系统的应用提供一定的参考。