基于北斗导航卫星信号的低轨卫星自主定轨（英文）

利用北斗卫星导航信号对低轨卫星自主定轨进行了研究。首先对卫星轨道动力学方程进行了推导,建立一个考虑地球J2摄动下的卫星动力学模型,并利用4阶龙格-库塔数值积分法进行轨道传播。选用北斗卫星导航信号的伪距和伪距率作为定轨的测量方程。然后,对北斗卫星可见星的个数进行了分析。最后,采用SRUKF算法对低轨CHAMP卫星轨道状态进行估计,并通过STK8.1生成仿真数据对SRUKF、UKF和EKF算法的跟踪性能进行对比分析。仿真结果表明,在跟踪过程中最少能接收到18颗北斗卫星信号,能够满足定轨要求。在相同条件下,SRUKF算法的跟踪精度优于UKF、EKF算法,SRUKF算法能减少89%的位置误差和90%的速度误差。     

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。     

基于自相关侧峰消除的北斗B1C快速高精度捕获算法

北斗三号播发的B1C信号采用二进制偏移载波(BOC)调制方式和10 ms周期的伪随机码,可以与现存L1频段上的导航信号共有载波频率,同时提高导航信号的跟踪精度和伪距测量精度.然而,BOC调制会带来相关函数多峰性问题,10 ms周期的伪随机码会极大增加信号捕获的计算量,影响捕获速度,同时长码的跟踪需要更小带宽的跟踪环路,...     

基于差分相关积分的北斗弱信号快速捕获方法

为了提高北斗接收机弱信号捕获灵敏度,解决数据比特跳变和NH码相位变化限制相干积分时间延长的问题,提出了一种基于复数型差分相关积分的北斗弱信号捕获算法。首先,在分析了北斗信号特点的基础上,对常用弱信号捕获算法进行数学分析;然后,设计了按照采样点进行延迟差分的复数型差分相关积分算法,采用正交采样方法获得复数型中频数据,利用FFT变换实现对码相位和载波频率的并行搜索;最后,利用软件接收机开展仿真验证,实现了5 ms、10 ms和20 ms的差分相关积分,积分后信噪比提升约7 d B、10 d B、13 d B。该算法极大地削弱了北斗信号比特跳变和NH码相位变化的影响,有效提高接收机弱信号捕获能力;采用基于FFT算法进行并行搜索,相比传统捕获算法极大地缩减了捕获时间,并适用于全部北斗信号和GPS信号,无需考虑GEO和非GEO导航电文的差异。     

室内伪卫星信号多径微观参数统计模型

针对伪卫星应用于室内定位多径微观参数传播特性未知的问题,综合考虑室内伪卫星信号体制特点及典型应用环境特征,结合已有的室内无线通信信号统计模型,提出了室内伪卫星信号多径微观参数理论模型。通过将室内典型环境下归纳统计得到的射线追踪确定性模型与理论模型相匹配,从仿真角度验证了理论模型的正确性。结果表明:多径延迟扩展模型符合瑞利分布,且多径延迟分布与伪卫星高度角相关;同时,伪卫星多径平均功率随延迟增加呈指数衰减。在办公区域中,多径生命周期覆盖0μs到0.3μs,且透射多径大多属于短寿命多径,长寿命多径分量属于反射多径。     

基于长时间差分相关/最大似然法的北斗信号位同步算法

北斗信号二次编码调制了速率为1 kbps的NH码,频繁的比特跳变将相干积分时间限制在1 ms,需要对信号实现位同步获得比特边缘信息和NH码相位信息。为了实现弱信号、大频偏条件下北斗信号的位同步,解决频繁比特跳变和大频偏对传统位同步算法的性能影响问题,提出了一种基于长时间差分相关的最大似然位同步算法。首先,采用差分相关运算去除剩余频率误差的影响,并将差分延迟时间设定为整数倍比特周期以去除NH码的影响;其次,基于最大似然函数进行差分相关后的相干和非相干检测,提高弱信号条件下的位同步检测概率。最后,采用蒙特卡洛仿真测试分析了载噪比为20~40 d B·Hz、不同频率误差的条件下,此算法与传统位同步算法的检测性能。结果表明在频率误差为50 Hz的条件下,传统位同步方法无法工作,本文提出的算法仍具备较好的检测性能。该算法能够有效地去除北斗NH码频繁相位变化对位同步的影响、减弱频率误差对位同步性能的衰减作用,以及通过相干/非相干累积获得弱信号能力,该算法适用于弱信号、大频率偏差条件下的北斗信号位同步。     

基于北斗卫星导航技术的惯性导航系统误差估计方法

导航定位精度的提升可以提高舰艇的航行机动能力。INS是舰艇航行时可以依赖的主要自主式导航装备，原理上存在的长时间积累误差决定了必须寻找有效手段加以补偿。通过对INS误差可观测性分析，可以看出增加不同种类的外部导航信息观测量，将有效提高INS误差修正能力。围绕这一问题，对基于北斗导航定位信息的惯性导航修正效果进行了分析，仿真说明该方法可以较好提高INS性能。     

抗差自适应模型预测滤波及其在组合导航中的应用

为了提高捷联惯导(SINS)/天文导航(CNS)/合成孔径雷达(SAR)组合导航系统的定位精度,在吸收模型预测滤波和抗差自适应滤波算法优点的基础上,提出了一种新的抗差自适应模型预测滤波算法。该算法首先利用模型预测滤波估计出系统模型误差,并对其进行实时修正,以抑制系统模型误差对导航解算精度的影响;然后利用抗差自适应因子控制观测异常,抑制观测噪声对导航解算精度的影响。将提出的算法应用于SINS/CNS/SAR组合导航系统进行仿真验证,并与抗差自适应滤波进行比较,结果表明,提出的算法得到的姿态误差、速度误差和位置误差分别在[0.2,0.2]、[0.3m/s,0.3m/s]和[6 m,6 m]以内,滤波性能明显优于抗差自适应滤波算法,说明该算法能有效抑制系统模型误差及观测异常对导航解的影响,提高组合导航的解算精度。     

INS辅助的GNSS欺骗干扰辨识与抑制方法

GNSS欺骗干扰已经成为导航装备应用中面临的重要威胁之一。现有的基于INS/GNSS组合的抗欺骗算法大多只进行欺骗检测,不能恢复正确的定位结果。针对该问题,将多径抑制算法中的Multi-correlator结构用于真实信号和欺骗信号的参数估计,利用INS短期精度高的特性,实现欺骗信号的辨识。然后将辨识结果反馈跟踪环路抵消欺骗信号,保证接收机跟踪环路始终锁定真实卫星信号。最后,在INS/GNSS组合导航解算过程中引入抗差卡尔曼滤波算法,减小参数估计和辨识结果中粗差对定位结果的影响。利用公开数据集进行试验测试,欺骗干扰条件下定位误差由600 m降为10.0 m,而且在GNSS信号中断90 s重新恢复后,所提算法依旧能够实现欺骗信号的辨识和抑制。试验结果表明所提算法能够保证接收机在欺骗条件下锁定真实卫星信号,连续输出高精度的导航和授时信息。     

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。     

基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合导航系统

由于北斗卫星所处轨道远离地球,无源北斗接收机输出伪距的误差较大,影响了与惯导进行伪距组合时的滤波定位效果。考虑到无源北斗伪距误差建模复杂,且Kalman滤波要求误差模型准确,作者研究了采用单机伪距差分的方法减少滤波量测值误差,通过理论分析建立了基于伪距差分的三星无源北斗/SINS组合模型。跑车试验表明,该组合导航算法可有效提高系统的定位精度,并具有滤波参数调整简单的优点。     

伽利略卫星导航系统的初步性能评估

伽利略卫星导航系统是由欧盟和欧洲航天局联合打造的全球卫星导航系统。基于MGEX全球数据监测网的实测数据,对伽利略卫星导航系统的观测数据质量、单点定位和精密单点定位性能展开了评估。评估结果显示:目前伽利略系统导航卫星数较少,尚不具备全天时导航定位能力;伽利略系统多路径误差大小量级为分米级,E5频段信号的多路径效应最小,而E5b频段信号的多路径效应最为严重;一般情况下伪距单点定位平面精度可达5 m以内,高程精度可达10 m以内;动态精密单点定位平面精度可达5 dm以内,高程精度可达5 dm以内。     

基于惯导及声学浮标辅助的水下航行器导航定位系统

针对纯惯导系统误差发散和无线电信号在水下衰减快从而无法精确定位的问题,设计了一种基于声学浮标辅助惯导的水下定位系统,该系统由惯导系统和声学定位系统组成,其中声学定位系统由若干个浮标构成水听器阵,浮标的经纬度坐标由GPS提供,浮标完成对接收到的声源信号的处理,利用互相关测时延差的方法来进行定位。由于水下噪声、混响等因素会造成接收到的多路声信号出现模糊互相关峰,因此对接收信号应进行频域加权处理。最后利用声学系统的定位信息来校正惯导的误差。仿真结果表明:与基本互相关方法相比,加权处理能有效提高时延差的精度,所提出的惯导和声学浮标辅助设备导航系统能够使定位误差小于2 m,保证了水下航行器能够长时间在水下航行。     

基于BDS的导弹脱靶量数据处理方法

研究利用导弹过靶前的测量数据解算脱靶量参数。针对导弹过靶时刻BDS(北斗系统)不能定位和测量数据丢失等问题,采用最优滤波平滑处理技术,建立过靶瞬间弹道外推数学模型,对导弹飞行轨迹外推,获得过靶时的完整弹道参数。为解决靶船上合作目标部位不一致问题,利用导弹射向、弹道偏角、靶船航向信息和靶船上BDS天线相位中心相对于角反射体中心的位置,对合作目标部位进行修正,解算相对于角反射体中心的脱靶量参数。通过建立过靶痕迹方向判别坐标系,利用脱靶量参数,判别导弹过靶痕迹方向性。测试数据处理结果表明该方法精度高,脱靶量精度达到0.5 m。     

基于北斗差分定位的炮载惯导外场标定

针对炮载惯导设备在外场标定过程中依赖固定基准点的问题,提出了一种基于卫星差分定位的误差标定新方法。该方法将北斗天线的安装误差、惯性器件的失准角以及安装误差等角度误差统一归为非对准误差。首先利用北斗测姿技术提供姿态基准,粗标出上述误差;精标阶段采用卫星差分技术来提供高精度位置信息,完成误差角的精确标定。多组标定结果与传统工厂标定方法结果相差均在0.3mil以内,达到了较高的精度。该方法不仅回避了对固定基准点的依赖,而且避免了滤波带来的繁琐过程,即能保证长时导航的精度,又提高了标定的实时性。     

一种改进的速度加姿态匹配快速传递对准算法

给出了一种针对工程应用的改进快速传递对准算法。推导了速度及主子惯导z轴安装误差角量测构造方法,给出了基于速度加z轴安装误差角量测的降阶快速传递对准滤波器模型。通过仿真测试了降阶滤波模型的对准性能。最后利用协方差分析方法针对性分析了航向误差对主要未建模误差的敏感程度,结果显示:摇翼机动条件下30 s时航向误差收敛到0.1°内,航向误差主要受主惯导航向误差及z轴挠曲变形的影响,对主惯导数据时间延迟不敏感。该方法兼具传统速度加姿态匹配算法的优点,又避开了其在摇翼机动时对时间延迟、挠曲变形敏感的缺点。     

基于北斗信号辐射源的无源雷达定位技术

外辐射源无源跟踪对提高区域防御系统的生存能力和反击能力具有重要的军事意义和实用价值。近年来,基于星载辐射源的无源雷达探测系统受到广泛关注。在选取北斗卫星信号为研究对象的基础上,首先从模糊函数和雷达探测距离方面重点分析了北斗信号作为无源雷达辐射源的实用性。然后研究了一种基于时差测量的多发单收型无源雷达定位系统,并给出了解算目标位置的总体最小二乘算法。最后对该系统下的定位算法和定位精度进行分析,仿真结果表明在相同条件下,总体最小二乘算法能减小近50%的定位误差,且误差波动范围明显减小。     

一种改进的水下三阵元辅助惯导系统的定位算法

针对水下惯导系统定位误差随时间发散的缺陷,设计了一种基于DVL、声学定位辅助惯导的组合导航系统。声学定位系统由安装在水下潜器上的换能器阵和布放在海底的三阵元定位基阵组成,传统长基线定位水下至少要布放四个阵元,三个阵元无法直接定位求解。根据三阵元测得的距离信息和惯导系统输出的位置信息建立距离耦合模型,给出了惯导、DVL和声学定位系统的状态方程和量测方程;同时针对水下声速垂直分布特性,提出了一种等效声速的修正方法。仿真结果表明:在三阵元定位基阵作用范围内,组合导航系统能有效修正惯导位置误差,定位误差小于4 m,具有良好的适用性。