基于一体化表征公式的通导融合体系研究

为了从基础理论层面诠释通信导航融合的原理,为通信导航融合研究提供引导和理论支撑,从无线电传播的理论基础和代表性公式入手,综合考虑传输和测量2个核心要素,推导出通信导航一体化联合似然概率、信道容量、网络容量3个统一表征公式;以此为基础,选择了通信导航一体化波形并针对性设计了一体化接收机架构;提供了一体化系统架构和资源管理方案2个角度的一体化系统实现思路,最终构建了由一体化表征公式、一体化链路设计、一体化系统构成的通信导航融合体系。结果表明,所建构体系实现了数学机理、物理承载、应用实现3个层面的通导融合,描绘了通信导航融合的整体框架,涵盖了通信导航融合研究的主要领域,可为通信导航融合发展涉及的信号体制、交互协议、硬件设计等方面的研究提供参考和支撑。

天象一号导航增强信号设计与性能评估

从低轨导航增强的服务需求和能力出发,以满足与北斗信号兼容和互操作为原则,详细设计了低轨导航增强(LEO enhanced Positioning and Timing,LePT)信号的各项参数,给出了频点选择、链路预算、码型设计、调制方式、符号速率以及信道编码实现方式等详细描述。在信息帧内容编排方面,设计了满足精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)以及完好性服务的信息帧,为基于低轨卫星的高精度、高可靠定位提供了技术手段。针对低轨导航增强信号与北斗信号的兼容互操作进行了仿真分析,量化评估了LePT信号的测距性能,结果表明,设计的LePT信号可以满足天象一号卫星低轨导航增强系统的设计目标和要求。

一种多进制LDPC编译码器硬件的实现方法

多进制LDPC码比二进制LDPC码性能更加优异,但编译码算法较为复杂,近几年针对复杂的校验节点的更新计算多位学者提出了多种改进算法。提出基于查表法实现直接编码算法,以TMM译码算法为基础,对其译码性能进行Matlab仿真验证,基于硬件实现提出多个关键模块的优化设计方案,最终实现的编译码器资源消耗小、吞吐量大。应用结果表明,该方法实现的编译码器性能与仿真结果一致,设计方案正确、可行。

面向硬件实现的64进制LDPC译码算法研究与性能评估

北斗三号全球卫星导航系统下行信号中使用了64进制低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC)作为主要的信道编码形式,64进制LDPC译码复杂度较高,为接收机译码模块的硬件实现带来了挑战。针对这一问题,在传统扩展最小和(EMS)算法的基础上面向接收机硬件实现,提出了一种优化的译码算法。该算法在校验节点的运算中应用了前向后向-检泡(FB-BC)流水线处理方案,并对校验节点-变量节点间的变量传递存储机制进行了优化,降低了译码复杂度和硬件资源开销。针对(200,100)(162,81)(96,48)(88,44)四种编码长度,开发了参数可配置的四合一译码模块,搭建了软硬件测试环境,对北斗三号64进制LDPC的性能进行了仿真评估,提出了满足接收机需求的译码参数组合。验证结果表明,译码模块主要硬件资源占用仅占FPGA(XC7K325T)的5%,在60 MHz时钟、5 bit量化、10次迭代时,译码增益可以达到7 dB,同时吞吐率优于50 ks/s,可满足北斗三号接收机使用需求。

利用视觉信息辅助GNSS紧耦合定位方法

针对在复杂地理和电磁环境条件下,全球卫星导航系统(GNSS)信号易受到遮挡或者电磁干扰,往往无法正常地提供导航定位服务的问题,提出1种利用视觉信息辅助GNSS的紧耦合定位方法:将影像中世界坐标已知的特征点视作“视觉伪卫星”,利用共线方程求解相机近似坐标,再反算出相机至物方特征点的距离,与GNSS测距信号联合定位;利用相机进行远距离定位时近似坐标精度不高,通过联合GNSS信号可提升定位精度,另一方面视觉测距信号具有抗干扰的特性,深耦合定位可提升GNSS在复杂环境下定位的可用性。实验结果表明,紧耦合定位算法具有可行性,能够提升定位精度。

北斗导航系统中的信道编码研究

针对卫星导航系统现代化的需求,采用高效的编译码技术有利于提高导航系统的工作性能与可靠性。研究了BCH码、卷积码和低密度奇偶校验码(LDPC)这3种常见的信道编码,对其编译码方案进行了简要介绍,仿真比较了其编码增益,对不同参数配置下编码性能进行了分析与比对。依据仿真结果,综合编译码复杂度、电文设计等需求,提出了适用于北斗RDSS系统现代化发展的信道编码的方案,为北斗系统信号体制设计提供了分析思路和设计参考。

面向5G NR的动态拓扑高精度载波相位定位方法

为了在动态拓扑环境下实现高精度的定位,提出了一种适用于第5代移动通信新空口技术(5G NR)的载波相位定位方法。在动态拓扑环境中,接入点与终端的相对移动难以保证合理的几何布局,因此提出了一种基于几何精度因子的节点优选方法。考虑到动态拓扑的情况,建立了载波相位时域差分方程,以高精度估计位置的变化,并与到达时间差算法相结合,得到初步的位置估计。将这个初步估计作为泰勒展开的起点,使多个时刻上的方程组线性化,最终得出整周模糊度的解。仿真结果表明,基于节点优选的载波相位定位方法可在动态拓扑环境中实现高精度的整周模糊度解算和厘米级的定位精度。