基于极值理论的地基增强系统完好性评估方法

针对地基增强系统(Ground Based Augmentation System,GBAS)完好性风险事件的极端性而导致的无法通过风险事件发生频率评估系统性能的问题,提出一种基于极值理论的GBAS完好性评估方法。根据机载端(位置域)输出的位置误差和保护级计算安全系数,并利用区间极大值模型对安全系数进行建模描述以获得其分布模型;利用极大似然法估计安全系数模型参数,进而利用模型外推法计算GBAS完好性风险值。给出GBAS完好性评估流程,并利用GBAS系统进行了验证实验。研究结果表明:对于C类GBAS进近服务而言,基于全球定位系统(Global Position System,GPS)增强GBAS和基于北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)增强GBAS可用性均大于99.9999%;对于F类GBAS进近服务而言,BDS GBAS可用性能要优于GPS GBAS;根据7 d观测数据外推得到的GPS GBAS垂直和侧向完好性风险值分别为4.557×10^(-8)/进近和5.152×10^(-8)/进近,BDS GBAS垂直和侧向完好性风险值分别为1.612×10^(-7)/进近和1.823×10^(-7)/进近,满足航空器终端区I类进近与着陆导航性能需求。

基于FPGA的高速Aurora接口通信系统设计

在通信领域和电子工业应用中板级间的高速传输接口设计一直扮演着重要的角色,基于在工程实践中经常要解决高速串行数据传输的问题,设计了一种基于FPGA的实用高速接口通信系统。系统采用Xilinx公司的Kin-tex-7系列芯片,提出一种基于Aurora 64b/66b IP核的高速数据传输方法,详细介绍了Aurora 64b/66b IP核的结构与功能,实现了Aurora 64b/66b IP核的四路10G高速通信,系统通信速率可达40Gbps,并进行了高速接口传输模块设计和连通性功能仿真。

基于改进自适应IMM算法的高速列车组合定位

针对列车高精度定位问题,该文提出基于改进自适应交互多模型(IMM)的高速列车高精度组合定位方法。首先,根据列车定位需求和各传感器特点,设计了卫星接收器、轮轴测速传感器、测速雷达以及单轴陀螺仪4种传感器的组合定位方案。然后,针对IMM融合滤波算法因先验信息不准导致固定参数设置不当的问题,引入Sage-Husa自适应滤波和转移概率矩阵(TPM)自适应更新集成为自适应IMM算法。针对多模型切换的滞后问题,利用子模型似然函数值能快速反映模型变化趋势的特点,将似然函数值设为判定标志,并引入判定窗对TPM矩阵元素进行修正,有效提升了模型的切换速度。最后,基于改进自适应IMM算法对4种传感器定位信息进行融合滤波,实现高速列车的高精度组合定位。仿真结果表明:改进后的算法相比其他自适应IMM算法提升定位精度1.6%~14.7%,并且能通过提高模型间切换速度来有效降低位置误差峰值,同时具备较好的抗噪性能。

月球导航星座轨道的地球GNSS可见性评估

随着月球探索进入一个新的时代,为确保未来月球任务的实时高精度定位,大幅提高登月航天器的自主性,且减少对地球基站的依赖,选取合适的轨道构建月球导航星座,并且实现月球导航星座与地球GNSS的通信链路同步尤为重要。为评估月球导航星座轨道中卫星接收GNSS信号的性能,首先对椭圆形月球冻结轨道(ELFO)、近直线晕轨道(NRHO)、顺行圆形轨道(PCO)和低月球轨道(LLO)4种轨道进行仿真。然后基于天线方向图等指标仿真了GNSS卫星信号,并依据主旁瓣波束宽度和载噪比等仿真结果评估了4种不同轨道卫星对GNSS的可见性。结果表明,NRHO和ELFO对GNSS星座有较好的可视效果,最高可见时间占比达99.57%,保障了绝大部分时间内能够稳定接收GNSS信号,有助于实现月球导航星座轨道卫星的轨道和时钟校正,并保证轨道的定位性能。

全自动精密进近引导与传输技术研究

全自动着舰是保障舰载机着舰安全性和提高出动率的关键手段,分析了外军舰载机全自动着舰引导及传输系统发展及应用情况,研究了海上母舰动基座、复杂电磁环境下的应用需求,突破了抗干扰条件下的卫导高精度测量、动基准差分卫导相对定位、低时延高可靠传输等相关技术,提出了基于差分卫导与新体制着舰数据链相结合的全自动精密进近引导与传输系统综合解决方案。通过原型系统研制和典型环境下的测试验证,证明了原理的可行性,技术指标在双动状态下相对定位精度达分米级,传输时延达毫米级,与国外技术水平相当,可为无人机起降着陆及舰载机自动着舰相关装备研制提供重要参考。

基于视向矢量修正的铱星机会信号多普勒差分定位技术

低地球轨道(LEO)卫星机会信号定位技术是全球导航卫星系统(GNSS)的有效补充和备份定位手段。LEO卫星机会信号定位误差主要因素是具有时空相关性的卫星星历和星钟误差,差分定位方法虽然可以有效降低该误差,但LEO卫星轨道较低使长基线定位误差仍然较大。针对这一问题,提出基于视向矢量修正的多普勒差分定位算法。通过仿真试验验证了在长基线情况下所提算法的定位精度明显优于基本算法,同时利用实际铱星信号多普勒差分定位试验验证了所提算法的有效性。

非视距环境下核密度估计的全球卫星导航系统鲁棒定位方法

非视距(NLOS)传输会引起全球卫星导航系统(GNSS)接收机的伪距测量误差,最终导致定位解出现较大误差,这一问题在城市峡谷等复杂环境下尤为突出。针对该问题,该文提出核密度估计的鲁棒定位方法,其核心思想是在定位解算中引入鲁棒估计来缓解NLOS的影响。考虑到NLOS引起的伪距观测误差偏离高斯分布,所提方法首先利用核密度估计(KDE)方法估计伪距观测误差的概率密度函数,并利用该概率密度函数来构造鲁棒代价函数用于导航解算,从而缓解NLOS引起的定位误差。实验结果表明所提方法在卫星存在NLOS传输时能够较好地减小GNSS的定位误差。

多分量LFM干扰及动态环境下DBOC信号的捕获

针对双二进制偏移载波(double binary offset carrier,DBOC)信号在多分量线性调频(linear frequency modulation,LFM)干扰和动态环境下捕获算法缺乏的问题,提出布莱克曼窗预处理结合分数阶傅里叶变换(fractionalFouriertransform,FRFT)的干扰抑制算法以及离散多项式相位变换(discretepolynomial-phase transform,DPT)、部分匹配滤波器(partial matching filter,PMF)结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)加频谱校正的捕获算法。该算法首先对接收信号做布莱克曼窗预处理,抑制干扰谱线输出旁瓣,提高干扰汇聚的精确性;然后利用分级算法快速搜索信号的最优阶数,在保证精度量级的条件下减少了运算量;最后,在对应的最优阶数下做FRFT,结合干扰判断和轮询算法,逐个完成多分量LFM干扰的抑制。对干扰抑制后的信号首先利用定阶算法确定其动态阶数;然后通过DPT对动态信号做降阶处理,去除动态项;最后利用PMF-FFT加频谱校正完成DBOC信号的捕获。仿真结果表明,所提算法能够准确并完全地对三个LFM干扰分量进行逐个抑制,且抑制后的干扰分量不会对其他干扰分量的抑制造成影响。在检测概率达到1时,经过布莱克曼窗预处理后算法的信噪比比经过汉明窗预处理和经过凯塞窗预处理后算法的信噪比分别提升了4 dB和6.4 dB,比未经过预处理算法的信噪比提升了7.2 dB。此外,使用频谱校正可以突出捕获峰值,提高捕获精度。与未经频谱校正算法相比,经过频谱校正后算法的信噪比提升了1.6 dB,且能减少一定的捕获时间。

一种星座遮挡场景下的GNSS接收机选星策略

GNSS接收机在城市、密林和峡谷等环境下工作时,卫星信号受遮挡严重,造成星座残缺情况。针对北斗卫星导航定位系统中传统的最大四面体体积法不能有效反映遮挡情况的问题,提出了一种基于几何精度因子(Geometric Dilution Precision,GDOP)值分析的新型选星策略。设置高度角阈值,在满足阈值条件下结合卫星高度角、方位角,分析几何布局,通过构造最大四面体体积选出参与定位解算的卫星组合。经计算机仿真验证分析得出,在星座遮挡场景下该算法相较于最佳GDOP算法计算量减少了95%以上,相比最大四面体体积法性能提升了2.62 dB,在保证定位精度的同时实现了准确快速的选星,具有良好的性能和可行性。

微型组合导航SIP芯片的PDN电热协同仿真与优化

随着SIP芯片逐步小型化和集成化,导致芯片对PDN的直流压降、电流密度以及系统的温升控制要求越来越高.本文通过改变载流导体的面积来改善直流压降和电流密度过高的问题,同时针对芯片温升研究通过合理优化热过孔阵列的孔径、过孔数量以及镀铜厚度来减小热阻以达到控制芯片温升的目的.仿真结果表明,增加载流导体的面积能有效降低直流压降和电流密度,且还留有很大的裕量;而热过孔阵列的合理布局能有效控制芯片温升,从而提升了芯片的功能和可靠性.

空频抗干扰对GNSS载波相位测量的影响

对于全球导航卫星系统(GNSS)的抗干扰,最有效的是采用自适应天线阵技术,但这种抗干扰处理会引入与信号入射方向相关的载波相位测量偏差,限制了其在高精确度测量领域的应用。为减小抗干扰处理的偏差,引入测量偏差及其分析方法,建立仿真模型,并搭建软件接收机进行实验。结果表明,在不增加额外约束的条件下,采用空频最小方差无畸变响应算法实现空频抗干扰处理器,不会引入载波相位测量偏差,非常适用于对抗干扰性能和测量精确度均有苛刻要求的场合。

基于变分贝叶斯算法的多模型车载组合导航算法

在行车过程中强机动引起全球卫星导航系统(GNSS)量测噪声产生野值,表现出厚尾特性导致常规状态估计精度下降的问题,为此提出一种基于变分贝叶斯的SINS/GNSS组合导航信息融合方法。构建车载组合导航系统模型,采用Student’s t分布对量测异常情况下噪声建模,并用变分贝叶斯的方法对系统状态和隐变量进行求解,实现对模型参数的后验估计。针对城市行车存在GNSS测量失效的问题,利用交互式多模型算法实现了GNSS量测中断情况下的SINS/GNSS和SINS/OD子系统的动态交互融合。通过跑车实验进行验证,实验结果表明,所提算法可有效抑制GNSS量测野值噪声对SINS/GNSS/OD组合导航系统的影响,与传统交互式多模型算法相比,具有较高的精度和鲁棒性。

PMF+双门限Tong检测的北斗B1I信号捕获算法

针对传统Tong检测算法检测时间长、漏警概率大的问题,提出将PMF+双门限Tong检测算法应用于北斗B1I信号的捕获中。首先,将射频前端模块处理得到的中频信号下变频至基带,对基带信号进行降速等预处理;然后,利用部分匹配滤波(PMF)算法计算相关值,通过PMF算法将数据信号分成几个均等片段,对每一段信号都分别计算相关值,会出现三组具有同相位的相关结果;最后,利用双门限Tong检测算法对PMF算法计算得到的相关结果检测,达到捕获B1I信号的目的。仿真结果表明,利用该算法捕获北斗B1I信号,有效提高了捕获时的检测概率并缩短了检测时间,提高了捕获B1I信号的速度。

高动态卫星导航信号多普勒频率模拟方法

针对卫星导航信号模拟源在高动态场景下对多普勒频率模拟难度较大的现状,提出了一种基于相位重置的三阶DDS导航信号模拟算法。该方法从卫星与接收机之间的相对运动物理模型着手,建立了一种基于数字电路的三阶DDS模型,可有效地模拟出高动态场景下导航信号中含高阶项的多普勒频率。此外,通过对三阶DDS模型中关键参数进行相位重置以避免累计误差。在计算机中进行仿真,其结果表明在速度为10000 m/s,加速度为1000m/s^(2),急动度为1000 m/s^(3)的高动态场景下,该算法相较于传统算法多普勒频率模拟精度提升了31 dB,且不会因急动度增加导致精度恶化,多普勒频率模拟精度可达-36 dB或更高。说明该方法在高动态场景下可精确地模拟导航信号的多普勒频率,且具有一定的鲁棒性。

基于PMF-FFT的北斗B2a信号捕获算法研究

为了对北斗三号B2a信号进行快速且准确地捕获,提出了一种基于PMF-FFT的捕获算法。首先,通过建立数学模型,分析了PMF-FFT算法的特性;然后,对PMF分段长度、FFT运算点数、相关积分时间、非相干积分次数和判决门限等参数的选取进行了详细地分析;最后,利用Matlab工具对PMF-FFT捕获算法性能进行了仿真与分析,验证了算法的有效性,为算法的实现解决了首要问题。

三维体声波滤波器芯片电-力-热耦合建模与仿真

为了直接、高效地建模和分析实际复杂的三维(3D)体声波(BAW)滤波器结构电-力-热耦合效应,文章采用一种基于有限元方法的电-力-热耦合算法。首先,建模BAW滤波器的3D几何模型,设置几何结构内部的材料属性以及材料参数。其次,构建基于有限元(FEM)算法的固体力学和静电场耦合的电-力耦合算法。然后,在电-力耦合算法基础之上考虑BAW滤波器内部由于压电材料在工作过程中机械损耗产生的热耗散问题,建立直接求解的电-力-热耦合算法。该电-力-热耦合算法使用COMOSL软件内部的一种新型自主化的画网格技术。最终,得出一个工作带宽在2.27~2.44GHz,带内损耗在3dB以内,带外抑制在-20dB以下的BAW滤波器内部电-力-热耦合仿真结果。

基于遗传算法的导航源部署算法

区域导航系统是重要的卫导备份和增强手段,由于导航源与用户距离较近,导航源的几何分布对区域导航系统性能影响显著。为了提高区域导航的定位精度,基于遗传算法研究导航源的部署方案。首先对导航源部署位置进行编码,设计能体现几何因子优劣的适应度函数,选择合适的选择算子、交叉算子和变异算子。然后遗传进化得到导航源部署位置。仿真结果表明,提出的方法在服务区域、部署区域和导航源数量变化的情况下,可以快速得到满足要求的导航源部署位置,能够解决实际场景中导航源部署位置的问题。

基于锁频环辅助锁相环的载波跟踪方法研究

载波跟踪的目的是尽力使复制的载波信号与接收到的信号保持一致,从而能够很好地剥离卫星信号中的载波。因此,载波跟踪环路的跟踪精度很大程度决定了最后的定位测量精度。考虑到卫星等载体的高动态性带来的多普勒频移,跟踪环路需要同时具有较好跟踪精度和动态性能。因此,环路需要同时利用锁频环对信号具有较好的动态适应性和锁相环对信号具有较好的跟踪精度的特点。首先分析了锁频环和锁相环的原理,基于此采用了基于阈值调整的二阶锁频环辅助三阶锁相环的方法,最后利用Matlab对该算法进行仿真。结果表明跟踪环路能够较快地对信号进行跟踪的同时也具有较好的跟踪精度。

基于协方差交叉融合的多传感器数据融合研究

为提高多传感器数据融合的精度和速度,结合凸组合融合算法与协方差交叉融合算法,并采用果蝇优化算法优化协方差交叉融合算法的融合系数,提出一种改进协方差交叉融合算法,实现了多传感器数据的快速、精确融合。仿真结果表明,所提算法在x轴和y轴上的数据融合均方根误差约为3 m,融合的时间约为0.44 s,相较于多贝叶斯估计、模糊聚类、极大似然估计等数据融合算法,具有明显优势,提高了多传感器数据融合的精度和速度。

卫星导航欺骗干扰检测与抑制技术综述

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)欺骗式干扰具有隐蔽性强、危害性大的特点,对GNSS造成了严重的安全威胁。介绍了生成式和转发式欺骗干扰的原理和关键技术,总结了现有的欺骗式干扰检测方法和抑制方法,并从成本、性能、复杂度、研究重点等方面对现有技术进行了详细分析。以性能和成本为指标,对比分析了现有干扰攻击、检测和抑制方法。最后,对未来欺骗式干扰防御研究值得关注的问题进行了展望,以期为后续研究提供思路。