GPS+BDS双模的快速定位接收机设计

介绍了以FPGA和DSP为主要芯片的双模接收机的整体方案设计.系统主要分为三个模块:射频前端模块、基带信号处理模块和定位解算模块.系统充分利用FPGA和DSP各自的优势完成了接收机对卫星信号的捕获、跟踪和定位解算功能.通过粗略的本地时间、本地位置和有效星历进行发射时间预测的快速定位,在不经过导航电文位同步和帧同步的情况下,对信号发射时刻进行预测,实现快速定位.     

一种改进的DVB-S2接收机帧同步方案

帧同步是DVB-S2系统接收机进行解调的基础。通过对已有帧同步方案进行综合研究和比较,提出一种改进的基于导频符号相关辅助和双峰值检测的DVB-S2接收机帧同步方案。与已有方法相比,该方案明显降低了帧同步错误概率,运算复杂度较低。实验结果表明,即使在DVB-S2标准规定的最恶劣的条件下(5 MHz归一化载波频偏和-2.35 dB的信噪比),该方案仍能快速准确地完成帧同步。     

一种MPEG2-TS时移电视系统的流定位方法

在时移电视点播系统中,其节目内容定位方法不同于普通的VOD点播系统,需要向用户提供基于绝对时间的定位方法以保证用户QoE.在分析了MPEG2-TS流的特点后,提出将帧显示时间同步到本地时间作为定位的索引的方法,并根据PCR时钟矫正接收器与编码器之间的时钟偏差.该方法利用RTP协议实现了直播与单播之间的平滑转换,利用建立的时间索引向用户提供了基于绝对时间的定位,实验结果证明该算法是有效的.目前该算法已成功应用于上海863IPTV示范系统中.     

基于粒子群优化的北斗多星定位方法

北斗卫星导航系统是我国自主建设运行的卫星系统,向全球用户提供高精度定位服务是其重要功能之一。为提高北斗系统的定位精度,一类可行的方法是伪距定位算法。针对常见的伪距算法存在依赖模型、计算复杂等问题,提出一种基于粒子群优化的北斗卫星定位方法。首先筛选出大气折射误差大、对定位贡献小的冗余卫星,由此获取多颗可利用的北斗卫星;在此基础上,研究粒子群的初始群体和适应度函数,通过粒子群算法得到优化后的接收机位置。实验结果表明,该方法可以快速搜索出优化的位置;与常用的最大四面体法解算出的接收机位置相比较,定位精度可提高大约1.5 m。     

一种LTE下行系统中的TDD/FDD帧结构快速检测方法

提出一种3GPP LTE下行系统中帧结构类型的快速检测方法。LTE系统同时支持TDD和FDD两种帧结构,接收机在同步过程中需要预先判断是哪种帧结构类型。提出利用LTE系统中主同步序列和辅同步序列的时域镜像特征进行帧结构类型判断,能够在保证检测性能的情况下,以较低的运算量实现快速检测。所提方法可应用于LTE及LTE Advanced系统下行接收机的实现,有很好的应用前景。     

基于北斗的高精度时空服务设备的研制

为提供基于北斗的高精度授时/定位服务,设计了一种小型化、多通路的时空服务设备。该设备采用高性能多核DSP和FPGA作为主处理器,实时采集和处理北斗卫星数据,从而为终端提供精准的北斗时间/位置,以及北斗短报文通信功能。同时,利用设备内部高性能恒温晶振产生与北斗时间高度同步的时间基准,为卫星失锁时提供可靠的守时数据。此外,为满足不同设备使用需求,主处理器进行了多种类型接口的扩展。经多台设备试验证明,该设备提供的授时、守时以及位置等各项信息精度指标均满足设计要求。     

多站遥测数据快速融合软件设计与实现

在多站测控系统的飞行试验中,为了快速得到完整有效的测试结果,提高多站遥测数据的利用率,提出了一种利用同步码、帧计数、时码、遥测T0和子帧计数等信息对多站数据进行快速融合的方法,并在VC环境下开发了多站遥测数据快速融合软件;通过在实际飞行试验中的应用,该软件能够快速完成多个遥测站的遥测数据融合,融合后的数据包含了各原始数据文件中的全部有效数据帧;实践表明该数据融合方法和软件的融合效果好、速度快,具有很强的实用价值.     

卫星导航接收机自动测试系统

为了满足卫星导航接收机整机性能快速、精确测试的需求,实现对导航接收机性能的自动测试,构建了一种基于NI PXI硬件平台,采用导航信号模拟器、虚拟仪器技术和Microsoft Visual Studio 2008软件进行开发的卫星导航接收机自动测试系统。系统实现了多导航接收机的定位精度、冷启动首次定位时间、热启动首次定位时间、捕获灵敏度、速度精度的并行自动测试。良好的人机交互界面与多接收机并行测试的稳定运行,大大缩短了测试时间,提高了测试效率。通过对北斗导航接收机大量测试,结果表明该卫星导航接收机快速测试系统对于导航接收机整机性能并行测试快速、有效。     

一种导航接收机启动策略的优化方案

首次定位时间（TTFF）是导航接收机快速定位能力的重要指标之一,而首次定位时间和导航接收机的冷、温、热启动策略密切相关。基于我国自主研发的北斗卫星导航系统（BDS）,根据其特点,提出一种优化启动策略。该启动策略充分利用接收机的硬件资源,合理分配使用各个通道进行卫星信号的搜索,更加充分的使用已知信息,缩小接收机搜索范围和增加捕获卫星信号的成功率。实验结果说明该启动策略可有效缩短导航接收机的首次定位时间。     

北斗+5G室内外融合定位技术研究

文章提出一种基于北斗卫星导航+5G无线网络的融合定位系统,利用北斗定位技术、5G网络基站、接收机终端以及时间同步设备等结构,构建“北斗+5G”的室内外融合定位系统,建立到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的联合定位模型,对多个北斗卫星到接收机、5G基站到接收机的定位偏差进行分析。     

A time-recordable cross-layer communication protocol for the positioning of Vehicular Cyber-Physical Systems

Vehicular Cyber-Physical Systems are a rapidly growing research field that has applications in a variety of locations that include urban centers, underground parking lots, as well as tunnels environments. These systems require real-time or constant location information, but the traditional satellite signal-based positioning systems do not work well in tunnels or urban centers with dense skyscraper due to satellite signal Non-Line-Of-Sight (NLOS) problem. The One-Sided Synchronous Two-Way Ranging (OSS-TWR) algorithm can remedy the imprecise positioning of satellite signal-based positioning systems by using a Dedicated Short Range Communications (DSRC) link between the vehicle and Road Side Units (RSUs). However, the unavoidable network collisions in these wireless communication systems will severely influence the measurement of the signal flight of time, thus significantly degrading positioning estimation accuracy of OSS-TWR. In this paper, a cross-layer communication protocol is proposed to enhance OSS-TWR by compensating for the impact of network collision. Firstly, OSS-TWR positioning algorithm is analyzed and the reasons for the poor precision location estimation are further explored. Secondly, a time-recordable back-off algorithm is proposed that can record the total back-off time for a frame resend resulting from a network collision. Following this, the experimental ranging results show that the proposed algorithm is practically feasible and is superior to OSS-TWR.     

北斗弱信号跟踪相干积分算法设计

为了提高北斗接收机弱信号跟踪灵敏度,解决北斗信号中NH码跳变和比特跳变频繁限制相干积分时间加长的问题,提出一种基于相干积分的北斗弱信号优化跟踪算法.首先,利用分组比特匹配方法进行位同步/帧同步算法优化,实现全比特相干积分;然后,采用最大似然法对数据比特值进行估计和解码,实现跨比特相干积分;最后,利用卫星导航系统开发平台开展仿真验证,分别实现了20ms和40ms时间的相干积分,结果表明,采用40ms积分后信噪比提升约16dB.所提出算法能够稳定可靠地实现北斗信号位同步和帧同步功能,并快速地剥离NH码,消除数据比特跳变和NH码相位变化的影响,可实现全比特相干积分和跨比特相干积分,有效提高北斗弱信号跟踪灵敏度.     

基于统计质量控制的测距故障检测方法

卫星导航接收机在城区环境使用时,多径信号的存在使得码自相关函数发生畸变,从而导致测距结果与真实距离间出现较大偏差。现有的接收机基带多径消除算法复杂度高,实现较为困难。而接收机自主正直性监测(RAIM)算法的故障检测能力有限,难以同时检测多个测距故障。提出使用统计质量控制方法来实现对测距故障的检测,根据质量控制图的输出结果调整测距信息在定位解算中的权重,从而提高定位精度。该方法能够对每颗卫星的码跟踪性能进行单独监测,算法实现的复杂度低。仿真结果表明:使用该方法能够有效指示多径信号导致的测距误差,从而为改善城区环境下的定位精度提供了新思路。     

虚拟星座伪卫星和双泄漏电缆覆盖的室内定位

为增强室内卫星导航信号,提出了一种双泄漏电缆覆盖的虚拟星座伪卫星室内二维定位方法。采用卫星导航模拟器产生多路虚拟轨道卫星信号,同时激励相互垂直的双泄漏电缆的末端,信号沿泄漏电缆轴向传输的同时,通过外导体上的一系列槽孔向室内空间辐射卫星导航信号,使卫星导航接收机能直接定位,输出概略位置和伪距观测量,再利用卫星间伪距差的二维定位算法对接收机位置进行二次解算。通过搭建硬件系统进行实地测试,证明能达到室内伪距定位的米级精度。     

基于5G标准的低轨卫星通信初始同步技术

在低轨卫星通信系统中,初始同步技术是其至关重要的一步,而由于低轨卫星信道的大多普勒频偏等原因影响了信号的同步性能,为了减少影响,借鉴地面5G初始同步算法,在PSS检测中进行本地PSS整数频偏处理,扩大了频率估计范围,减少了初始同步时间,其正确检测率比传统算法提高了1.5 dB;在小数倍频偏估计中,采用分段处理的PSS差分互相关算法,其精确度相较于传统算法,提高了1~2 dB;最终通过仿真可知,该算法可以在高动态、低信噪比环境下完成初始接入过程的同步信号检测,可以满足低轨卫星通信系统的下行同步要求。     

卫星导航多干扰源直接定位方法

卫星导航信号到达地面时非常微弱,容易受到各种干扰,给用户带来一定的影响;针对此种情况,面向卫星导航系统多干扰源定位场景,传统两步定位算法受参数估计精度影响较大, DPD_MVDR算法虽然改进了MUSIC算法需要估计目标数这一缺点,但由于使用固定网格分辨率,定位精度与计算复杂度二者无法兼得;针对上述问题,提出一种改进DPD_MVDR的直接定位方法,在直接定位这一关键技术上运用自适应网格细化,其最大优势在于只对干扰源位置附近的网格实现多级细化,能很好地兼顾定位精度与计算复杂度,避免了传统穷举搜索带来的巨大计算复杂度。首先使用DPD_MVDR算法在粗网格下进行位置初始估计,然后在估计位置处进行迭代自适应网格细化,在降低计算复杂度的同时,提高定位精度。仿真表明,改进算法在100 m网格分辨率下计算复杂度明显降低且较DPD_MVDR算法定位精度得到明显提高;适用于对定位精度和定位实时性均有一定要求的场景。     

GPS/INS组合导航系统时间同步系统设计

为了说明高动态环境中时间同步对于组合导航系统的重要性,在Kalman滤波方程的基础上,推导了时间同步误差与Kalman滤波结果之间的定性关系.提出一种利用GPS接收机中1PPS(Pulse Per Second)信号作为同步标签的时间同步方法,将IMU中的数据加上精确的时间标签,从而达到时间同步的目的.全部时间同步功能由FPGA实现,利用Verilog HDL语言进行开发,整体硬件结构简单而且适用范围广.试验结果显示了这种时间同步设计可以明显减小滤波结果的估计误差,有效的提高了组合导航系统的定位精度.     

抗干扰兼容型卫星导航接收机设计与仿真

抗干扰兼容型卫星导航接收机既可以使用组合卫星定位系统进行高精度定位,又具有优良的抗干扰性能。其抗干扰性能通过自适应调零天线实现,介绍了系统硬件电路实现,并在相应硬件平台上,采用功率反演算法进行干扰抑制。仿真测试结果表明,自适应调零天线有效地提高了接收信号的信噪比,提高了兼容型卫星导航接收机的应用范围。     

MIMO OFDM系统联合时频同步算法

为了解决多输入多输入多输出(Multiple imput multiple output,MIMO)正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统的时间和频率偏移估计问题,提出了一种基于恒幅零自相关(Constant amplitude zero auto correlation,CAZAC)序列的联合时频同步算法。同步前导包括两个相同长度的训练符号。在接收端,分别计算两个本地训练序列与接收信号的互相关,利用CAZAC序列的特性可以检测出所有收发天线对之间的时间偏移和整数频率偏移;然后对接收信号进行整数频偏补偿,利用两个训练符号之间的关系可以估计出小数频率偏移。分析和仿真结果表明,该算法与传统的同步算法相比,不但具有更高的同步概率,而且能够估计出所有收发天线对之间的频率偏移。     

基于位置信息的低轨卫星上行时钟同步方法

针对传统基于测距信息来设定上行同步方法中出现的频繁更新距离信息的问题，提出了基于位置信息的上行时钟同步方法。首先，通过测量伪距组成非线性方程组，采用基于最小二乘原理的解算方法定位出地面单元的位置信息；然后，由于卫星运动的位置信息已知，进一步可以得到星地间距离随时间的变化关系，距离换算成时延，即可得地面单元的上行信号发送时间提前量；最后，调整地面单元的发射机使上行信号以较高精度恰好在分配的时隙到达卫星，实现系统上行时钟同步的目的。仿真结果表明，所提方法能对全球范围内地面静止单元以较高精度实现卫星星座通信系统内上行时钟同步，避免频繁的测距更新，且精度更高。