基于MATLAB的GPS软件接收机捕获与跟踪算法实现

研究了GPS软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于Matlab软件平台和射频前端在PC上实现了GPS软件接收机样机。介绍了GPS软件接收机的结构和数据采集硬件,讨论了GPSC/A码的特性、产生原理以及捕获过程。针对传统的串行搜索算法慢的缺点以及高动态GPS软件接收机的特点,在该样机中实现了快速的基于循环卷积的并行捕获算法,并联合使用超前滞后环和对相位反转不敏感的科斯塔斯锁相环分别对码相位和多普勒频偏进行跟踪,解调得到导航电文。仿真和测试结果表明,使用GPS软件接收机进行信号处理的思想使用户在算法处理和软件升级等方面具有更大的灵活性,可应用于下一代任何全球导航卫星定位系统(GNSS)和空基增强系统(SBAS)接收机的设计。     

下一代GNSS导航系统中的MBOC调制及性能分析

下一代全球导航卫星系统中将采用混合二进制偏移载波信号调制方式,其中Galileo E1 OS拟采用复合副载波调制技术,GPS L1C拟采用时分多副载波调制技术。针对混合二进制偏移载波信号调制方式,首先对相关调制技术进行了描述,并通过Matlab仿真,分别从功率谱密度、热噪声码环跟踪误差和多径误差包络三方面,将MBOC(6,1,1/11)与伽利略系统最初拟采用的BOC(1,1)和传统GPS导航系统中的BPSK(1)信号调制方式性能进行了对比分析。结果显示,MBOC(6,1,1/11)具有更加丰富的高频分量和更好的自相关特性,且热噪声码环跟踪误差性能和抗多径性能均优于BOC(1,1)和BPSK(1)调制。     

强电离层闪烁对GPS软件接收机的影响分析（英文）

强电离层闪烁会导致信号幅度深度衰减和载波相位激烈震荡,引起GPS载波跟踪环的失锁,从而导致定位误差增长甚至导航中断。本文研究了GPS L1软件接收机在经历强电离层闪烁时的信号处理算法。研究数据采集于构建于巴西的一个多GNSS多频段中频信号采集系统,数据采集时间为2013年11月,此年为太阳活动极大年。信号捕获、跟踪算法以及由载波跟踪环计算得出的闪烁指数(包活幅度指数S_4和载波相位指数σ_φ等)都在文中进行了详细阐述。分析强电离层闪烁对GPS软件接收机的影响对于研究卫星高级跟踪算法和提高GPS接收机的鲁棒性及定位精度将发挥重要作用。     

一种角速率输入的圆锥算法设计

针对角速率输入的传统捷联惯导姿态算法在高动态环境下精度低的问题,提出一种角速率输入的在期望的圆锥运动环境下的频域最优圆锥误差补偿优化算法。在分析圆锥误差补偿通式的基础上,建立了角速率输入的圆锥误差准则,基于最小二乘原理建立了圆锥误差补偿优化目标,并推导了角速率输入的圆锥误差补偿优化系数,讨论了载体运动环境。在圆锥运动环境下,将新算法与传统的频域泰勒算法通过数字仿真进行了对比分析,结果表明,在高频圆锥运动环境下,新算法的精度明显高于频域泰勒算法。     

一种采用联邦EKF的分布式INS/UWB人员无偏紧组合定位方法

为了实现精确的人员定位,提出了一种采用联邦EKF的分布式INS/UWB人员紧组合定位方法.在这种模式下,将数据融合滤波器应用于UWB无线通信信道中.INS与UWB分别测量得到的参考节点到未知节点之间距离的平方值被用于预估INS的导航解算误差.在此基础上,主滤波器将各信道滤波器的预估值进行数据融合,最后得到最终的INS导航解算误差预估.实验结果显示,该方法能够准确地提供人员位置信息,与集中式滤波器相比,平均位置误差降低了10.34％左右.     

基于新的圆锥补偿结构的姿态算法（英文）

提出基于一种新的圆锥补偿结构的捷联惯导姿态算法。与传统的姿态算法不同,新算法中同时引入了角速率和角增量用于圆锥补偿(适用于角速率输入或角速率和角增量同时输入)。基于所提出的圆锥误差补偿结构,引入时间泰勒方法进行圆锥误差补偿优化设计,并定义了两种性能评价模型,以分别用于一般圆锥和机动环境下的姿态算法性能评估。将新的姿态算法与传统角增量输入的姿态算法通过仿真进行了对比分析,结果表明,在相同的采样频率和姿态更新周期以及相同的圆锥和机动环境的条件下,新的五子样姿态算法的性能明显优于传统角增量输入的五子样姿态算法。     

水下滑翔器位姿估计的改进高斯混合粒子滤波器设计与验证（英文）

近年用于水下滑翔器的低成本导航系统成为研究热点,导航器件的成本与精度之间的折中问题仍然是目前的难题。针对因使用低成本的导航元件而造成低精度位姿估计的问题,提出用于位姿估计的改进高斯混合粒子滤波(IGMPF)方法。用高斯混合模型来估计非高斯噪声,改进的粒子滤波进一步提高位姿估计精度。为了验证其效果,该方法应用于自主设计的水下滑翔器导航系统中并做了车载实验,实验结果表明所提IGMPF方法在实际应用中比传统的EKF和UKF表现更优,姿态角和位移误差比EKF和UKF减小了至少30%。     

EMD阈值滤波在光纤陀螺漂移信号去噪中的应用

光纤陀螺(FOG)的漂移输出经常淹没在噪声中,直接建模补偿漂移信号非常困难,提出基于经验模态分解(EMD)的阈值滤波方法(EMD-T)对漂移信号预处理。为了提高EMD分解的精确度,基于噪声传播模型引入一种有界噪声辅助分析的方法,将漂移信号中幅值小、频率高的噪声信息压缩至低阶本征模态函数中。为了验证算法的有效性,采集一款干涉型FOG的静态漂移输出作为测试信号,将EMD-T与基于小波包变换(WPT)和常规EMD(CEMD)的阈值滤波方法进行了对比分析。仿真结果及Allan方差分析表明,EMD-T较WPT和CEMD滤波性能有显著的改善,经EMD-T处理后,漂移信号的量化噪声(Q)和角度随机游走(N)分别由0.7862μrad和4.58×10-3(°)·h-1/2下降至0.1340μrad和9.03×10-4(°)·h-1/2。     

Galileo E1/E5/E6数字中频信号仿真

新伽利略系统计划提供E1、E5和E6导航信号服务于民用导航、商业服务和生命安全服务领域,预计导航性能将大幅提升.本文旨在设计一种基于软件的伽利略E1/E5/E6中频信号发生器以模拟未来的伽利略导航系统.首先简要概述了伽利略信号及其在无线电频段的分布,包括E1、E5和E6信号的信号结构和特点.然后对仿真系统的组成进行了详细描述并通过Matlab软件进行仿真,重点分析了所有导航信号的功率谱密度(PSD).结果表明该仿真系统可为伽利略接收机的设计和测试提供可控信号源.     

一种基于二次优化的改进圆锥算法

提出了一种改进的圆锥优化算法,对传统圆锥优化算法的周期项进行了二次优化.首先,根据经典圆锥运动建立了二次优化的误差准则;其次,给出了推导二次优化补偿系数以及相应的残留误差的一般方法;最后,在不同的经典圆锥运动环境下对三例改进算法的姿态解算误差进行了仿真验证.结果表明,通过改进的四子样和五子样算法得到姿态解算精度与通过旋转矢量变化量的理想值得到的结果几乎完全一致.此外,由于比改进的五子样算法少一次叉乘和两次加法运算,而且仿真速度大约快14％,所以改进的四子样算法更值得推荐采用.