基于EKF的北斗B1C信号数据/导频联合跟踪方法

针对北斗B1C信号在低载噪比情况下跟踪精度低的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的北斗B1C信号数据/导频联合跟踪方法.通过构建数据/导频双通道联合跟踪模型,增加对B1C信号利用率,并在联合跟踪模型的基础上引入扩展卡尔曼滤波器,削弱传统跟踪环路中鉴别器和环路滤波器带来的跟踪误差,进一步提高跟踪环路对低载噪比信号的跟踪性能.仿真结果验证:在低载噪比情况下,相比于传统单导频通道跟踪、单导频扩展卡尔曼跟踪和联合跟踪,该方法可以有效提高跟踪精度.      

北斗/INS组合导航关键技术分析

组合导航系统有利于充分利用各导航系统进行信息互补与信息合作,成为导航系统发展的方向。在所有的组合导航系统中,以GPS与惯性导航系统INS组合的系统最为理想,而深组合方式是GPS与惯性导航系统（INS）组合的最优方法。鉴于GPS的不可依赖性,北斗卫星导航系统与INS的组合是组合导航系统的发展趋势,研究其组合模式具有重要意义。通过分析、评述国外INS/GPS深组合导航系统的发展现状,提出我国自主研制INS/北斗深组合导航系统需要解决的关键技术。     

BDS-3 PPP/INS紧组合定位性能分析

随着我国北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的全面建成,基于BDS-3的高精度定位定姿应用需求日益迫切.推导了无电离层组合模式BDS-3精密单点定位(PPP)模型及地心地固坐标系下的惯性导航系统(INS)误差方程,构建了BDS-3 PPP/INS紧组合定位滤波模型,分别针对BDS-3 PPP、BDS-3 PPP/INS松组合、BDS-3 PPP/INS紧组合三种模式进行了定位性能评估.实验结果表明：BDS-3 PPP/INS松组合与BDS-3 PPP位置精度基本一致;BDS-3 PPP/INS紧组合在东(E)、北(N)、天顶(U)方向位置精度为分别7.9 cm、9.3 cm、9.4 cm,较BDS-3 PPP/INS松组合位置精度分别提升了38.3%、33.1%、35.6%,速度精度分别提升了27.3%、45.8%、12%,姿态精度相当.     

北斗B1C信号联合捕获策略

目前对含有导频通道的新信号的捕获研究,主要是设计联合捕获算法,提高功率利用率以提升接收性能,分为等长与非等长相干积分联合算法两类. 本文针对北斗B1C信号,深入分析了三种等长相干积分联合算法的加权问题,并解释了相干联合与差分联合算法的联系. 理论和仿真结果表明,相干联合算法具有更优的性能;进一步,本文结合最优相干积分时间理论给出捕获参数设计方案,对比了不同场景条件下等长与非等长相干积分联合算法的性能,给出了捕获B1C信号的优化策略.      

基于软件接收机的GNSS/INS深组合导航算法研究

深组合导航系统将导航参数估计与GNSS卫星信号跟踪融合在一起,将相关器的输出I/Q信息作为GNSS/INS组合导航kalman滤波器的观测量,提高系统的导航精度、抗干扰性和动态性能。利用GNSS软件接收机方便处理基带信号的优势进行深组合导航算法研究,推导了深组合kalman滤波器的观测方程。仿真结果表明:在高动态条件下,深组合导航系统的导航精度明显优于紧组合导航系统的导航精度,位置误差稳定在2m范围内,速度误差稳定在0.04m/s内。     

一种利用BDS/INS的杆塔姿态测量算法

基于姿态信息是状态监测的关键参数这一特征,提出一种北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite sys-tem,BDS)和惯性导航系统(inertial navigation system,INS)融合的杆塔姿态测量算法.由惯性传感器解算输出姿态信息得出基线向量搜索范围,提高了整周模糊度的求...     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比.试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a信号略小于B2b信号.总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强.在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、 GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、 5...     

基于GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价.实验结果表明：在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.     

基于高精度三轴转台的GNSS/INS组合导航姿态性能自动化测试评估方法研究CSCD

目前全球卫星导航系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合系统性能测试评估技术存在评价方式单一,数据自动化处理程度不高等问题.针对系统的姿态性能,研究了GNSS/INS组合导航姿态性能动态测试评估新方法,并研发了相应的自动化控制测试评估软件.该方法基于高精度三轴动态基准仿真转台进行,首先通过多转位、多姿态运动场景的任务进行测试,采集转台三轴运动姿态数据与组合导航系统输出数据,然后利用Thompson奇异值剔除法对实测数据进行处理,最后结合转台实测数据进行不确定度分析从而完成测试评估工作.针对微机电系统(MEMS)组合导航产品开展了两组测试,实测结果表明:该方法可以较好地抑制组合导航系统中出现的奇异值点,同时转台的不确定度值均在0.2″以内,验证了该测试评估方法的高可行性与可靠性.     

一种用于BDS-3接收机工程实现的两级B1C信号捕获技术

北斗三号卫星导航系统(BDS-3)B1C信号相较北斗二号卫星导航系统卫星信号,从信号结构、编码方式再到导航电文结构都发生了改变,包括引入导频信号、二次编码、BOC调制、LDPC编码和B-CNAV1导航电文结构等.这些改变一方面提高了信号性能(如抗多路径、信号捕获和跟踪精度等);另一方面,也带来了一系列问题,对接收机的信号捕获技术提出了全新的要求,如需处理更大的数据流,解决由二次编码带来的符号翻转和BOC调制造成的捕获多峰性问题.针对BDS-3接收机的工程实现,本文提出了一种新颖有效的两级B1C信号捕获技术.其中第一阶段采用扩展并行平均相关搜获结构,用以解决符号翻转问题,同时实现高效的信号粗捕获;第二阶段在缩小的搜索范围内进行高精度搜索,此步骤可有效避免信号多峰性造成的误锁可能.除此之外,本文还介绍了单信道和多信道组合式捕获技术,用户可根据资源占用和捕获灵敏度需求选取更有效的捕获方法.实验结果表明,本文提出的方法允许使用更小更经济的快速傅里叶变换(FFT)模块,并通过大量并行处理的方法实现快速捕获.相较传统的高精度捕获技术,此方法在采样频率超过50MHz时,能够在保证相近的捕获精度的同时减少至少61%的运算量.     

BDS3新试验卫星测距信号质量分析

中国的北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进,目前正处于第二代区域卫星导航系统向第三代全球卫星导航系统发展的关键时期。在郑州设置实验测站,实地采集BDS3新试验卫星的数据,分别从卫星可见数、信号频点、载噪比、伪距观测噪声值、多路径效应等方面分析BDS3试验卫星测距信号的质量。结果表明:对于相同频点,不同卫星的载噪比、伪距噪声、多路径效应变化略有不同,一般而言,倾斜同步轨道卫星(IGSO)的性能优于中轨道卫星(MEO)的性能;相同轨道类型的卫星,载噪比、伪距噪声、多路径效应水平相似,并且载噪比、伪距噪声、多路径效应在各个频点的相对大小关系基本一致。     

一种基于平面不等式约束法的北斗三频数据组合选取方法

GNSS现代化的标志之一是三频或多频数据的广泛使用,文中在研究北斗三频数据组合原理、优化选取准则的基础上,推导出一种基于平面不等式约束法的三频数据组合选取方法。该方法将长波长条件转化为组合系数的线性关系,将弱电离层条件转化为平面域,将低噪声条件转化为椭圆域,依此建立模型并给出模型的几何解释,最后应用该方法选取特性较优的北斗三频数据组合,并总结了一些组合系数的特点。结果证明,该方法组合系数选取效率大于枚举法等常规方法,从而为多频数据组合理论的研究提供参考。     

北斗B1C、B2a信号非理想性分析及接收约束建议

卫星导航信号的非理想性会导致不同接收机之间出现测距偏差,是影响卫星导航系统服务精度和完好性的重要因素。首先,针对北斗系统B1C、B2a新体制信号的非理想性进行分析,利用大口径天线采集了全部北斗三号在轨卫星播发的B1C、B2a信号（共27颗卫星）,评估了不同接收带宽、码鉴相间距下测距偏差的大小与变化特点;然后,以双频多星座星基增强服务应用为例,分析了两个信号在相应接收机中的设计约束条件。研究结果发现,在接收机常用的参数范围内,B1C、B2a信号非理想性引入的测距偏差分别不超过0.68 m、0.44 m;在测距偏差小于0.1 m的性能约束下,B1C、B2a信号可用的约束条件参数范围优于国际民航标准草案中的相关要求。     

基于SoC的导航接收机闭环跟踪环路设计与实现

在传统基于FPGA+DSP架构的导航接收机中,跟踪模块处于开环处理模式,存在实时性和可靠性差的问题,同时现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP)之间大量的数据通信导致了 IO资源和功耗的增加.基于片上系统(SoC)架构提出了 一种卫星导航接收机的闭环跟踪环路方案,整个跟踪处理过程在FPGA内实现了完整的...     

基于BDS的海上运输监控系统设计

海上运输往往受到高温、高盐及高湿环境的影响,尤其是贵重和精密货物,在运输过程中容易出现损坏风险,因此研发了一种海上运输货物通讯监控系统;这对于海运质量的提升是十分重要的.本文设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的海上运输监控系统,将物联网技术和BDS相结合,以实现对货物的实时监测、导航定位及通讯功能,并以多相流量计的运输为例详细阐述了系统的功能实现方式.该系统可以作为减少货损成本,提高运输管理效率的工程化辅助工具.     

GPS/Galileo/BDS系统测距信号精度分析与评价

随着Galileo、BDS的建设和GPS的发展完善,多系统多频融合的趋势促进了多模GNSS接收机产业化应用。利用零基线双差法对GPS/Galileo/BDS双频观测值进行测距信号精度评估,通过24h的观测数据分析,结果表明Galileo IOV卫星双频观测值残差值最小,测距信号精度最优,其次是BDS;Galileo与BDS系统载波相位观测精度均优于2mm,伪距观测精度优于0.2m,GPS系统测距信号精度相对较差。同时,通过对比Trimble NET R9、Septentrio POLARX4及Javad TRE_G3TH_8三种不同类型接收机间观测值残差及基线坐标偏差,得出NET R9和POLARX4接收机内部噪声水平相当,TRE_G3TH_8稍差的结论。     

机载北斗差分定位系统的测量船应用

针对测量船测控设备传统精度检测方法的局限性,该文提出了使用搭载北斗差分定位系统的无人机检测测控设备测量精度的方案。在充分分析北斗系统应用于精度检测可行性的基础上,研制了一套适用于码头和海上的无人机差分定位系统,并通过该系统的单站静态和双站动态差分实验,验证了基于北斗系统的无人机精度检测系统的性能与精度指标。最后通过测控设备跟踪测量无人机实验,检测了标校经纬仪和脉冲雷达设备的测距、测角精度。     

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。