GNSS接收机导航滤波器辅助捕获技术

为了充分利用GNSS接收机导航滤波器先验信息对基带信号处理过程的捕获进行辅助,以提高捕获速度及灵敏度,以北斗B1I信号为研究对象,开展GNSS接收机导航滤波器辅助估计伪码相位、载波多普勒、NH码相位研究. 首先引入“虚拟路径”的概念计算伪码相位,并详细推导了由导航滤波器直接计算接收信号伪码相位的算法. 然后对伪码相位及多普勒频率的误差源和传播特性进行详细分析. 最后进行了捕获性能理论仿真分析. 结果表明:导航滤波器辅助伪码相位与多普勒频率估计条件下,能够将捕获灵敏度提高1.1 dB,平均捕获时间为1 ms;进一步加入对NH码相位估计的辅助从而扩展相干积分时间为20 ms,则额外可以提供12.8 dB的灵敏度提升,平均捕获时间为20 ms. 通过导航滤波器中的先验信息对信号捕获进行辅助,能够提高信号捕获性能,同时有助于降低无辅助条件下捕获装置频繁运行带来的功率损耗,所提出的算法可以直接应用到GNSS接收机及GNSS/INS深组合导航系统中.     

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。     

遗传粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测

针对全球定位系统接收机观测噪声分布的特点和基本粒子滤波存在的粒子退化与采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样粒子滤波与似然比方法有机结合的全球定位系统接收机自主完好性监测方法.建立了卫星故障检测的检验统计量,通过比较系统各状态累加对数似然比对卫星故障进行检测.将遗传算法中的选择、交叉和变异操作融入到粒子滤波中,提高了粒子滤波的精确性,在实数域内对粒子进行遗传操作,避免了遗传操作的编解码.实验表明,该算法在非高斯测量噪声下成功地检测并隔离故障卫星,提高了故障检测的性能,验证了该算法应用于全球定位系统接收机自主完好性监测的可行性和有效性.     

高灵敏度GNSS接收机频率合成器设计

为了提高全球卫星导航定位系统(GNSS)接收机的灵敏度,设计低相位噪声的小数频率合成器.通过分析灵敏度与相位噪声的关系,提出新的实现方案.该方案利用品质因数增强型可变电容减小压控振荡器(VCO)相位噪声,基于CMOS双D触发器单元的多模分频器和尾电流滤波的预分频降低带内相位噪声,充、放电流自校正且互补开关切换的电荷泵和带随机化抖动的Σ Δ调制器抑制杂散.该电路在0-18 μm CMOS工艺上实现.测试结果表明：提出的频率合成器能够接收所有的GNSS信号,输出的频率调谐范围达到58%,VCO增益变化小于±21%,当偏移频率为1 MHz时, 本振(LO)相位噪声低于-121 dB,最大功耗为117 mW.提出的小数频率合成器,已成功应用于高灵敏度GNSS接收机中,在GPS模式下灵敏度达到-157 dBm.     

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。     

一种低复杂度GNSS信号快速捕获算法

为满足全球卫星导航系统(GNSS)接收机中高精度跟踪环路对捕获模块伪码相位搜索精度的需求,提出一种基于数据折叠的正交快速捕获算法．该算法对接收机输入离散采样信号进行压缩处理,将单个伪码周期内的长序列转变为两组较短的序列,并对每组序列与对应处理后的本地伪码序列进行基于FFT的快速相关运算,最终通过两组相关结果确定伪码偏移量．算法降低了快速捕获中所需的FFT点数,在保留伪码相位搜索精度的同时降低了捕获器的实现代价．分析及仿真结果表明,该算法能够在较小的检测概率下降的条件下,极大降低捕获模块的算法复杂度．     

一款适用于TPMS的新型高性能超低功耗信号接收器

为了适应轮胎气压监测系统(TPMS)的恶劣环境,提高TPMS的系统集成度,设计了一款适用于TPMS的新型高性能超低功耗信号接收器。该信号接收器采用亚阈值区技术、休眠-唤醒工作机制以及自动增益控制方法,降低了功耗,提高了信号接收的灵敏度。仿真结果表明,在温控范围为-35~125℃、供电电压为2.2~3.5V的环境下,识别信号幅度最小值为0.5mV,系统平均功耗为6μW。     

New autonomous celestial navigation method for lunar satellite

Celestial navigation system is an important autonomous navigation system widely used for deep space exploration missions, in which extended Kalman filter and the measurement of angle between celestial bodies are used to estimate the position and velocity of explorer. In a conventional cartesian coordinate, this navigation system can not be used to achieve accurate determination of position for linearization errors of nonlinear spacecraft motion equation. A new autonomous celestial navigation method has been proposed for lunar satellite using classical orbital parameters. The error of linearizafion is reduced because orbit parameters change much more slowly than the position and velocity used in the cartesian coordinate. Simulations were made with both the cartesiane system and a system based on classical orbital parameters using extended Kalman filter under the same conditions for comparison. The results of comparison demonstrated high precision position determination of lunar satellite using this new m     

基于模糊神经网络的自主车导向控制器

为了实现自主车跟踪固定路径的精确控制,建立了自主车路径偏差控制系统的数学模型。设计了基于神经网络的自主车导向控制器,建立了模糊神经网络控制器的结构,并由实验数据产生训练样本。该控制器通过精确控制两个驱动轮的差动转速实现路径跟踪。实验结果表明采用模糊神经网络的导向控制器能够稳定地实现跟踪导向路径的控制功能。     

自适应非线性滤波技术在导航接收机的应用

针对典型海域干扰噪声表现为大气噪声和随机窄带干扰叠加的特点,提出了直接序列扩频体制的无线电导航接收机中窄带干扰抑制的方法,即在解扩前通过自适应非线性滤波技术来预测干扰信号的频率,从而衰减窄带干扰.将近似条件均值滤波函数应用于自适应非线性滤波的干扰预测中,描述了该系统的状态空间模型并对导航接收机输出信噪比进行计算.计算机仿真对比表明,该方法比传统的扩频接收机更优,不仅提高了导航接收机的输出信噪比,而且提高了系统的稳定性.     

利用并行多处理器的卫星自主导航方法研究

提出卫星导航系统采用两个并行处理器PⅠ、PⅡ.其中PⅡ首先利用批处理估计器估计卫星初始状态,然后利用高精度轨道动力学模型预报下一周期的卫星星历,并将星历数据存储于星上.而PⅠ则依据上一周期的各种数据,采用实时轨道预报算法提供卫星当前时刻的轨道信息.基于这一分工思路,利用卫星观测到的星光折射信息,在高、中、低各种轨道上进行了卫星自主定轨的计算机数学仿真,仿真结果证实了并行多处理器导航计算机结构及相应导航算法用于卫星自主导航的可行性及有效性.     

ASUKF方法在航天器自主导航中的应用

针对自主导航过程中不确定的测量噪声和干扰的影响,提出了一种具有自适应能力的状态估计方法———ASUKF方法.该方法对非线性的状态方程进行超球面分布UT变换,对非线性的测量方程求取雅可比矩阵,同时在滤波迭代过程中引入自适应因子,从而在保持估计精度的条件下,降低了UKF算法的计算量,并使滤波器具有了自适应能力.将ASUKF方法应用于自主导航系统导航信息的估计过程中,仿真结果表明:其在保持导航信息估计精度的同时,提高了估计效率,克服了自主导航过程中不确定的噪声和随机干扰的影响.     

复杂信号环境下的GNSS定位星座选择算法

为了有效减小全球导航卫星系统(GNSS)接收机在复杂信号环境下的定位误差,提出一种定位星座选择算法.该算法利用简化的距离残差平方和作为检验统计量,该检验统计量可以反映单颗卫星的伪距测量误差进而实时反映定位误差的变化.基于该检验统计量,提出的定位星座选择算法能够检测出多个错误观测量进而将其去除.测试表明,这种定位星座选择...     

Jamming and spoofing interferences suppression technique for satellite navigation receiver

A satellite navigation receiver that can suppress jamming interference and spoofing interference simultaneously is designed in this paper.An anti-jamming improved constrained spacial adaptive processing algorithm in signal processing and an anti-spoofing M-estimator based extended Kalman filter algorithm in information processing are proposed respectively.Simulations of the integral designed anti-interferences satellite navigation receiver demonstrate that the designed anti-interferences receiver can suppress jamming signals efficiently (above 40 dB) and ensure the normal reception of satellite signals while satellite signals and jamming signals have the similar direction of arrival (almost 10°).The designed anti-interference receiver can effectively eliminate the influence of spoofing signals on the navigation solution accuracy and maintain high accuracy of position and velocity estimation,which improves the anti-jamming and anti-spoofing capability of the satellite navigation receiver.     

数字化DS/BPSK导航接收机伪码序列捕获系统

针对无线电导航系统中的伪码序列快速捕获问题，提出了一种数字化扩频序列捕获系统．该系统采用串并组合捕获方式，捕获判决采用了Tong算法．在对其进行数学建模的基础上，分析了系统的虚警概率、检测概率和信噪比与捕获速度的关系；给出了一种检测门限和失锁门限的确定方法．分析表明，本文提出的伪码序列捕获系统具有检测概率高、虚警概率低和平均捕获时间短的特点．     

深空探测着陆过程序列图像自主导航综述

基于序列图像的自主导航作为未来深空探测地外天体精确定点着陆任务的关键技术,是目前深空探测技术的重点发展方向之一.针对未来深空探测地外天体精确着陆自主导航的需求,阐述了发展深空探测着陆过程序列图像自主导航的必要性.首先,分别从主动成像和被动成像两个方向介绍了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航研究现状;然后,总结并分析了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航涉及到的关键技术;最后,根据关键技术分析给出了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航研究目前存在的主要问题并对其后续发展进行了展望.     

探测器交会小天体的UPF自主导航方案

采用基于目标天体信息的光学导航方案实现探测器交会小天体,利用导航相机提高了定轨精度和星历精度。在此基础上,针对深空导航的轨道确定过程中可能存在的初始估计信息误差较大、状态及量测误差不服从高斯分布等问题,将UPF(Unscented Particle Filter)引入到导航方案中。该方案利用UPF在处理非线性非高斯问题上的优势,克服了EKF、UKF、PF等传统滤波方案对非线性非高斯状态模型、量测模型的近似处理所带来的影响。数值仿真表明了该方案的可行性。     

动态环境下自主移动机器人的导航复杂性

在自主移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其研究核心.动态不确定环境下的路径规划是自主移动机器人导航的关键环节之一，受到了许多学者的关注.多障碍环境下的路径规划，尤其是多障碍动态环境下的路径规划，是一个比较复杂的问题.通过混沌现象对自主移动机器人在动态环境下，利用传感器信息导航的复杂性进行了探讨.通过计算最大Lyapunov指数和描绘功率谱分析图这两种方法，确定了自主移动机器人从传感器上获得的机器人与障碍物间距离信息的时间序列存在混沌现象，揭示了自主移动机器人在动态环境下导航复杂性的原因.     

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.