INS/GPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS/GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力.在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差.文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态.分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度.     

高动态GNSS接收机载波跟踪环自适应最优带宽设计与试验

对于大多数高动态接收机,通常采用2阶FLL辅助的3阶PLL环路结构,由于存在FLL环路,导致跟踪精度的下降。针对卫星接收机的动态性能和信号载波功率噪声密度比,在综合考虑接收机跟踪环路中的各种误差源(热噪声、晶振误差、动态牵引误差等)的基础上,采用自适应最优带宽技术,设计一种适用于高动态的3阶PLL载波跟踪环。采用基于GPS数字中频信号的数字仿真和GNSS信号源对所设计的自适应最优带宽进行了验证,验证结果表明:在加速度为30g、过程中存在加加速度为30g/s的高动态情况下,采用18 Hz 3阶PLL不能对信号进行跟踪,而采用所设计的自适应最优带宽的3阶PLL环可以对信号进行可靠的跟踪;同时,和固定带宽接收机比较,所设计载波跟踪环环路能够跟踪50g的高动态Compass卫星信号,而采用固定带宽接收机失锁,并且定位精度优于1 m(2σ),测速精度优于0.2 m/s(2σ)。     

应用于城市环境的MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航抗差滤波器（英文）

为了提高MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统在城市区域中因为GPS信号短时中断或被干扰时的性能，提出了一种基于Kalman滤波的抗差滤波器模型-Kalman抗差滤波器。在Kalman抗差滤波流程中，构建了具有误差检测和分离功能的Kalman滤波器来应对包括伪距和伪距率等GPS测量的突发故障，通过自适应因子向量调整测量噪声获得高精度的导航解。在城市公路上开展了现场试验，对Kalman抗差滤波器的可用性进行了测试。相较于常规的Kalman滤波器，使用Kalman抗差滤波器的紧耦合组合导航系统水平位置误差下降超过30%，高程位置误差的降低大约50%，速度误差下降了17.5%。Kalman抗差滤波器能够有效的降低城市区域中MEMS-INS/GPS紧耦合组合导航系统的导航解误差。     

惯导速度辅助接收机跟踪环路算法

针对接收机在强干扰高动态环境难以定位导航的问题,提出基于惯导速度辅助卫星跟踪环路算法,通过惯导速度估算环路多普勒频移,压缩了环路需承载的动态范围,从而减少了环路等效噪声带宽,进而降低了跟踪环路带内干扰,提高了卫星接收机抗干扰能力。对提出算法的普适性、动态性、抗干扰性以及惯导估算误差影响等方面进行了仿真评估,仿真结果验证了算法的正确性,同时证明提出算法相比传统算法,载体运动加速度由91g提升至193g,同时抗干扰能力提升5~8 d B,可以容忍较大惯导辅助信息误差,为算法工程化奠定了基础。     

一种新型深组合GPS／INS系统的设计与性能仿真研究

本文提出和研究了一种新的深组合ＧＰＳ／ＩＮＳ系统设计方法，它适用于干扰环境中的各类高动态载体。其特点是利用自适应码跟踪误差估计器，使组合卡尔曼滤波器获得白化的伪距量测残差，将组合卡尔曼滤波器纳入码跟踪环路，用以代替传统的速率辅助的延迟锁定环。组合卡尔曼滤波器根据信号的噪声、动态、以及ＩＮＳ的误差，自适应地改变码环的跟踪特性，同时也完成惯性导航系统误差的估计。它能克服常规组合系统不稳定性问题，仿真结果表明，在机动飞行和强干扰状态下，这种组合导航系统具有较高的导航精度和良好的信号跟踪及抗干扰性能。     

旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明：为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。     

基于射频前端的GPS软件接收机设计与验证

介绍了基于硬件射频前端的GPS软件接收机设计与验证。针对GPS串行的搜索算法速度慢的缺点，采用了高速的并行码相位搜索算法；设计和实现了码跟踪环和载波跟踪环，并用载波环路来辅助码跟踪环路；综合考虑接收机的动态性和噪声影响，采用最优化设计思想，设计了GPS软件接收机最优环路带宽。采用GPS中频信号采样器采集实际GPS数据，对搜索和跟踪算法进行了验证。测试结果证明所设计的搜索和跟踪方法是有效的，使得用户在微弱信号处理、多路径处理和发展新的算法等方面具有更大的灵活性，为实际的高性能硬件GPS接收机设计提供的重要的基础。     

基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法

为了满足高动态用户及强噪声干扰条件下的应用需求,提出了一种基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方案。深组合方案利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号跟踪和组合导航信息处理的任务;利用相关器残差来更新导航参数状态,同时根据已有的导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等信号跟踪参数,用以控制接收机的本地伪码、载波数控振荡器（NCO）,使本地伪码相位和载波频率与输入信号保持一致。最后,通过仿真验证表明,基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号发生短暂中断期间,能够保证组合系统的导航精度和可靠性,而且在载噪比较低的环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

针对闭环大时延的GNSS数字锁相环路设计

在GNSS终端方案设计中，跟踪环路闭环大时延将导致传统数字跟踪环路模型与实际模型的偏离，极大限制了归一化噪声带宽的约束极限，从而影响了环路的动态性能及跟踪精度。为解决这一问题，通过分析环路噪声带宽或相干积分时间发生变化对跟踪环路Z域离散模型极点位置的影响，采用参数化根方法设计了数字环路滤波器，实现了高延时情况下数字锁相环路的稳定工作。实验结果表明，相比于传统跟踪环路，在闭环时延100 ms情况下，考虑闭环大时延设计得到锁相环路的归一化噪声带宽能够实现从0.08到1.321的扩展，对于高动态、弱GNSS信号的跟踪及后续导航解算具有重要意义。     

基于软件定义无线电的紧耦合GNSS/INS组合导航结构

由于现有的普通硬件GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机只能与INS(Inertial Navigation System)进行松散组合,为了进行GNSS/INS紧耦合相关实验研究,采用软件GNSS接收机技术提供紧耦合研究的所有开放接口和数据。利用软件接收机相关器输出的I(in-phase)和Q(quadrature)信号与频率误差和相位误差之间的关系,并通过INS提供I和Q信号的预测信息,作为Kalman滤波器量测更新来估计17维状态数值,同时根据载体的速度信息来辅助多普勒频率跟踪。结果表明,紧耦合系统能够降低跟踪回路带宽10 Hz左右,位置精度提升到5 m,可以提高软件接收机快速捕获跟踪和提升定位精度以及抗干扰能力。     

GPS接收机窄带干扰抑制新方法

针对GPS接收机中常见的窄带干扰信号,提出了一种全数字式时域和频域相结合的窄带干扰抑制方法.首先将含有窄带干扰的时域GPS信号变换成频域信号,然后将此频域信号与自适应干扰判决门限比较获取干扰信号的中心频率和带宽,由此确定滤波器参数并设计时域滤波器.仿真结果表明与没有使用干扰抑制处理相比,当信干比SJR为-25 dB、误码率BER为10E-4时,该方法可使Eb/N0改善4 dB;与无干扰时的理论值相比,此时Eb/N0的恶化小于0.5 dB.随着干扰强度的增加,该方法的干扰抑制效果更加明显.考虑到本方法的并行处理机制,这些结果表明该方法不但具有较好的抗干扰能力,而且具有较好的实时性.     

MIMU辅助GPS跟踪环路嵌入式硬件平台设计

为了验证惯性系统辅助GPS跟踪环路的接收机性能,设计了一种基于多CPU结构的专用惯性辅助GPS跟踪环路嵌入式硬件平台.该平台以FPGA作为整个系统的逻辑和时序控制中心,以DSP作为中心处理器,实现了惯性数据和GPS数据的高速融合.经过跑车实验,证明该系统能够满足惯性辅助GPS跟踪环路的要求,锁相跟踪环路被惯性辅助后噪声降低.详细阐述了该系统的硬件设计思想和基本工作原理,给出了FPGA和TMS320C6727 DSP的软件编程逻辑流程图.     

伺服转台高精度控制系统带宽设计的探讨

以实际的伺服控制系统设计为例,从跟踪误差、干扰控制、噪声衰减和系统不稳定性的限制等几个方面研究了伺服控制系统的带宽问题,给出了选择带宽的方法结果,在实际应用中较好地折衷了系统稳定和系统性能的关系。     

SINS/GPS紧耦合组合导航

针对可用星数目小于4情况下,SINS/GPS松散组合导航必须转为纯惯性状态,无法解决纯惯性导航参数误差发散的问题,提出了以导航星伪距和伪距率为观测量的紧耦合SINS/GPS组合导航方案.建立了紧耦合系统的数学模型,搭建了硬件系统,并应用于工程实践.车载试验结果表明:当可用星数目小于4时,紧耦合系统定位的纬度误差、经度误...     

紧耦合GPS／INS组合特性及其关键技术

针对GPS/INS组合导航系统在军民各领域广泛应用的特点,鉴借国外对紧耦合GPS/INS组合模式的实验研究,分析常规紧耦合和深紧耦合GPS/INS组合模式的构成与工作原理,仿真研究紧耦舍GPS/INS组合模式的特性,其具有高抗干扰能力.高伪距测量精度及高导航定位能力.面对深紧耦合GPS/INS组合导航突出的性能特点,探讨深紧耦合GPS/INS组合研究从仿真到工程化中的几个关键技术问题,目的以供相关人员在组合导航系统研制时参考.     

惯导速度辅助下相干接收时GPS接收机码环的噪声响应和动态跟踪性能分析

本文推导了GPS接收机相干接收C/A码信号时码环的动力学方程,分析了码环的噪声响应和动态跟踪性能对码环带宽的矛盾要求,并提出了解决矛盾的方法;惯导速度辅助。分析结果表明,窄带宽码环经精度为1海里/小时的惯导系统速度辅助后,对加速度机动的跟踪误差为无辅助时的千分之一,接收机将兼有抗强干扰和跟踪高动态的性能。     

基于GPS/INS不同测量特性的自适应卡尔曼滤波算法

在GPS/INS组合导航系统中,针对现有自适应滤波算法对GPS测量噪声估计准确性、可靠性不高的问题,提出了一种基于GPS、INS不同测量特性的自适应卡尔曼滤波算法.该算法基于GPS和INS不同的测量性质,利用惯导系统的短期高精度性,获得对GPS测量噪声统计特性自适应估计.仿真结果表明,该算法能够在GPS测量噪声统计特性未知或发生变化的情况下,适时地跟踪GPS测量噪声,准确估计滤波系统的观测噪声协方差阵R,其滤波精度和鲁棒性明显优于改进的sage-husa自适应算法,特别是在采用低精度INS情况下,能够有效克服改进的sage-husa自适应算法滤波发散的现象.     

基于软件GPS接收机的高动态跟踪环路设计

介绍了三阶载波跟踪环路的设计方法,并在MATLAB软件上通过低动态实验和高动态仿真实验对设计的跟踪环路性能进行验证。低动态实验采用中频信号采样器采集的真实GPS信号,高动态实验采用GPS信号仿真器生成的高动态仿真信号。实验结果表明,基于软件GPS接收机设计的二阶载波跟踪环路可满足一般低动态要求,而三阶载波环路则可满足载体相对于卫星加速度为10个g的高动态要求。     

环路跟踪卡尔曼滤波算法的性能分析

基于卡尔曼滤波的环路跟踪算法多是通过一定仿真证明算法性能,没有系统性性能评估,难以较好指导工程应用。在原有算法基础上进行了优化,并系统性地对比分析、评估了基于卡尔曼环路滤波算法性能,以期为算法工程化提供指导。首先提出对跟踪环路反馈调整量进行预测,使之更符合系统实际,减小环路跟踪误差。而后基于卫星信号模拟器输出信号和自生产信号源,充分评估基于卡尔曼滤波环路跟踪算法的收敛时间和灵敏度。仿真结果表明,相比目前工程常用的二阶FFL辅助三阶PLL算法,基于卡尔曼滤波环路跟踪算法能够缩短环路所需稳定时间约90%,并能提升跟踪灵敏度约5 d B,有效改善弱信号场景中接收机输出信息的完好性和连续性。     

多源异构超紧组合非线性信息互耦合方法及特征分析

惯性/卫星超紧组合技术核心将卫星导航接收机基带信号处理过程中的环路非线性信息与惯性导航信息进行深层次互耦合。在研究超紧组合多信息源异型耦合架构特征及互耦合机理的基础上,对比分析了超紧组合非相干及相干互耦合方法,总结了不同超紧组合观测矢量提取方法及环路模型,然后设计了超紧组合互耦合信息处理流程及信号NCO(数控振荡器)控制方法。最后,利用仿真平台对非相干及相干方式进行了卫星信号受干扰及载体动态变化环境下的试验对比分析,结果表明超紧组合相干方法相较于非相干方式具有更优的观测矢量提取性能及抗干扰性能。