基于海上观测值的舰船导航信号滤波方法研究

为弥补单一数据源不足,并在不同航行环境下,确保导航信号的稳定性与可靠性,研究基于海上观测值的舰船导航信号滤波方法。在舰船导航中,基于纬度、经度、海流分量、航速、航向和角速度变化量等观测值建立了导航信号模型。利用改进量子粒子群优化算法,优化卡尔曼滤波算法的观测噪声协方差矩阵,以及舰船导航信号模型噪声协方差矩阵,得到改进卡尔曼滤波算法,结合舰船导航信号模型,获取舰船导航信号滤波估计结果。实验结果证明,该方法可有效滤波估计舰船导航信号,提升舰船导航信号质量;该方法改进后的舰船导航轨迹与期望轨迹非常接近,即改进后该方法的舰船导航信号滤波效果较优。

北斗卫星船载导航信号并行捕获算法

信号捕获作为实现北斗卫星船载导航的第一阶段,也是最重要的一环,为此研究基于北斗卫星船载导航信号并行捕获算法,在短时间内捕获卫星信号,为船舶提供高精度的定位和导航服务。建立北斗卫星导航信号模型,依据模型生成的北斗卫星导航信号,采用傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)算法以及快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)算法,通过并行频率搜索和并行码相位搜索分别将伪随机码相位、载波频移的二维搜索变成一维进行并行搜索,获取北斗卫星信号的伪随机码和载波频移,实现北斗卫星船载导航信号并行捕获。实验结果表明,该算法可以成功地捕获船载导航信号,并且捕获耗时短;对船载导航信号的载波频率估计误差小。

基于信道模拟的阵列导航信号模拟器设计

随着北斗三号卫星导航系统的开通运行,北斗导航终端已经在各行业得到广泛应用,针对北斗导航终端的测试将出现井喷式的发展。本文设计了一种基于信道模拟技术的阵列导航信号模拟器,可应用于批量导航终端的测试检验,相对于传统多频点阵列导航信号模拟器,具有设备构成简单、性价比高的特点,具有很好的灵活性和可扩展性,适用于导航终端研制对批量导航终端的测试检验。

基于SFT的卫星导航信号快速捕获算法分析

卫星导航接收机中捕获阶段的用时直接影响了接收机的首次定位时间(Time to First Fix,TTFF),许多场景对卫星导航接收机的捕获速度提出了更高的要求。基于稀疏傅立叶变换(Sparse Fourier Transform,SFT)的卫星导航信号快速捕获算法利用捕获相关值的稀疏特性,通过对输入信号进行混叠处理,优化捕获过程中相关运算的效率,减少运算量。对基于SFT的卫星导航信号快速捕获算法性能进行分析和仿真验证,仿真结果表明,与基于快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的并行码相位捕获算法相比,基于SFT的并行码相位捕获算法能大幅提高运算效率,减少运算量,具有一定的工程参考价值。

一种多模多通道导航信号模拟器的设计与实现

针对多模多通道导航信号模拟器实现难度大的问题,提出了一种多板卡通路并行且通路间信号同步方式实现多模多通道导航信号模拟器的设计方案。该方案设计有6个信号仿真通路,各信号仿真通路并行工作且包含独立的基带板卡、上变频板卡、合路器板卡。同时,不同信号仿真通路产生的导航信号同步。对模拟器进行了射频信号测试和定位测试,结果表明,该方案实现了系统的设计目标,可用于多模多通道导航信号接收机的研制验证以及GNSS信号体制的研究,具有广阔的市场前景。

基于卷积神经网络的空间导航信号自动抗干扰技术研究

由于空间导航信号在传输过程中易受其他信号的干扰,为此构建基于卷积神经网络的空间导航信号自动抗干扰模型。利用卷积层的局部过滤器,对输入的信号内积计算,将维数值传输至池化层局部求平均值,提取特征信号;对有用信号实施波束保形,使得在抑制干扰信号的同时保护有用信号,计算空间导航信号信噪比。由信道、天线阵面、自适应处理模块和组合定位系统构建自动抗干扰模型,实现对干扰信号的自动抑制。仿真实验结果表明,所提方法可对干扰信号精准估计,并将误差控制在最小,实现了确保有用信号不被破坏的前提下对干扰信号的有效抑制。

一种导航信号干扰源定位技术研究与实现

卫星导航下行信号到达地面站点时,强度比较薄弱,易受到干扰给用户使用带来一定影响。针对此情况,研究一种利用单天线和前方交汇法快速定位干扰源的方法。首先,介绍并对比信号测向体制,在此基础上,选取合适的高定向性天线用于技术实现;重点研究讨论架设天线点位的选取,并针对该定位方法结合信号电平和传输损耗的关系,推算出相应的定位算法;最后,以导航固定台站为例,通过搭建最简系统对干扰源定位方法进行实验验证。结果表明,观测距离在百米以内情形,定位精度达到了米级,定位方法实用,操作性强,快速定位干扰信号效果比较明显。

LimeSDR的低成本北斗三代导航信号模拟源设计

随着北斗三代卫星导航系统的建成,对接收机的需求也随之剧增。卫星导航接收机的研发与测试均离不开北斗三代导航信号模拟源。本文利用成熟的软件无线电(SDR)模块LimeSDR设计了一种低成本的北斗三代导航信号模拟源,可模拟生成北斗三代民用B1C卫星导航信号。该方案同时兼具成本低、体积小、携带方便、功耗低等诸多优点。

GNSS导航信号常见畸变产生机理及对测距性能影响分析

在全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)导航信号的产生、发射、传播和接收过程中各种环节的异常,都有可能对卫星信号质量产生影响。用户接收到异常信号后,会在一定程度上影响其位置、速度、时间(position,velocity,time,PVT)性能。开展GNSS导航信号监测评估,可以在第一时间及时准确发现异常并快速告警,确保GNSS用户,特别是民航、海事等涉及生命安全领域相关用户的高效、可靠使用。然而,针对GNSS导航信号的各种异常的综合监测评估,目前国内外尚无全面而系统的研究成果,因此无法进行实时或准实时的信号异常自动识别与分析。文中提出建立GNSS导航信号畸变模型库的理念,针对GNSS导航信号的产生、发射、传播和接收过程中各类信号异常,通过仿真分析和实测数据验证,建立一套较完善的数学分析方法,研究GNSS导航信号各类常见畸变产生机理及特点,并在此基础上,定性或定量地给出不同程度的信号畸变对信号质量评估以及对用户定位的影响。本文的研究成果能够为卫星系统故障自动识别与快速定位提供支撑材料。同时,还可为卫星星上信号产生方面的设计者提供参考,在信号设计和优化过程中提供依据。

基于导航信号的BiSAR成像技术

该文研究了导航卫星照射的BiSAR系统的成像处理技术,针对导航信号BiSAR成像所存在的特殊问题,利用直达波信号提取距离徙动参数并在方位时域实现了距离徙动的校正,通过多普勒补偿的方法解决了导航信号对多普勒敏感的问题,利用对直达波信号的相位历程进行高阶多项式拟合实现了对多普勒相位历程的精确近似,方位向通过去斜处理实现方位向聚焦。仿真数据和实测数据的成像处理结果验证了该算法的正确性。

2010年玉树7.3级地震前阿尔法导航信号场强异常分析

利用俄罗斯三个阿尔法发射站与中国两个接收站雅安和通海之间形成的6条链路,获取阿尔法导航信号监测仪的场强数据,针对2010年4月14日青海玉树7.3级地震开展了震例分析研究。发现玉树地震前3天4月10日10:30左右,主台—雅安链路和主台—通海链路f1频率的场强都出现了显著的负异常,持续时间约为15分钟左右,同时两组异常序列呈现较高相关性,分析认为异常可能来源于同一个低电离层扰动。通过对当日所有链路的数据与背景数据对比分析,发现东、西副台与雅安、通海链路的f1频率场强均无异常变化,进一步表明这次低电离层扰动在主台-雅安和主台-通海2条链路的有效探测范围中。此外,f2频率和f3频率在全部6条观测链路上均无明显异常,说明低电离层扰动区在f2和f3频率的有效探测范围之外。这些结果的综合分析为扰动源方位判识提供了一定的科学依据。本文采用的方法可以作为未来分析阿尔法监测数据提取地震异常的一种有效方法。

关闭部分导航信号阻止区域授时对全球定位授时性能的影响分析

在导航战中,在区域范围内阻止对手使用授时服务可通过关闭战区目标点的所有可见卫星信号来实现。以关闭部分导航信号阻止区域授时服务为例,描述了阻止区域授时服务的导航信号关闭仿真流程,提出了定位授时性能评估方法,并就关闭部分导航信号阻止区域授时服务对全球定位服务和授时服务产生的影响进行了分析讨论。仿真结果表明,关闭部分导航信号阻止区域授时服务会造成目标点周边地区的用户无法使用定位服务和授时服务,引起全球范围内定位精度的恶化,同时还会降低全球用户的定位可用性和授时可用性。

L1/E1/B1频段卫星导航信号跟踪抗多径性能仿真评估

针对卫星导航信号体制抗多径性能的分析需求,在论述L1/E1/B1频段(1575.42MHz)最新卫星导航信号体制的基础上,分别推导得到基于非相干超前减滞后处理和反正切鉴别器下的码跟踪多径误差包络和载波相位跟踪多径误差的解析表达式,仿真分析了接收机早迟码间距、前端预相关带宽和导航信号调制方式等设计因素对多径误差产生的影响。分析结果表明:为了提高抗多径性能,BDS的B1-C公开服务信号可采用类似Galileo E1OS组合方式的MBOC(6,1,1/11)调制;BDS的B1授权信号可建议优化为BOCcos(15,2.5)调制。

2015年11月4日太阳射电爆发干扰导航信号事件中的X射线先兆分析

太阳射电爆发是无线通讯特别是卫星导航通讯的潜在影响因素之一。2015年11月4日的太阳射电爆发事件在1415 MHz点频的流量达到了峰值5800 SFU(Solar Flux Unit,太阳射电流量单位,1 SFU=10^(-22) W/(m^(2)·Hz)),位于日下点的欧洲全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和瑞典的航空导航系统均受到了影响。分析了此次事件产生源活动区的X射线流量变化与射电流量变化之间的时间关系;通过比对,X射线的流量抬升时间较射电阈值有30 min的提前量。随后讨论了提前量之间的物理背景,即软硬X射线分别对应热电子和非热电子辐射,而非热电子是产生能够造成此类空间天气事件射电爆发的物理条件,X射线由软转硬的过程中流量的抬升变化,为进一步防控这类空间天气事件提供了一种有效的手段。

导航卫星导航信号频谱自动监测和判读软件设计

提出了一种导航卫星导航信号频谱自动化监测和判读软件设计和实现方案,该软件利用控制计算机通过通信端口控制频谱分析仪,进行分时设置各频点导航信号详细频谱参数。对频谱分析仪的显示屏幕进行屏幕拷贝、计算机机界面显示和自动保存,通过采集频谱分析仪的频谱数据,进行数据处理,得到每个频点导航信号在指定带宽内的通带功率,与预定的门限比较,超出门限,则判定异常,通过音箱,立刻发出报警声音,提醒相关人员进行及时处理。

基于GPU的高动态导航信号实时仿真生成

针对软件仿真高动态扩频信号实时性差的问题,通过分析扩频信号生成过程和分段插值运动模型,建立了一种高动态信号生成模型,由动态参数和当前时间计算瞬时伪码相位和瞬时载波相位,各采样点的计算彼此不相关,将仿真信号组织成多维的数据结构,利用GPU中大量的浮点运算单元并行计算,提高了信号仿真的实时性。仿真验证结果表明,基于GPU的分段插值多维并行算法仿真时长1s采样率100Msps的信号,仿真与传输耗时共计322ms,与CPU串行仿真相比加速约19.4倍,实现了高动态扩频信号实时仿真。

高精度轨道摄动模型在GPS导航信号模拟器中的应用

通过建立高精度的航天器轨道摄动模型,可以显著地提高GPS导航信号模拟器的仿真精度。文章通过借鉴现有的高精度轨道摄动模型的研究成果,将其产生的轨道数据引入到GPS导航信号模拟器的数学仿真流程之中,并对最终的仿真性能进行比对分析。结果表明:在采用所介绍的应用方法后,能够有效地提高GPS导航信号模拟器的工作性能。此研究结果也可为后续GPS导航信号模拟器产品的研制和开发提供参考。

“北斗”陆基增强系统导航信号源的分析与设计

导航信号激励器是无线电导航系统的关键设备。简要介绍了通过建立陆基增强系统来提高"北斗"定位能力的技术方案,并对陆基增强系统扩频导航信号激励器进行了详细的分析与设计。利用直接频率合成(DDS)技术产生高精度、高稳定度的码时钟,并利用AD9854芯片特有功能实现BPSK调制;采用CPLD器件设计扩频伪码产生器及扩频调制器。文中还着重讨论了各陆基导航台时钟同步的几项关键技术。实测结果表明:所设计实现的导航信号激励器精度高、稳定性好;并且BPSK调制实现了较好的载波抑制,隐蔽性好、抗干扰能力强。

可配置新体制导航信号生成方法及性能分析

对于需要模拟多元二进制偏置载波和交替二元偏置载波等新体制信号的多系统导航信号模拟源,传统的二进制移相键控或四相相移键控二值电平信号生成方法难以适应其复杂的信号结构。在对目前公开的主要新体制信号的信号结构进行分析后,提出了一种可配置的新体制导航信号生成方法。并以生成基带信号的幅度控制精度、时延模拟精度和存储资源消耗为约束条件,进一步对其中可配置基带数据查找表的幅度量化字长选取方法,以及相位截断误差进行了分析。最后通过仿真分析,验证了所设计信号生成方法的正确性。

无人机导航信号稳定跟踪方法

在复杂背景下易混入随机噪声,导致无人机导航信号检出率较低、跟踪误差较大。为此,本文提出了基于改进图像特征块匹配的无人机导航信号稳定跟踪方法。利用图像传感器、CCD摄像机等设备采集序列图像;采用Harris算法提取特征点确立匹配准则,选取估计量最优值完成特征点匹配;使用改进的图像模块匹配法计算目标模块与子模块的相似度,同时匹配当前模块与周期更新模块,在模块更新过程中获取无人机导航信号,实现稳定跟踪。仿真实验证明,所提方法对目标信号检出率为96%,跟踪距离误差处于-0.5~0.5 m。