复杂城市环境下的全球导航卫星系统/捷联惯性导航系统组合导航算法

针对复杂城市环境下,全球导航卫星系统(GNSS)信号出现频繁短暂失锁或拒止时,对GNSS/捷联惯性导航系统(SINS)组合导航系统的导航精度和鲁棒性影响较大问题,该文提出一种改进的因子图滤波方法。首先使用GNSS接收机内部参数构建信号误差鉴别函数,能实时估计出信号受多径干扰、遮挡等情况下的信号测量性能;同时利用载体运动约束条件构造零速修正因子,对GNSS拒止情况下的系统状态进行更新,避免系统导航性能极速下降。实验结果表明,改进的因子图方法相比经典因子图方法,在城市复杂环境下能提高定位精度63.50%和测速精度42.26%,同时也具有更低的存储量和计算复杂度,特别适用于城市车辆辅助驾驶导航设备中,对导航精度、硬件资源和实时性约束强的场景。

软件错误检测与纠正技术可靠性研究

基于信息冗余的错误检测与纠正(Error Detection and Correction,EDAC)技术是常见的系统级抗单粒子翻转(Single Event Upsets,SEU)的容错方法,软件实现的EDAC技术是硬件EDAC技术的替代方案,通过软件编程,在现有存储段上增加具有纠错功能的编码(Error-correcting Codes,ECC)来实现存储区错误的检测和纠正。分析了软件EDAC方案中,纠错编码的纠错能力及编码效率、刷新间隔、需保护代码量等因素对可靠性的影响,分析和仿真实验结果表明,对于单个粒子引起的存储器随机错误,提高单个码字的纠错能力及编码效率、增大刷新间隔对可靠性的影响不大,而通过缩短任务执行的代码量来提高刷新间隔,以及压缩需保护代码的总量,对可靠性有较大改进。分析结论能够指导工程实践中,在实现资源、实时性、可靠性之间进行优化选择。

基于一种交织码的多位翻转容错技术研究

随着技术的发展和核心电压的降低,存储器更易受瞬时错误(软错误)影响,成为影响航天器件可靠性的主要原因。错误检测与纠正(EDAC)码(也称错误纠正码)常用来对SRAM型存储器中的瞬时错误进行纠正,由单个高能粒子引起的多位翻转错误(SEMU)是普通纠一检二(SEC-DED)编码所无法处理的。提出了一种交织度为2的(26,16)交织码,该码由两个能纠正一位随机错误、二位突发错误的(13,8)系统码组成,(26,16)交织码能够纠正单个码字中小于二位的随机错误和小于四位突发错误(DEC-QAEC)。通过理论分析和硬件平台实验表明,该交织码在存储资源占用率、实时性相当情况下可靠性优于同等长度的SEC-DED码,能有效提高SRAM型存储器抗多位翻转错误的能力。

任意长度信息序列的CRC快速算法

CRC(循环冗余校验码)编码是数字信号传输中用得较普遍的一种差错控制编码.它不但可以用于纠正独立的随机错误,也可以用于纠正突发错误.CRC校验通常是靠专用硬件电路来实现的,但很多系统为了降低成本,常常利用单片机或微处理器编程来完成这一功能.因此,在器件处理能力有限的情况下,如何提高CRC校验软件计算的速度,是开发者最为关心的问题.

卫星导航接收机延迟锁定环鉴相器有限字长分析

码相位鉴别器作为延迟锁定环的主要组成部分,其性能直接影响了接收机伪码的跟踪精度。针对输入信号有限字长效应对鉴相器性能的影响,提出一种新的基于信号统计特性的分析方法,分析了归一化早迟幅度鉴相器输入信号有限字长对输出性能的影响。理论分析和仿真结果表明,字长效应在输入信号高信噪比下比低信噪比时明显,随着信噪比的增加,由有限字长导致的伪码跟踪精度损失将增加,而当输入信号采用4bit以上的量化时,字长效应对伪码跟踪性能的影响将可忽略。该结论可用于指导接收机低功耗小型化设计。

GNSS接收机离散化处理对解扩性能的影响

建立扩频信号防混叠滤波、采样、量化与解扩输出关系的数学解析模型,推导得到解扩输出信噪比的解析表达式。分析与仿真表明,当量化位数大于等于4 bit,解扩得到总的信噪比损失可以分解为由量化引起的损失和滤波加采样引起损失的乘积,且量化器最优限幅系数只与量化位数相关;当量化位数小于4 bit时,信噪比损失在一定条件下可近似为量化损失和滤波加采样损失的乘积。当量化位数大于4 bit、滤波器带宽大于5倍码率、采样频率大于4倍码率时,再增大上述参数引起的信噪比损失波动小于0.05 dB,对解扩性能提升不明显。该结论可为实用型全球导航卫星系统接收机前端离散化处理优化设计提供理论指导。

高斯信号的量化分析

由于器件的约束条件不同,在数字信号处理中通常要对AD采样后的信号进行量化处理,如何提高量化的性能是量化的关键。针对N(μ,σ2)高斯分布的量化信号,使用理论推导的方式,得到量化损耗与限幅门限的关系式,并推导出对应量化损耗最小的最优限幅门限公式,其推导方法同样适用于其他随机信号。仿真试验证明了该公式的正确性,结论可应用于工程实现。

卫星导航接收机鉴相器有限字长效应研究

卫星导航接收机跟踪信号的能力取决于锁相环的跟踪精度,相位鉴别器在锁相环设计中具有重要地位。针对点积鉴相器和二象限反正切鉴相器在输入信号有限字长效应下,对鉴相器性能的影响问题,建立了鉴相器有限字长误差模型。通过理论推导输入信号的统计特性,计算得到鉴相器输入信号均值和方差表达式,并分析了有限字长对鉴相器的均值和方差、收敛区间和鉴别增益的影响情况。由理论和仿真验证,得出了鉴相器在输入信号有效位数3比特以上时,对环路跟踪精度没有影响的结论。

基于卫星导航的军事职业教育课程群建设

北斗全球卫星导航系统的建成,标志着以北斗为核心的导航、定位和授时功能已成为我军武器平台的标准配置,卫星导航领域的职业课程建设对我军官兵岗位能力可持续发展至关重要。通过长期的调研与课程建设实践,该文系统地阐述了卫星导航课程群建设思路,包括课程目录、教学目标、教学内容、教学模式、教学效果反馈和评价的设置等,课程群的教学目标多级化,内容设置精准化,教学模式多元化,教学评价闭环化,做到因材施教因地制宜,进一步促进了卫星导航相关岗位官兵能力再升级。

新的GPS自适应阵的选星方法

提出了2种新的自适应阵选星方法:加权GDOP准则下的自适应阵选星方法给出了自适应阵选星的性能极限;为减少计算代价,提出近似加权GDOP准则下的自适应阵选星方法。这2种自适应阵选星方法的性能均全面优于常规GPS选星方法,不但定位精度有明显提高,而且干扰环境下的卫星信号可用率从40%分别提高到60%以上和90%以上。

实现定点DSP汇编层反正切函数的差分进化算法

基于差分进化算法,提出一种在定点DSP汇编层快速实现高精度反正切函数的方法,并对该方法在确定精度范围内的正确性和实时性进行了测试。与传统方法相比,差分进化算法求得的逼近多项式精度高、阶数小,设计出的反正切函数实时性远优于C库函数。同时差分进化算法还可以用于其它非线性数学函数在实时环境中的高效实现。

一种低复杂度高精度多路GNSS多径信号模拟方法

为了对GNSS信号多径抑制算法进行研究,需要采用GNSS信号模拟器对各种多路多径环境进行高精度的模拟。传统多径生成方法信号通道数量和控制复杂度会随多径路数线性增加,限制了模拟器对复杂多径场景的模拟能力。在对多径信号建模分析的基础上,提出一种基于固定阶数复数滤波器的低复杂度多路多径信号高精度模拟生成方法。理论上,利用该方法仅以单个通道就可生成上百路多径信号,从而克服传统多径实现方法在生成方式上的缺点,有利于实现对复杂多径环境的模拟。并从几种典型相干早迟码间隔跟踪环路输出S曲线和过零点偏差的角度对两者的一致性进行定量分析。仿真验证结果表明:所提方法产生的多路多径信号对信号时域波形和码相关峰产生的畸变效果与仿真产生的参考多径信号的畸变效果相一致。

一种静态优先级保序饱和分配算法

在通信、雷达、导航以及各种消费类电子产品等领域,嵌入式实时调度已逐渐成为电子电气系统的控制核心,成本与性价比都是设计者需要考虑的重要内容。实际应用中,系统能够支持的优先级数目是有限的,当任务数目多于系统优先级数目时,RM,DM等优先级非受限最优算法尽管已经不再适用,但是仍然可以作为任务的自然优先级来辅助系统设计。利用自然优先级先验知识,提出一种保序饱和分配算法,用于任意截止期模型的最优保序分配。进一步的研究表明,当所有任务周期不小于其相对截止时间时,DM保序饱和分配是最少优先级分配。本算法复杂度低,可调度的判定总次数等于任务总数,远低于AGP和LNPA。

接收机参数对北斗三号卫星伪距偏差影响研究

伪距偏差是抑制北斗系统服务能力提升的重要误差源,影响用户实时定位性能和卫星精密定轨处理.目前对北斗三号伪距偏差的分析研究与测量较少,文章首先从理论上分析了接收机的前端滤波带宽和相关器间隔对伪距偏差的影响,并对理论分析结果进行了仿真.然后在此基础上利用7.5 m大口径天线对北斗三号在轨卫星信号进行采集,使用软件接收机对卫星实测数据的伪距偏差进行测试验证,全面分析了前端滤波带宽和相关器间隔对北斗三号卫星信号伪距偏差的影响.根据理论分析和实测验证的结果,得到了接收机的相关器间隔和前端滤波带宽对北斗三号卫星B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差影响范围.研究表明,通过合理设置接收机相关器间隔和前端滤波带宽,可有效减小北斗三号卫星信号伪距偏差,提升用户定位精度.

基于VxWorks的实时通信模块设计

一种基于VxWorks操作系统的实时通信模块,以PC104开发板为硬件平台,软件基于VxWorks实时操作系统。利用以太网、ISA总线等通信方式实现内部信号处理模块与外部其他模块的信息交互。着重介绍了实时多任务的设计流程,设计实现了ISA总线方式的数据通信和单点对多点的网络通信模式。

优先级受限系统中可调度判定方法

在通信、雷达、导航以及各种消费类电子产品等民用和军事领域,嵌入式实时调度已逐渐成为电子电气系统的控制核心。针对同优先级任务使用FIFO调度的静态优先级系统,使用反例指出给定同优先级任务初始执行顺序的前提下,Katcher可调度判定条件的必要性不成立,提出并解析证明了FP可调度的充要条件。随机实验表明,对于高利用率下任务间执行时间差异较大的情况,约有15%的可调度任务集会被Katcher条件错判为不可调度。进一步的仿真和实例分析表明,Liu、Lehoczky、Bini等提出的条件不能判定相同优先级的情况,Katcher条件的必要性不成立,论文提到的条件能够正确判定任务集的可调度性。提出方法为实时系统调度的顶层设计提供了快速离线工具。

C6000系列DSP带加解密的bootloader研究与应用

在阐明C6 0 0 0的3种引导方式的基础上,针对应用最广泛的ROM引导方式,叙述了软件层高效实现带加解密的DSP应用程序二次加载的基本流程。进一步阐述了bootloader应用中,DSP应用程序格式的转换、Hex转换工具的使用、程序数据加解密、bootloader程序在ROM中的封装形式、以及利用仿真器更新bootloader程序和DSP应用程序等问题的解决方法。该成果已用于我国“北斗一号”

基于导航接收机的DSP外设存储器行进测试技术

针对电子系统中存储器的静态非链接故障,提出一种基于字的行进测试方法,用于检测所有的SAF、TF、AF、SOF、CFin、CFid、CFst故障。解析分析表明,该方法不仅能够检测出March-CW遗漏的<;>故障,而且在相同故障检测能力下,其运算量降为(11N+5v)/u+2N,优于M111的11N和March-17N的17N/u+10N(其中,N是存储器的字数,每个字为u比特,u=2v)。将该方法应用于某高端导航接收机DSP外设存储器故障实时检测,可以在数秒内完成兆字节容量的存储器测试。

基于ARM平台的嵌入式软件保护方案

基于ARM平台提出了一种软硬件结合的嵌入式系统软件保护方案。利用加密算法AES和FS8826安全芯片,以嵌入式实时操作系统VxWorks为例,在启动过程中加入认证、密钥读取和解密操作以保证系统的安全启动,并进行周期性定时认证。

窄带与脉冲干扰对卫星导航信号载噪比的影响

现代电磁环境日趋复杂,导航接收机受到各式各样干扰的风险越来越高,窄带干扰和脉冲干扰就是对卫星导航信号常见的压制干扰手段.不同的干扰信号具有不同的时频域特征,对卫星导航信号造成的影响也有很大差异,这种影响主要体现在信号的载噪比和误码率等方面.针对目前国内脉冲干扰的性能研究不足的现状,通过对比窄带干扰性能评估方法提出了适应于脉冲干扰的抗干扰品质因数计算公式.推导了脉冲干扰下在时域计算信号等效载噪比的方法,并对推导结果做了仿真验证,结果表明:不同占空比的脉冲干扰下,等效载噪比计算误差小于0.5 dB,结果较为准确.