无人机导航信号的增强及干扰抑制技术

自适应波束形成技术的多天线卫星导航接收机易受高动态干扰影响,导致导航信号接收性能下降,无法为无人机提供可靠的位置信息.提出一种基于最小离差准则的稳健波束形成设计方法,最小离差准则波束形成通过联合信号的各阶统计特征实现对导航信号的接收增强,同时结合最小干扰功率准则展宽波束零陷抑制高动态干扰.稳健最小离差波束形成设计方法可通过求解带有二次约束的优化问题实现.为降低运算复杂度,将二次约束替换为线性约束,并开发快速算法将运算复杂度由标准内点法的O(N3)降至O(NM2).通过计算机仿真,从波束形成器输出波束图、输出信干噪比、算法收敛速度等方面验证了方法的有效性.     

近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果.     

卫星姿态的间接自适应模糊鲁棒控制

针对在太空强干扰环境下工作的三轴稳定卫星姿态控制问题,将间接自适应模糊鲁棒控制应用于卫星的姿态稳定控制中,给出了实现方法。用自适应模糊控制器逼近被控对象的数学模型,并在控制量中加入鲁棒控制项用于抑制扰动,使系统具有更强的鲁棒性。针对挠性卫星设计了间接自适应模糊鲁棒控制器,推导了参数自适应律。仿真结果表明,该方法能够有效抑制扰动,且具有较好的动态与静态品质。     

一种稳健的零陷扩展算法

协方差矩阵求逆算法具有在强干扰条件下提取弱期望的优良性能。但算法受幅相误差影响明显,且干扰方向处的零陷宽度很窄,当干扰方向变化时会导致抑制干扰能力下降。文章利用快速测向给出的信号示向度,运用最大似然迭代估计出各信源对应方向的实际方向向量值。再利用导数约束条件对协方差矩阵求逆算法的目标函数进行约束,从而使零陷宽度得以扩展且鲁棒性增强。仿真实验验证了算法的有效性。     

具有近场零陷权的自适应波束形成算法

近场干扰是影响远场定位和检测的常见问题。为了抑制确定区域的近场干扰,提出了一种具有近场零陷权的远场自适应波束形成的设计方法。算法通过构造包含近场干扰源的虚拟协方差矩阵,实现了具有近场干扰抑制能力的远场波束形成,并应用驻定相位原理,分析了近场干扰抑制对于远场期望方向波束的影响。仿真实验证明:该算法可实现远场波束形成的同时,在近场设计区域生成有效的零陷;当期望方向趋近零陷区域方位时,主波束的阵增益会下降,零陷区域方位愈靠近阵列端射方向、零陷区域距参考阵元的距离愈大,阵增益下降程度愈剧烈。     

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.     

基于空间信道控制方式的频谱感知资源分配技术

针对频谱资源中授权频段因信道质量和信号干扰等因素导致的感知频谱利用率不高的问题,提出了基于大规模天线空间信道控制的频谱感知资源分配方式.通过波束成型技术使主瓣波束对准期望用户,而在干扰源方向放置零陷,可有效地抑制对次级用户的干扰,并确保次级用户对感知频谱的使用,从而进一步提高系统的频谱效率.仿真结果显示,在信噪比为5 dB和10 dB时,所提方案的谱效率（系统吞吐量）优于其他策略.     

三颗星的AGNSS增强定位方法研究

为了提高辅助全球导航卫星系统（AGNSS）的定位性能,实现用户在捕获卫星数不满足解算条件下进行有效定位,论文对只有三颗可见星情况下的定位方法进行了研究。研究中采用AGNSS定位系统结构,以加快卫星捕获并提供辅助数据,通过两次观测数据的组合完成定位解算,并分析无卫星重复、有卫星重复以及两次观测间隔时长等因素对精度因子、定位性能以及置信度的影响。通过定位验证可知,随着两次观测间隔时长的增加,定位性能越来越好。当间隔时长为2min时,无卫星重复时的定位精度为2.22m,一颗星重复时为3.21m,两颗星重复时为16.76m,三颗星完全重复时为38.72m,其精度完全可以满足用户对位置的需求,增强了AGNSS定位性能。     

基于地图匹配的自主导航算法

已知环境下为弥补卫星信号丢失带来的导航精度下降问题,提出了基于地图匹配的组合导航算法。自主导航系统采取INS/GPS组合方案,在GPS信号有效时,建立基于道路约束的环境地图,GPS信号无效的时候利用已建立的环境地图辅助惯性导航,减少导航误差。通过实测数据,针对GPS信号无效的情况进行了计算机仿真,给出了实际路试结果。结果表明,新算法有效提高了导航精度。     

一种新的线性约束恒模算法

针对LSCCMA在干扰信号来波方向上不能形成明显零限的局限性,以及需要避开强干扰来波信号的应用场合,提出基于干扰信号导向矢量算法(LICCMA),该算法在常规CMA的基本条件上增加了干扰零陷的约束条件,以干扰信号零陷为目标进行算法优化设计.与LSCCMA相比,LICCMA在干扰信号强于期望信号的环境,在干扰信号来波方向上形成明显的零陷,提高了信号的信干比.     

多源融合定位算法综述

随着机器人、无人车等自主导航系统的大量涌现,定位导航技术在最近20年得到迅猛发展,用户对新一代的定位导航技术提出了新的要求,即在任意环境、任意时刻、任意平台都能具备可靠的定位导航能力.多源融合定位算法是实现该目标的唯一有效途径.本文从传感器观测模型、环境场景模型、载体运动行为模型出发,综述了卫星导航、惯性导航、视觉传感器、激光雷达单一传感器的定位方法,分析了定位导航运行的环境场景对多源融合定位的影响,以及载体运动行为对定位的影响.最后,从融合框架层面将多源融合定位算法分为优化和滤波两大类进行深入分析.     

广域实时亚米级单点定位算法

针对传统的单点定位方法无法满足应用需求日益提高的实时定位精度问题,提出一种新的广域实时亚米级单点定位算法。基于单频接收机提供的卫星原始观测值,通过网络获得由国际GPS服务(international GPS service, IGS)播发的GNSS卫星精密轨道和钟差以及格网电离层改正数据,在终端嵌入式软件或APP软件程序中,通过载波平滑伪距的定位模型进行定位解算得到用户精确位置。大量试验结果统计分析表明:该算法在全天候任意时段内均可实现平面方向优于0.8 m、高程方向优于2 m的静态定位精度,以单频接收机的硬件成本,快速收敛实现了实时亚米级定位精度,能够满足大量应用场景对连续稳定可靠的高精度实时定位要求。提出的广域实时亚米级单点定位技术,能够在无需大量建设地基增强基准站的情况下,提供广域范围内大部分应用场景下的实时亚米级高精度位置服务。     

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.     

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。     

陆基增强/双星定位组合系统

提出了通过建立陆基增强系统来提高双星定位能力的技术方案，对该方案实施的可行性进行了理论分析，给出了陆基导航台和用户接收机的结构原理，分析设计了陆基导航台和双星的时间同步技术方案，对比研究了双星系统与陆基增强／双星系统的定位精度问题，得到了一些有参考价值的结论。增强后的双星系统用户端安装导航处理器，工作方式转为被动无源工作模式。分析表明，对双星系统增强后，提高了导航的可靠性，减小了定位几何系统GDOP，提高了定位精度。     

多普勒辅助RangeFit快速定位方法

常规GNSS快速定位算法(即首次定位时间TTFF＜l s)中存在初始时间、初始位置、钟差等误差总和小于150 km的约束门限,即使初始位置十分准确,初始时间误差也不能超过210 s,这使得只有在热启动和AGNSS条件下,才能实现TTFF小于1 s.该文针对常规快速定位算法的这种缺陷提出一种多普勒辅助RangeFit快速...     

A Multi-Vehicle Cooperative Localization Method Based on Belief Propagation in Satellite Denied Environment

The global navigation satellite system (GNSS) is currently being used extensively in the navigation system of vehicles. However, the GNSS signal will be faded or blocked in complex road environments, which will lead to a decrease in positioning accuracy. Owing to the higher-precision synchronization provided in the sixth generation (6G) network, the errors of ranging-based positioning technologies can be effectively reduced. At the same time, the use of terahertz in 6G allows excellent resolution of range and angle, which offers unique opportunities for multi-vehicle cooperative localization in a GNSS denied environment. This paper introduces a multi-vehicle cooperative localization method. In the proposed method, the location estimations of vehicles are derived by utilizing inertial measurement and then corrected by exchanging the beliefs with adjacent vehicles and roadside units. The multi-vehicle cooperative localization problem is represented using a factor graph. An iterative algorithm based on belief propagation is applied to perform the inference over the factor graph. The results demonstrate that our proposed method can offer a considerable capability enhancement on localization accuracy.     

GNSS接收机多径抑制性能检测技术

多径干扰信号会导致GNSS接收机伪距、载波相位和多普勒等测量精度降低,多径信号对GNSS接收机观测数据的影响与多径信号的延迟、幅度、相位等特性参数有关,造成的伪距测量误差高于载波相位测量误差2个数量级。多径抑制是GNSS接收机关键性能指标之一,GNSS接收机主要从试验室模拟环境和实际工作环境两方面检测多径抑制性能,多径误差包络检测技术利用模拟导航信号源完成多径抑制性能检测,码减载波和多径误差分析都是通过接收观测卫星导航信号并进行数据分析完成多径抑制性能的检测。     

GNSS软件接收机中相关捕获算法研究

为了适应全球卫星导航定位系统(GNSS)接收机的发展趋势,研究了一种GNSS软件接收机捕获多个星座卫星信号的相关捕获算法.该算法可以同时接收和处理GPS和Galileo两个系统L1频段内所有民用信号,通过仿真分析了影响算法性能的因素--本地复现序列数,并给出了利用Simulink和程序实现的算法来捕获两个系统民用信号的结果.结果表明,该算法可以很快地捕获到系统信号,具有灵活、方便、简单的特点,对软件接收机的设计有指导意义.     

GNSS接收机最优中频积累时间研究

分段相关-视频积累是一种典型的雷达信号检测方法,同时也可用于全球定位系统(GPS)或伽利略系统的卫星信号检测。该文重点分析了载波多普勒条件下分段相关-视频积累检测方法的性能,推导了平均处理损耗公式。在给定最大多普勒频偏和载噪比的情况下,采用平均处理损耗最小准则,分析了全球卫星导航(GNSS)接收机最优中频积累时间的计算方法和变化规律。在载噪比45 dB-Hz和最大多普勒频偏2000 Hz的条件下,该算法比经典算法减小了13.5%的平均处理损耗。