GPS软件基带信号处理与定位实现

在GPS软件接收机架构下,基于计算机MATLAB软件平台,利用实际采集的GPS中频信号,在普通计算机上实现了一个硬件接收机的所有基带信号处理以及导航解算功能：详细介绍了FFT相关捕获方法,经典载波、伪码跟踪环设计;对于接收机中最重要的伪距计算环节,给出一种完全不需要本地时间,而仅利用采样数据,根据由捕获和跟踪得到的观测量,提取出各卫星帧头到达天线的时延差,从而计算伪距的方法,最终实现了定位解算。实验结果表明,利用真实GPS中频数据,可以在GPS软件接收机架构下,完成全部基带信号处理以及定位解算等完整过程,完全实现一个接收机功能,并适合精密单点定位、多模接收机等算法开发。     

GALILEO原始观测数据仿真研究

对GALILEO卫星的运动情况进行了模拟,进而仿真出其全星座卫星系统.分别采用NeQuick模型和Hopfield模型分别对电离层误差和对流层误差进行了模拟.参照GPS对GALILEO卫星钟差和接收机种差进行了模拟.计算各颗GALILEO各卫星的Doppler频移以及对各颗卫星的伪距和载波相位观测值,最后生成RINEX观测文件.生成的观测文件能反应GALILEO观测的实际情况,是进行GALILEO/GPS组合导航以及载波相位模糊度解算等后处理研究的基础.     

紧耦合GPS/INS组合导航技术仿真研究

提出了一种改进的惯性导航系统(inertial navigation system, INS)辅助GPS载波跟踪算法,设计了一种基于伪距/伪距率组合的信息融合算法,并对相应的算法进行了仿真验证。仿真结果表明：在紧耦合GPS/INS组合导航系统中,惯导对GPS跟踪环路的辅助,可以保证接收机环路滤波器在窄带宽下仍能正常工作;基于伪距/伪距率的GPS/INS信息融合方法,使组合导航系统在GPS接收机接收的卫星少于4颗的时候仍能有效地利用GPS导航信息,同时利用组合滤波器的输出对INS系统的误差进行修正,提高了整个组合导航系统的导航精度。     

一种利用双星系统对无人机实时定位的方法

针对双星系统有源定位间隔长、实时性差,无法用于无人机定位的缺陷,提出利用钟差辅助双星无源伪距进行实时定位的方法.该方法基于用户钟差与运动无关且规律性较强的特点,利用有源定位数据对钟差进行建模.通过钟差模型预测辅助双星无源单程伪距进行实时定位,从而消除了简单位置外推对运动模型的依赖.通过理论分析了方法的可行性,给出了钟差建模及定位的具体算法流程.借助某实际飞行数据的仿真验证表明该方法不仅可以对无人机进行实时高精度定位,同时可减少对有源定位询问频度的依赖,从而减少电磁暴露.     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,建立了相应的误差模型和系统观测模型 ,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

无源北斗/惯导组合导航算法研究

针对北斗卫导/惯导组合导航系统设计组合导航卡尔曼滤波定位算法,并对组合导航算法的可观性进行了分析,提出了引入伪距率和前后滤波伪距之差作为观测量改善组合导航系统的可观测性。基于高稳定度的用户时钟,通过仿真验证了伪距率和前后滤波伪距之差观测量都能提供伪距不能提供的额外观测信息,都可以将钟差由不可估计变为可估计,改善组合系统的稳定性,并且提高丢星时的滤波定位精度。因此,在北斗/惯导组合导航系统中引入伪距率或前后滤波伪距之差做观测量是必要而可行的。     

基于平方根UKF的双星编队相对状态自主确定

基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方程;为保证协方差阵的正定性,提高计算精度和速度,应用平方根UKF滤波方法进行双星编队相对状态的自主确定。仿真结果验证了所给出方法的可行性和有效性。     

CE5T星载GPS数据的定轨分析

嫦娥五号飞行试验器搭载星载多模接收机,验证星载接收机接收导航星旁瓣信号的能力,首次实现了利用旁瓣信号对大椭圆轨道航天器的导航定位。理论分析了导航星旁瓣信号接收的可行性,基于嫦娥五号飞行试验器轨道特性研究了接收机接收信号功率及可视导航星数目与地心距变化的关系,并给出了理论几何定位因子。分析表明,接收机灵敏度达到-160 dBm条件下,可具备6×10⁴ km以下高度的定位能力。对获取的导航解数据及伪距进行了处理分析,利用导航解进行定轨计算,导航解的噪声水平优于10 m。利用差分伪距数据进行定轨计算,残差噪声约为8.5 m,使用1 h数据可以实现定轨预报1 h优于百米的精度,达到地基数据长弧条件下定轨预报精度水平。     

基于国密算法的伪卫星导航信号认证方法研究

全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)有诸多优势，但在一些有物理阻隔或电磁干扰的领域，GNSS的可用性、可靠性、精确性出现明显不足，由此可以使用一种基于地面设备的伪卫星系统进行导航定位服务。伪卫星信号体制细节公开，使得接收机易受到多种欺骗干扰的攻击。为了使信号传输更加安全，提出一种使用导航电文加密方法的信号防伪认证方案，并从安全性、可靠性和认证效率几方面对该方案进行评估。分析表明，所提方案能在保证较好的认证实效的同时，维持较低的通信成本与计算成本，解决了伪卫星系统缺乏认证机制、存在安全隐患的问题。     

强干扰下GPS接收机性能仿真和分析

由于GPS接收机接收信号弱,使得接收机容易被干扰.为了分析干扰对GPS接收机的影响,开发了一个基于Marlab的软件仿真平台.该平台包括四个部分:用户界面、GPS信号仿真器、GPS软件接收机以及干扰信号发生器.接收机在受干扰信号的驱动下的输出量:伪距、载噪比、锁相环锁定值和定位误差,用于接收机的干扰性能分析.理论结果和实验结论相吻合表明该软件仿真平台可以用于干扰条件下接收机的性能分析.同传统的硬件仿真相比,软件信号仿真平台以较低的代价为研究者和开发人员的评估和测试提供更多的灵活性.所有的关键技术都采用Matlab语言的模块化编程.因此,该仿真平台适合该领域的初学者掌握GPS原理和研究者开发更先进的抗干扰算法.     

基于因子图协同定位辅助的单星定位方法

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同时刻的伪距差值构建定位双曲面为定位目标提供连续定位并减小卫星和接收机钟差的影响;其次,利用多个定位目标之间的高精度测距信息建立协作因子图,并利用该协作因子图辅助单星定位系统的定位结果,从而提高定位精度。将所提出的单星定位方法与现有的多普勒单星定位方法和径向加速度单星定位方法从卫星定轨误差、测距误差和定位误差3方面进行对比。仿真结果表明,所提出方法的定位误差仅为其他两种方法的1%～10%。     

基于SCB方差的GNSS欺骗式干扰检测算法

随着全球卫星导航系统欺骗器的类型越来越多样, 检测欺骗攻击已成为一个迫切需要解决的全球性问题。由于大多数欺骗过程不会引起信号参数的显著变化, 使成功检测欺骗的难度加大。本文首先分析了中级欺骗攻击过程及欺骗信号模型, 接着提出一种检测码跟踪环中过零点S曲线偏差(S curve bias, SCB)方差值变化的中级欺骗干扰检测方法, 并利用德克萨斯州大学无线电导航实验室公开的全球定位系统卫星信号数据库中的实采信号进行实验分析, 比较了原始SCB算法、Ratio算法、复合信号质量监视算法以及将方差分别应用于以上3种算法的检测性能。实验结果表明, SCB方差检测算法的性能更优。     

多源信息融合的组合导航自适应联邦滤波算法

全球卫星导航系统、捷联惯导、里程计、零速更新等多源信息的融合为地面移动测量系统提供了精确的位置和姿态参考信息。针对进行多源信息融合时,由于数学模型偏差和观测值粗差的影响,传统的联邦滤波不能有效隔离故障子系统的影响的问题,提出了利用验前新息计算联邦滤波的信息分配系数,基于联邦滤波和自适应滤波的等效性和抗差滤波原理,实现实时调整信息分配系数的自适应联邦滤波算法。通过一组车载数据的分析表明,自适应联邦滤波算法相对于传统联邦滤波算法,能有效地抵御观测值粗差和数学模型偏差的影响,显著提高了组合导航系统的精度和可靠性。     

广播星历等效伪距误差在中国区域的建模分析

在卫星导航系统服务区域内,由广播星历产生的等效伪距误差随用户位置的改变发生变化。将服务区域内用户的位置在切平面上投影,可以对服务区域内用户的星历等效伪距误差的特性分析加以简化。通过对GEO、MEO和IGSO三种导航卫星的分析,中国区域内的星历等效伪距误差可以用一个平面方程进行表示。研究结果对星历等效伪距误差模型及其改正方法的建立具有一定的参考价值。     

基于抗差扩展卡尔曼滤波和外推-积累的RAIM方法

为了提高接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring, RAIM)算法对微小缓变伪距偏差的检测能力,提出一种基于抗差扩展卡尔曼滤波和外推-积累的RAIM方法。该方法结合了新息外推法和累积历元法在检测微小缓变伪距偏差上的优势,即在新息外推法的基础上,累加多个历元的检验统计量,来更有效地检测微小缓变伪距偏差;同时,利用抗差扩展卡尔曼滤波对偏差进行抗差处理,提高了定位精度。仿真结果表明,相比较于传统RAIM方法、新息外推法以及累积历元法,新的RAIM方法均提高了对微小伪距偏差正确检测的概率,缩短了对缓变伪距偏差的检测延时,且经过伪距偏差修正后定位精度提高。     

卫星导航系统接收传感器网络的攻击检测研究

卫星导航系统接收机小型化是未来发展的趋势,基于小型导航接收机的无线传感器网络具有新优点的同时也面临新的问题。研究分析了导航系统接收传感器网络所面临的攻击特点,传统无线传感器网络的干扰检测方法难以准确定位干扰和校正位置,提出了基于改进的到达角度定位机制的攻击检测算法确定受到干扰的点,并进行干扰校正;然后基于导航系统抗欺骗干扰原理,提出了单干扰源双曲线定位算法。最后,利用所提算法进行实验,结果表明,攻击检测和校正效率很高,理想条件下干扰源定位效率也较高。     

融合多类型海洋重力数据算法仿真研究

基于地球物理信息的无源导航系统是未来辅助惯性导航系统的新方向。重力辅助导航是结合存储的重力图及实测的重力数据的一种定位手段。它的关键技术之一就是满足导航需要的重力图。海洋重力测量的方式包括卫星重力测量、航空重力测量、和海面重力测量,它们有各自的特点和适用范围。因此,有效的融合多类型的海洋重力信息对构建高精度的海洋重力图来说是尤为重要的。介绍了一种基于移去-恢复技术的融合方法,并通过仿真实验对算法进行评价,验证算法的效力,是构建高精度海洋重力图新的尝试。