INS辅助GNSS高动态捕获跟踪技术研究

在高动态的环境下,由于载体的运动速度及加速度非常大,卫星与载体之间的相对Dopple很大,超出了常规全球卫星导航(GNSS)收机的捕获搜索范围与跟踪门限,因此会造成搜索不到卫星或失锁。针对这一问题开展了利用惯导测量系统(INS)辅助GNSS接收机捕获与跟踪技术研究,GNSS接收机利用INS提供载体的速度、加速度和位置参数,预测载体的多普勒(Dopple)频移,结合接收机的星历及环路信息,共同调节环路中的NCO,及时重新设定环路搜索中心频率,从而解决了高动态引起大的Dopple频移这一问题。仿真结果表明,相比传统的接收机,通过INS辅助的GNSS接收机可以在超高动态模拟环境下,加速度100 g和速度为4 000 m/s时仍可以快速捕获及稳定跟踪信号。     

GNSS接收机在惯性速度辅助下跟踪环路的研究

全球导航卫星系统GNSS和惯性导航系统INS都是目前世界上应用最为广泛的导航方法之一.组合导航利用二者较强的非相似性和互补性,将两者组合起来.可以取长补短充分发挥各自的优点.本文通过理论推导和仿真试验的手段,比较分析了有速度和无速度辅助时接收机跟踪环路的性能,计算及方真结果表明了GNSS接收机在有惯性速度辅助的情况下接收机的跟踪性能较无速度辅助时有了明显的提高,为工程应用奠定了理论基础.     

GNSS接收机自适应带宽伪码跟踪环路设计

从GNSS接收机对伪码延迟锁定环(DLL)快速稳定的需求出发,分析了环路滤波器带宽对码环性能的影响,对不同带宽下环路的稳定时间和跟踪精度进行了测试。提出了一种自适应带宽的码环设计方案,通过对环路滤波器带宽的实时调整,有效地实现了码环牵引过程的快速稳定和精确跟踪,提升了码环性能。利用自研的GNSS接收机进行了测试和验证,测试结果表明码环稳定时间小于400 ms。     

高动态GNSS导航接收机中扩展卡尔曼跟踪算法的研究

针对高动态GNSS导航接收机跟踪环节中动态性和噪声性能的问题,该文提出一种基于信号参数估计结构的扩展卡尔曼跟踪环。该文首先对高动态GNSS信号进行建模,使用扩展卡尔曼参数估计来实现载波跟踪,并用载波多普勒辅助码环,有效地提高了高动态导航接收机的跟踪性能。仿真结果表明,相比传统上的锁频环辅助锁相环,该文提出的环路具有更小的跟踪误差以及更好的噪声特性。     

高动态GNSS接收机载波环性能评估与仿真

高动态GNSS接收机在航天和制导武器应用中越来越普遍,很多文献上都说明了接收机能够跟踪30 g,甚至更高动态的加速度,以及50 g/s以上的加加速度。从跟踪门限以及跟踪精度的角度出发,分析了各种跟踪环路的性能,找出了锁频环辅助锁相环的跟踪上界,并给出了二阶锁频环,三阶锁相环的各种噪声带宽下的理论下界,以及高动态GNSS接收机经常使用的辅助的三阶锁相环的仿真结果。所设计的跟踪环路已经在实际应用中得到使用,性能非常稳定,加速度能够达到50 g,加加速度达到60 g/s。     

多星座GNSS接收机设计与实现

GNSS的发展大大增加了导航信号数量,因此开发可接收多个星座信号的GNSS接收机具有很大的意义。本文设计实现了一种简单灵活的新型接收机,主要包括利用MAX2769作为射频前端实现多星座信号覆盖,可重配置的FPGA实现多星座信号的捕获跟踪与数据传输,导航与数据后处理由计算机实现。同时为了兼容多种GNSS信号,设计了通用跟踪环路。测试结果表明设计的GNSS接收机具有体积小、实时性好和兼容性强等特点,满足实际应用需求。     

双频GPS接收机的动态辅助L2P(Y)跟踪

双频接收机中对L2P(Y)信号的跟踪可以使用半无码方法.但由于半无码方法本身具有平方损耗,因此实际获得的L2P(Y)信号载噪比很低,对L2P(Y)信号跟踪环路的性能提出了更高的要求.文中提出了一种利用接收机动态辅助L2P(Y)码跟踪的方法,给出了环路的设计细节,并详细地讨论了影响环路性能的各个因素.通过计算机仿真,比较了动态辅助环路和未辅助环路的性能.仿真结果表明,使用动态辅助的L2P(Y)信号跟踪环路可以在更低的载噪比下进行有效跟踪.     

GNSS接收机锁相环最佳环路带宽的选取

锁相环环路带宽值的选取对于锁相环的跟踪误差性能有重要影响。基于全球卫星导航系统(GNSS）接收机中常用锁相环结构与数学模型,首先介绍了锁相环及其重要组成部分环路滤波器的结构和原理,然后分析了环路带宽的取值对锁相环两个最重要的误差源——环路热噪声误差和晶振阿伦偏差的影响,给出了低动态下使锁相环总的跟踪误差最小的最佳环路带宽的理论表达式。对基于由现场可编程门阵列（FPGA）芯片、温补晶振和模/数接口电路构建的实际硬件接收机平台进行了验证,结果表明：当根据最佳环路带宽的理论表达式取环路带宽值时,锁相环的跟踪误差最小。所推得的理论表达式不仅可以应用于GNSS接收机,也适用于一般的载波跟踪环设计。     

多遮挡环境下GRU-RNN辅助的GNSS接收机VTL算法

针对城市峡谷等多遮挡环境下信号频繁短时阻塞导致全球卫星导航系统(GNSS)接收机跟踪性能下降的问题,提出了一种GRU-RNN辅助的矢量跟踪环路算法.利用卫星信号正常时导航滤波器的新息序列来训练GRU-RNN网络,网络训练完成后,当卫星信号出现频繁短时阻塞时,利用GRU-RNN网络预测各个通道的伪码相位误差和载波频率误差...     

引入微分控制思想的辅助GPS载波跟踪环路设计

 载波信号跟踪环路制约着GPS接收机的工作性能,针对其易受高动态和弱信号等环境干扰的缺陷,提出一种引入微分控制思想、应用SINS辅助接收机载波跟踪环路的设计方法.剖析应用于载波跟踪的相位锁定环(Phase Locked Loop,PLL),并将其近似为PI控制模型;在验证辅助信息引入时环路系统稳定的基础上,增加类微分控制项,利用SINS的输出和时钟误差信息估算的多普勒频率作为跟踪环路的中心频率,辅助PLL实现载波信号跟踪;仿真结果表明提出方法能够有效地缩短跟踪环路带宽,缓解热噪声和动态应力之间的矛盾,进而改善载波环路的频率响应和跟踪误差.     

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。     

基于片上系统的GNSS兼容接收机设计与实现

提出了利用FPGA内的嵌入式软核NiosII代替专用DSP处理器和通用控制器,在单片FPGA内实现整个GNSS组合导航定位接收机的总体方案。分析了该模式下的快速捕获、相关器、载波跟踪环和码跟踪环算法理论与实现,给出了该组合接收机24h的静态测试结果。结果表明,该GNSS组合接收机设计满足要求。     

Weak Satellite Signal Tracking Loop Based on Traditional Tracking Framework

Global Satellite Navigation System (GNSS) is applied widely in many fields nowadays, but is still quite limited under complex signal environments, especially weak signal situation. And the major limitation comes from the signal tracking algorithm in GNSS receiver. To solve this problem, this paper mainly deals with performance enhancement for traditional tracking framework. By inviting definition of digital equivalent bandwidth and analyzing sensitivity and stability, this framework is deeply discussed, and the relationship between correlation time and loop bandwidth setting becomes clearer. Based on this foundation, an adaptive tracking algorithm is proposed with longer correlation time under vibrated signal attenuation situation, via statistical learning of carrier phase discriminator outputs. Experiments demonstrate that our proposed algorithm outweighs the traditional one with more gain of sensitivity and stable adaptation under attenuated data situation.     

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。     

一种星载GPS接收机设计及测试

为解决星载GNSS接收机具备高动态信号的跟踪与锁定功能,基于自行研发的星载GPS导航接收机,通过软件升级使其能够工作在LEO、GEO和更高轨道高度上,实现更快的信号捕获能力和对微弱信号的跟踪能力。文中给出了接收机的软硬件架构及功能描述,以及低轨道高动态条件下的模拟器测试结果,通过测试表明,文中给出的接收机具有高动态、微弱GNSS信号的捕获跟踪性能,具备星载搭载条件。     

基于AD9361的伪卫星信号发射器设计

伪卫星信号发射器是研究伪卫星定位的重要环节。本文利用 AD9361 具有高集成度并且可灵活编程的射频发射器，设计并实现了射频频率可调(70MHz~6.0GHz)的单体伪卫星信号发射器，以满足不同应用场合对频段变换的需求。通过频谱仪、全球卫星导航接收机等平台对所设计的射频信号发射器进行实验测试。测试结果表明，所产生信号频谱准确，信号功率为 -130dBm 时仍能够被标准 GNSS 接收机接收并完成对信号的捕获跟踪电文解算等处理。     

牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响

牵引式欺骗能够在不引起跟踪环路失锁的条件下诱使接收机跟踪欺骗信号,是一种隐蔽性很高的欺骗干扰方式。对于标量接收机,由于其跟踪环路相互独立,因此针对单个信号进行牵引式欺骗时,不会受其他信号的影响。而矢量接收机的跟踪环路通过接收机状态耦合,存在相互影响,即牵引式欺骗对矢量和标量跟踪环路的影响存在差异。本文基于无噪声且欺骗信号与真实信号载波频率和载波相位相等的假设条件,分析牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响,推导出欺骗成功条件,并利用信号源模拟器和软件接收机对分析结果进行验证。研究结果表明,对矢量跟踪环路成功实施牵引式欺骗的条件较标量跟踪环路更为严苛,反映出矢量跟踪环路固有的抗欺骗干扰能力。