转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波环的影响研究

本文研究了转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波跟踪环的影响。推导出在存在转发欺骗条件下卫星导航接收机载波跟踪环输出的相位误差公式，分析了不同强度的转发欺骗干扰对卫星导航接收机跟踪环路的作用，得出了使卫星导航接收机跟踪环路失锁转发欺骗干扰所需的最小功率强度。通过试验验证了本文分析结论的正确性。     

基于GNSS多通道跟踪接收机的阵列反欺骗方法

近年来,基于阵列天线的空域处理方法被认为是最有效的欺骗检测和抑制手段之一。提出了一种基于卫星导航接收机多通道跟踪能力的阵列反欺骗方法。多通道跟踪接收机对每一个捕获到的导航信号在所有阵元通道后均进行跟踪处理并提取信号幅度和载波相位观测量,首先计算载波相位双差平方和进行欺骗检测,然后利用载波相位单差和信号幅度比估计信号导引矢量,从而进行基于子空间投影的欺骗信号抑制或基于波束形成的真实卫星信噪比提升。理论分析和仿真试验证明,该方法可有效检测并消除同一来向的欺骗信号且不影响真实卫星信号质量。由于前端非理想因素带来的幅度和相位偏移都已包含在接收机跟踪通道提取的观测量内,实际应用时对阵列天线校准和射频通道均衡的要求明显降低。     

一种矢量跟踪环路及其抗干扰性能分析

针对GPS信号在接收端的功率较弱,接收机在载噪比低的环境中很容易受到其他信号的干扰,该文提出一种基于矢量跟踪环路的接收机设计方法,在跟踪环路环节对干扰信号进行抑制。以实际的伪距、伪距率误差为状态量,量测得到的伪距、伪距率误差为观测量构建跟踪环路滤波器,利用更新后的接收机位置,计算出接收机与可视卫星间的观测矢量,完成闭合反馈回路。接收机的信号跟踪与导航解算部分融合一体,改变了传统接收机的结构。对比分析标量和矢量跟踪环路的预测伪距方差,来研究矢量跟踪环路对干扰信号的抑制性能。采用实际卫星星历进行仿真实验,验证了矢量跟踪环路比标量跟踪环路的预测伪距方差小,抗干扰能力强。     

利用矢量跟踪环路的欺骗干扰检测与抑制方法

欺骗干扰的信号模型与真实卫星信号相似,具有很强的隐蔽性。近年来欺骗干扰不断威胁GPS系统因此受到了国内外学者的广泛关注。生成式欺骗干扰的延迟和功率具有可控性和变化性,因此隐蔽性和危害性更强。针对该问题,本文在欺骗干扰来向与真实卫星信号来向未知的前提下,结合阵列天线技术与矢量跟踪环路,提出一种基于矢量跟踪环路的欺骗干扰检测和抑制方法。该方法首先根据矢量跟踪环路的预测参数重构基于远滞后码的参考信号;其次根据接收信号与参考信号的相干累加结果构造欺骗干扰检测模型;然后根据阵列接收信号与参考信号的相干累加结果估计协方差矩阵;最后根据协方差矩阵中最大特征值对应的特征向量估计欺骗信号的特征向量,并根据该特征向量构造正交投影矩阵抑制欺骗干扰。理论分析和仿真实验得出了本文提出的算法具有较好的抗欺骗干扰性能。      

GPS接收机Z跟踪技术抗干扰性能分析

Z跟踪技术是民用GPS接收机为消除或减弱AS（Anti—Spoofing）政策影响,实施精密测距和高精度导航定位的一种有效方法。通过分析Z跟踪技术载波相位测量的基本原理,研究了GPS接收机Z跟踪技术的抗压制干扰、抗欺骗干扰性能。结果表明：采用Z跟踪技术的GPS接收机与C／A码接收机的抗压制干扰基本相同;其在信号捕获状态下的抗欺骗干扰能力取决于欺骗干扰信号与GPS信号的相关程度,而在信号跟踪状态下抗欺骗干扰能力则等同于抗伪随机噪声码干扰能力。     

矢量GNSS接收机自主完好性监控性能研究

在分析了矢量跟踪环路和标量跟踪环路故障检测方面差异的基础上,该文指出全球导航卫星系统(GNSS)矢量接收机自主完好性监控(RAIM)技术所存在的问题,即RAIM检测量受噪声影响导致检测故障不准确,和故障信息在环路中的传播使得难以准确识别出故障源。针对上述问题,对矢量接收机的结构进行了改进,提出基于预滤波器的双环路跟踪结构。在新结构中,通过基于容积卡尔曼滤波算法的预滤波器削弱噪声的影响,并通过双环路切换的方法阻止故障信息的传播。仿真实验结果表明,改进后的矢量接收机不仅RAIM检测统计量的均值和方差都显著减小,而且识别故障的准确率有了明显的提高,RAIM性能较原来得到了有效提升。     

基于扩展卡尔曼滤波器的矢量跟踪算法研究

该文针对矢量跟踪算法缺乏定量分析的问题,对线性化模型与跟踪误差进行了研究.为了提高矢量跟踪环的动态跟踪性能,修正了已有线性化观测矩阵忽略接收机伪距率对位置的偏导项的问题;提出了新的环路反馈量,简化了运算过程.推导出了矢量跟踪环的热噪声跟踪误差,与标量跟踪环相比跟踪门限明显降低,并且在相同条件下,观测卫星数越多,矢量跟踪环的跟踪门限越小;推导了矢量跟踪环的动态应力跟踪门限,证明矢量跟踪环可以处理高动态微弱信号.通过 Monte Carlo 仿真验证了理论分析结果的正确性.     

北斗导航载波锁相环和锁频环的混合应用

为满足北斗导航接收机的复杂动态条件下的使用,本文提出了一种锁频环和锁相环混合跟踪的载波跟踪方法,提高北斗导航接收机在高动态下的载波跟踪性能,通过对载波跟踪环的参数进行了研究。设计并实现了一种在DSP端进行环路控制,在FPGA端完成载波的剥离的载波环路跟踪方案,测试结果表明,该方案能实现高动态下载波信号的快速精确跟踪,具有良好的实时性和推广价值。     

GNSS接收机跟踪环路结构和特性分析

分析了全球导航卫星系统(GNSS)接收机标准(标量)跟踪环路、基于卡尔曼滤波估值的跟踪环路、矢量跟踪环路、INS辅助的跟踪环路以及INS辅助的可配置跟踪环路等跟踪环路的结构和特性及实现的算法复杂性,给出了一种典型的VDFLL实现方法,指出了在不同的应用环境中应采用不同的跟踪环路以使GNSS接收机性能价格比达到最优。     

一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。     

矢量跟踪算法快速重跟性能分析

当卫星导航信号受到一段时间干扰或遮蔽时,信号载噪比下降,传统跟踪环路失锁。信号恢复时,针对传统跟踪环路不能及时重新跟踪问题,应用矢量跟踪算法,进行跟踪。分析了在真实GPS数据加上仿真噪声之后矢量/频率锁定环路（VDFLL）的性能以及与传统环路进行对比,试验证明矢量跟踪具有快速重跟性能。     

利用信号重构的全球导航卫星系统欺骗干扰抑制方法

欺骗式干扰通过发射与真实卫星信号相似的信号误导接收机产生错误的定位结果，具有极大的危害。该文针对转发式欺骗干扰，提出一种基于信号重构的单天线欺骗干扰抑制方法。该方法首先通过参数估计方法估计出欺骗信号载波频率和码相位，然后构建欺骗信号子空间正交投影矩阵以抑制干扰。仿真实验结果表明该方法对欺骗干扰具有良好的抑制效果，能够保障接收机在干扰环境中实现有效定位，并具有较低的运算复杂度。     

一种改进的民用GPS异步欺骗技术

针对民用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)欺骗中存在的欺骗信号伪码相位同步问题,通过欺骗建模分析得到了主要误差来源于探测系统定位精度.基于传统单路滑动牵引入锁技术,理论分析了功率损失主要来源于载波偏差.针对工程应用中欺骗信号构造时初始码相位超前滞后的不确定带来的欺骗起效时间二值性...     

动态环境下载波锁相跟踪环的信号级仿真

在接收信号载噪比一定的前提下,针对GPS软件接收机在不同运动状态下载波环跟踪的问题,仿真研究了不同环路的跟踪性能:在低加速度动态下采用2阶锁相环跟踪更佳,在高加速度动态下则应该采用3阶锁相环跟踪。通过仿真验证了环路的有效性。此外通过仿真发现当载噪比和滤波器噪声带宽一定的情况下,选择合适的预检测积分时间可以有利于载波跟踪。     

GPS卫星捕捉及跟踪算法研究

为了能完成卫星定位,需要对卫星信号进行捕获、追踪。文中针对带有C/A码的L1频段的GPS信号进行定位研究,捕获能从接收的信号中粗略地估算出可见卫星的信号参数,用于帮助接收机初始化跟踪环路,并开始跟踪信号。码跟踪和载波跟踪模块则将这些参数细化,跟踪后即可解调出导航数据。仿真结果表明,算法可准确快速地从32颗卫星中捕捉和跟踪预定的卫星信号。     

On false lock in suppressed carrier MPSK tracking loops

The problem of false lock in suppressed-carrier minimum phase-shift keying (MPSK) tracking loops (M>4 in particular), such as Mth power phase-locked loop (PLL) and MPSK Costas loop carrier recovery subsystems, is investigated. It is demonstrated that such tracking loops false lock onto the received signal when the received carrier frequency and the reference signal frequency generated by MPSK tracking loops are mismatched by multiples of 1/M of the MPSK symbol rate. False lock margins (FLMs) for the suppressed carrier MPSK tracking loops are obtained for a noiseless system model as well as for a model corrupted by additive white Gaussian noise (AWGN). Numerical results are presented in order to explain the influence of system parameters, such as the time-bandwidth product of MPSK Costas loop arm filters (or the Mth power PLL prefilter), arm filters' output signal-to-noise ratio and the input signal-to-noise ratio, on the performance of MPSK tracking loops