基于ARM的SINS/GNSS紧组合导航系统设计

针对全球导航卫星系统(GNSS)信号受到干扰失锁导致可见卫星数目少于4颗时,捷联惯性导航系统(SINS)/GNSS松组合系统无法正常运行问题,设计了基于ARM的SINS/GNSS紧组合导航系统,并对该系统建立非线性模型.首先以三星Exynos4412作为电路核心处理器,集成IMU模块MPU9250和卫星接收模块MH16-T1,同时搭建硬件系统.采用无迹卡尔曼滤波算法进行紧组合数据融合,在GNSS信号受到干扰时也能用GNSS信号辅助SINS进行组合导航.最后通过样机车载测试表明,设计的SINS/GNSS紧组合系统比松组合系统具有更高的导航精度与稳定性,即使在GNSS信号受到干扰失锁时,紧组合系统短期内仍可保持较高的导航精度.     

卫星导航信号质量监测系统的现状及设计思路

为解决导航信号质量异常的问题,阐述了GPS和Galileo系统现有卫星导航信号质量监测系统的现状,通过分析导航信号质量异常的核心监测技术和导航信号异常的数学模型,提出适用于我国自主卫星导航系统的信号质量监测系统的设想框架,并设计了工作体制、功能结构和系统组成,为建设卫星导航信号质量监测系统提供研究思路。     

北斗车辆自适应组合导航技术研究

车辆在“城市峡谷”、高架桥下、隧道等环境利用北斗卫星导航系统进行导航过程中,存在卫星导航信号易受遮挡和干扰的局限性.将北斗卫星导航系统同惯性导航系统、里程计等传感器进行组合,运用Kalman滤波技术进行多传感器的信息融合,能够较好地提高导航精度以及导航系统整体的自主性、抗干扰性、容错性和可靠性.针对现有车辆导航系统可靠性不高的问题,着重对基于Kalman滤波的北斗车辆自适应组合导航可靠性进行了相关研究.     

新一代卫星导航系统的多信号接收软件

随着全球卫星导航系统的发展,卫星导航接收信号向多元化方向迈进,为此对接收机接收信号的多样性及其兼容性提出了更高的要求。设计了一种新一代卫星导航系统的多信号接收软件,该接收软件采用对接收信号在导航系统类型、信号调制方式和信号频段进行模块化处理的方式,实现了在不同的环境下对特定信号同步接收。同时,该接收机利用VC平台丰富的界面显示效果和Matlab平台强大的数学计算能力的特性,既能保持传统硬件接收机高效的处理速率,又能发挥软件接收机参数可变、快速灵活的特点。     

基于SINS/BDS/弹道的组合导航

在现有惯导/卫星组合导航系统的基础上,为了进一步提升导航系统的鲁棒性,在不增加硬件基础上,利用构建的弹道模型,提出了一种惯导/卫星/弹道多源导航方案。该方案首先构建弹道模型得到炮弹的飞行轨迹,通过弹道解算得到弹丸的瞬时姿态、速度以及位置等信息;其次,当检测到卫星信号失常时,将弹道解算得到的位置、速度信息作为卡尔曼滤波的观测量,对导航状态量进行修正;再次,每隔一定时间以当前修正后状态量作为初始量,重新构建弹道,重复上述滤波过程。仿真验证结果表明,该方案在卫星信号不同状况下都可以较好地约束导航误差,得到较为精确的导航定位数据。     

GNSS与惯性导航组合系统在复杂环境下的定位研究

目前机动车驾驶人科目二科目三考试采用的是基于全球卫星导航系统(GNSS)差分定位技术对考试车辆进行精确定位的评判方式.基于GNSS差分定位技术提升了驾驶人考试的准确性和公平性,但在实际考试过程中存在车辆在隧道中或高架桥下出现定位信号丢失或失锁的现象,容易对考试造成误判.通过对GNSS差分定位与惯性导航系统原理的分析,提出将GNSS与惯性导航系统进行融合,传统GNSS接收机中独立的跟踪链路被卡尔曼滤波器反馈链路取代,能够完成组合导航信息处理,进而提高接收机在信号丢失或其他恶劣条件下的导航性能.实验仿真结果表明,利用卡尔曼滤波器并通过系统建模的组合导航方案,在GNSS信号丢失或失锁期间能够保证系统完成高精度、高稳定性及长时间的导航任务,证明了该组合导航系统具有较强的实用性.     

下一代高效导航卫星信号频谱分析与波形优化

为了使连续相位载波调制的导航卫星信号具备更高的频谱利用率并利于锁相环结构对其捕获与跟踪,在深入分析调制信号频谱的基础上,对导航卫星信号进行了波形优化设计,分别给出了近似重构和解析构造两种方法,仿真结果表明用优化后的波形所调制的导航信号具备更好的功率谱分布,从而更适合下一代全球导航卫星系统.     

北斗卫星导航系统的应用及其抗干扰技术

介绍了北斗卫星导航系统组成、信号特点及其应用领域,然后指出北斗卫星导航信号的宜被干扰性,概述了目前主要采用的干扰与抗干扰技术,最后提出应从国家安全层面认识北斗卫星导航的抗干扰问题。     

基于补偿GNSS滞后的实时外推时间配准方法

针对GNSS/INS组合导航中量测信息时序不同步导致导航定位精度降低的问题,对导航系统的时间误差进行分析,提出一种基于补偿GNSS滞后的实时外推时间配准方法.首先,对GNSS的秒脉冲(1PPS)信号进行分频处理为惯性测量单元(IMU)提供参考时标,减小IMU频漂带来的累计误差;其次,当检测到GNSS导航信息传输完成,选...     

军转民推广技术

多模多频卫星导航产品检测技术 技术开发单位 中国空间技术研究院第五一四研究所 技术简介 基于该技术开发的卫星导航产品检测系统支持北斗、GPS、格洛纳斯、伽利略等四大卫星导航系统的星座及信号体制,可进行射频信号的有线测试和无线测试,能够满足导航芯片、模块及其组成的导航型、授时型和测量型卫星导航接收机的测试需要,符合我国北斗卫星导航系统产业化发展趋势.目前,该技术已成功应用于交通运输、安全生产、气象等行业,以及北斗重大专项领域的卫星导航产品检测工作中.     

不同信号体制对GNSS定姿性能影响的分析

利用GNSS信号能够进行高精度的载体定姿,其算法性能受不同信号体制影响较大.针对这一问题,首先在GNSS单频单历元定姿算法数学模型的基础上,分析了算法性能与码和载波相位测量精度之间的关系,然后研究了不同信号体制对码和载波跟踪精度的影响,最后提出了评估信号体制对定姿性能影响的关键指标,并对其在不同信号体制下进行了仿真实验.仿真结果表明,该指标可以有效地评估不同信号体制下的定姿性能.     

载波相位辅助消除伪码多径误差的算法研究

随着差分技术的发展,影响卫星导航接收机定位精度的典型误差源大多被消除,而多路径效应仍然是造成接收机定位误差的主要因素。该文分析了多路径效应对伪码测量量和载波相位测量量的影响。利用载波多路径误差源小于伪码多路径误差的性质,提出了一种针对伪码接收机的低复杂度的载波辅助伪码抗多径算法,并对算法进行了深入讨论和分析。该算法将接收机伪码测量量中的多路径误差由数十米减小到亚米级,大大提高了伪码接收机的定位精度。系统仿真证明了该算法的正确性。     

改进的TMBOC调制信号闸波相关鉴相方法

为了实现卫星导航系统中时分二进制偏移载波调制信号的无模糊抗多径跟踪问题,提出一种基于闸波相关的改进鉴相方法．首先,将时分二进制偏移载波调制信号与偏移0.5个码片的W2形闸波和偏移0.5个码片的伪随机码分别进行相关;然后,将相关结果相乘,即可获得无模糊且对称性良好的码鉴相曲线．对所提方法得到的码鉴相曲线的性质进行了分析和实验仿真,结果证明: 这种方法实现简单,且得到的鉴相曲线基本具有较好的中心对称性,具有较强的抗多径能力,能够实现无模糊跟踪．所提方法相对于已有的闸波相关方法更加适合于时分二进制偏移载波调制信号的鉴相．     

无人机组合导航系统信息融合方法研究

针对小型无人机通常采用的无线电导航,综合考虑无人机具体情况以及其它导航方式的特点,提出了一种将无线电导航系统(RP)、全球导航星系统(GN SS)、多普勒导航系统(DN S)、地形辅助导航系统(TAN)和景象匹配导航系统(SMN)组合起来,取长补短,构成基于联邦卡尔曼滤波器的DR/RP/GN SS/DN S/TAN/SMN组合导航系统。仿真结果表明,该方法完全可以满足导航精度的要求。     

一种基于GPS C/A码引导的P码捕获方法

针对GPS系统P码(Precision Code)信号多普勒频移大、码周期长和速率高的特点带来的捕获慢且资源消耗较多的问题,提出了一种新的基于GPS C/A(Coarse/Acquisition Code)码引导P码捕获的方法。系统首先完成C/A码捕获,然后向新型P码发生器置入引导信号zv_set,在接下来的第1个1.5s码周跳变沿对V1和V2置入计数初值;在码同步信号的驱动下,V1和V2进行循环计数,等到V2=0时,P码码值正确,返回引导完成标志。通过仿真分析,该方法资源占用率减少了50%。结果表明该方法可有效避免繁琐的运算,适用于星载GPS双频导航接收机设计。     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

面向无人机的逐点偏移式卫星导航欺骗干扰方法

针对无人机在失控肇事、干扰航管、窥视窃密、恐怖袭击等方面的危害,本文提出一种基于逐点拉偏式卫星导航欺骗方法,通过重构错误的导航坐标系诱骗目标无人机飞离敏感区域保护地面安全。该方法将整个无人机欺骗过程看作是单步位置欺骗拉偏的时间迭代过程,首先根据无人机的运动学模型以及外部量测信息估算出无人机的真实位置点以及真实控制输入量;然后考虑无人机飞行控制器对欺骗效果的影响,在真实控制输入量中抵消掉预先设置的欺骗控制力矩效果,设计构造虚假卫星信号使得GNSS/INS组合导航模式下的滤波估计无人机位置点仍靠近原始期望目标点,但发生了偏差;最后这种偏差产生的无人机轨迹跟踪控制输入量会导致无人机真实状态点往欺骗目标点偏移,实现单步卫星导航欺骗效果。单步欺骗过程在时间上的迭代运用,可实现无人机位置的逐点偏移式欺骗。仿真结果显示利用逐点偏移式卫星导航欺骗方法能使得目标无人机慢慢偏离原始轨迹而跟踪欺骗轨迹,且组合导航滤波器估计轨迹仍跟踪原始参考轨迹,达到了卫星导航欺骗的目的。本文提出的基于逐点拉偏式卫星导航欺骗干扰技术可用于保障重点区域/人员的低空安全防护。     

A novel satellite-equipped receiver for autonomous monitoring of GNSS navigation signal quality

Global navigation satellite system (GNSS) comes with potential unavoidable application risks such as the sudden distortion or failure of navigation signals because its satellites are generally operated until failure. In order to solve the problems associated with these risks, receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) and ground-based signal quality monitoring stations are widely used. Although these technologies can protect the user from the risks, they are expensive and have limited region coverage. Autonomous monitoring of satellite signal quality is an effective method to eliminate these shortcomings of the RAIM and ground-based signal quality monitoring stations; thus, a new navigation signal quality monitoring receiver which can be equipped on the satellite platform of GNSS is proposed in this paper. Because this satellite-equipped receiver is tightly coupled with navigation payload, the system architecture and its preliminary design procedure are first introduced. In theory, code-tracking loop is able to provide accurate time delay estimation of received signals. However, because of the nonlinear characteristics of the navigation payload, the traditional code-tracking loop introduces errors. To eliminate these errors, the dummy massive parallel correlators (DMPC) technique is proposed. This technique can reconstruct the cross correlation function of a navigation signal with a high code phase resolution. Combining the DMPC and direct radio frequency (RF) sampling technology, the satellite-equipped receiver can calibrate the differential code bias (DCB) accurately. In the meantime, the abnormities and failures of navigation signal can also be monitored. Finally, the accuracy of DCB calibration and the performance of fault monitoring have been verified by practical test data and numerical simulation data, respectively. The results show that the accuracy of DCB calibration is less than 0.1 ns and the novel satellite-equipped receiver can monitor the signal quality effectively.     

A Camera/IMU Tightly-Coupled Navigation Algorithm and Verification by Hybrid Simulation

GNSS （global navigation satellite systems） are unavailable in challenging environments such as urban canyon and indoor locations due to signal blocking and jamming.Camera/IMU （inertial measurement units） integrated navigation systems can be alternatives to GNSS.In this paper,a tightly coupled Camera/IMU algorithm modeled by IEKF （iterated extended kalman filter） is presented.This tight integration approach uses image generated pixel coordinates to update the Kalman Filter directly.The developed algorithm is verified by a hybrid simulation,i.e.using inertial data from field test to fuse with simulated image feature measurements.The results show that the tight approach is superior to the loose integration when the image measurements are insufficient （i.e.less than three ground control points）.