eLoran全向磁天线的研制

随着卫星导航授时的广泛应用,星基系统本身脆弱易干扰的缺陷也随之放大,在抗干扰方面更为安全可靠的增强型罗兰(enhanced Loran,eLoran)系统成为当前对卫星导航授时备份和增强的主要手段。接收天线是罗兰接收机的重要组成部分,磁天线在罗兰系统的现代化改进中作用显著,相较于电天线,磁天线具有对沉积静电干扰不敏感、便于小型化等优势。基于此,文中设计和实现了一种eLoran十字形双回路全向磁天线。通过FEKO的仿真分析结果可知,该天线的远场方向图符合预期。最后,对研制的实物分别进行近场测试和远场测试。实测结果表明,研制的eLoran十字形双回路全向磁天线能够接收全向长波信号,90~110 kHz频率范围的平坦度≤1.35 dB,3 dB带宽在32~38 kHz之间。

针对eLORAN系统窄带干扰的权函数陷波算法

针对增强型罗兰(eLORAN)系统的带内干扰问题,该文基于陷波滤波器(NF)原理提出一种抗带内窄带干扰的自适应权函数陷波算法(WF-NF)。首先,该文分析讨论了NF算法在eLORAN系统中的适用性及检测频差引起的伪收敛问题;之后通过增加频差权函数,推导出新的WF-NF算法,解决了固有频差导致的陷波逻辑缺陷;随后,提出梯度跳跃收敛优化技术,改进了权系数收敛速度过慢的问题;最后,通过多种环境下的实验验证了算法的稳定性、多元适用性及实用性。分析结果表明,WF-NF算法能够克服检测频差的实际问题,实现高效的干扰跟踪及滤除,同时也可以补偿干扰检测精度,进而为后续的信号处理流程提供保障。

eLORAN技术及其应用

本文简述了eLORAN和传统罗兰c的区别，对国外eLORAN技术的发展概况做了介绍，并介绍了eLORAN信号接收处理和接收机技术，最后，对eLORAN的应用领域做了叙述。

eLoran噪声误差模型及产生方法研究

增强罗兰(eLoran)系统具备与全球卫星导航系统(GNSS)的互补性,使其成为最佳备份系统.接收机通过测量到达时间(TOA)进行定时与定位,噪声是影响eLoran信号TOA精度的重要因素,而噪声中高斯白噪声(WGN)又是普遍存在的.本文首先基于最大似然估计(MLE)方法推导了WGN下的TOA误差模型,其次采用线性同余法与Box-Muller变换对法相结合生成WGN,仿真分析了WGN的时、频域特性,最后利用产生的噪声模拟出TOA测量误差,并与理论TOA模型进行比较.结果表明:理论误差模型与仿真TOA值误差吻合,验证该研究的TOA测量误差模型和产生噪声的正确性,研究成果可为eLoran信号的TOA误差模型和模拟器中噪声产生提供参考,促进eLoran系统应用发展.

eLoran接收机的数字滤波器设计

根据eLoran信号的特点,采用内插结构FIR带通滤波器与LMS自适应滤波器相结合的方法,滤除eLoran信号中频带内、外的噪声和干扰。首先利用内插结构FIR滤波器抑制带外干扰,在直接FIR滤波器的基础上介绍插值滤波器设计方法,根据eLoran信号的频谱特性设计出满足要求的内插结构FIR带通滤波器,通过比较发现:在相同的参数下,插值滤波器比直接FIR滤波器节省了很大的阶数,在工程应用上有很大的优势,而且所要求的频带越窄,采样率越大,节省资源的百分比就越大。其次,采用LMS自适应滤波器可以很好地滤除频带内的干扰和噪声,从而有效恢复理想eLoran信号。

eLoran与导航安全

随着全球卫星导航系统(GNSS)的深度应用,其系统固有的脆弱性逐步凸显,引起国际社会的重视,建立强健的备份系统已成为国际社会的共识。本文通过一些实际案例,指出GNSS当前存在的一些问题,并结合当前国际相关观点和部分国家的政策,对GNSS系统备份方案的必要性和潜在方案进行探讨研究。

eLoran系统ASF网格应用算法研究

ASF网格是提高增强型罗兰(Enhanced Long Range Navigation,eLoran)系统精度的重要方法。根据所在网格四个顶点的附加二次时延(Added Secondary Factor,ASF)值通过网格应用算法得到待测试点的ASF值,一定程度上比公式计算的ASF值更准确。在计算过程中,用户四个顶点ASF值的测量误差会传递给用户,同时内插算法本身也会引入误差,此时内插算法的选择尤为重要。本文通过仿真、分析比较几种常用的内插算法,得出结论:反距离插值算法引入的误差最大,双线应插值算法引入的误差最小,而且误差呈现一定层次感,网格从内到外误差逐渐减小。

基于天波重构技术的eLORAN信号周期识别算法

针对增强型罗兰(eLORAN)系统在信号处理中的核心问题——周期识别,该文提出一种应对强天波干扰及低信噪比(SNR)等恶劣环境的联合算法。该方法首先在改进窗函数的基础上利用频谱相除技术估计信号特征参数,并根据大数理论的思想实现了天地波识别;其次,提出天地波时延差及幅度比的自适应2阶网格搜索匹配算法,在节省计算量的同时准确重构并去除天波;最后利用伪地波信号准确实现周期识别。仿真结果分析表明,该算法能够成功地克服现有技术中的一些弊端,实现小时延差及大强度天波干扰下的天波识别及分离,同时结合频谱相除技术的稳定性极大提高周期识别的正确率,进而为后续解调解码等流程提供保障。

基于双谱的eLORAN接收机干扰抑制方法研究

针对eLORAN导航定时接收机传统自适应滤波干扰抑制算法性能易受高斯噪声影响的问题,提出了一种基于双谱检测的干扰抑制方法。该方法采用双谱估计,在高斯噪声中检测出干扰信号,再用检测信号调节自适应滤波器的系数,完成系数更新,最终达到去除干扰的目的。理论分析与实验结果表明:双谱检测方法能够有效的抑制高斯白噪声,提取信号。基于双谱检测的干扰抑制方法,可有效去除和减轻干扰,特别是在强高斯噪声干扰的情况下,抑制干扰效果明显,解决了e LORAN接收机在强噪声下的干扰抑制问题,具有一定的推广和应用价值。

eLORAN系统的GRI组合设计研究

针对增强型罗兰(eLORAN)系统增补发射台站建设中的组重复周期(GRI)选择问题,该文主要从数学的角度出发,提出一种基于交叉干扰率的筛选算法。该算法首先考虑了最小可用组重复周期以及秒信息量的要求,并在此基础上通过比较与临近的罗兰C台站间的相对交叉干扰率进行1次筛选;之后通过排列组合进行两两比较并2次筛选;最后,综合考虑数据率要求、系统规范、无交叉干扰等条件,得到最优组重复周期组合。随后,鉴于新型eLORAN系统的高精度授时要求,在GRI最优组合中进行了优选。分析结果表明,该方法得出的优选组合的平均交叉干扰率与现有导航台链相当,同时可兼顾授时需求,可以为高精度地基授时系统建设提供参考性建议和理论依据。

增强罗兰授时差分站的时间统一技术

差分技术能将增强型罗兰授时系统微秒量级授时准确度提升至100 ns以内,原理是利用分布全国的差分增强站生成罗兰授时偏差修正量并实时广播给用户。授时偏差修正量的产生需要各差分增强站的时钟信号溯源至标准时间且保证与标准时间偏差小于10 ns(68.26%)。为满足这一工程建设需求,本文提出了一种基于标准时间复现技术的分布式节点时间同步方案,该方案具有低成本、高可靠、高精度、无人值守等工程应用特点,可以满足覆盖我国国土区域的应用需求。为检验该方案,建立了试验系统,在零基线、短基线和长基线等试验条件下均能获得与标准时间UTC(NTSC)偏差小于10 ns(95.44%)的信号,同时还能实时提供该信号与标准时间的偏差值,为系统完好性自主监测提供支持。

增强型罗兰信号非系统干扰测量误差模型研究

增强型罗兰(eLoran)系统中非系统干扰包括噪声和连续波干扰,两种干扰严重影响eLoran信号到达时间(TOA)测量精度和到达时差(TD)的测量精度,导致定时和定位精度恶化。为了建立非系统干扰对TOA测量误差的影响机理,定量分析干扰引起的TOA测量误差,论文采用最大似然相位估计方法和矢量分解方法,分别对eLoran接收信号中噪声和连续波干扰引起的TOA测量误差进行推导,建立测量误差模型;并通过模拟接收过程实现TOA测量和对模型进行验证。结果表明在信噪比大于6 dB条件下,噪声引起的TOA测量误差模型有效。在不同类型连续波干扰条件下引起的TOA理论测量误差模型与仿真结果相互吻合,可作为干扰引起的测量误差理论估算模型。

北斗卫星共视增强罗兰-C授时应用

介绍用北斗卫星共视技术增强罗兰-C导航系统与国家授时中心协调世界时UTC(NTSC)的时间同步和授时服务能力这对罗兰-C与北斗卫星两大自主导航系统相互增强进行组合定位、导航、授时(PNT)应用和对系统保障及国家安全十分有益。

国家综合PNT体系中的罗兰C导航系统

根据国际、国内构建国家综合定位、导航和授时(PNT)体系和国外增强罗兰(Enhanced Loran-C navigation system,eLORAN)技术及其应用进展情况,分析讨论罗兰C导航系统(远程、低频、脉冲相位距离双曲线导航系统)的eLORAN现代化进程,探讨采用分布式局域eLORAN监测差分站技术,获取并发送实时发播时间改正、系统信号完整性以及地波二次相位因子(ASF)改正等相关信息到用户终端,提升罗兰C导航系统的PNT精度及其服务品质。此外,特别提出研制用户终端的小型化、模块化、智能化、芯片化工作,对拓展国产罗兰C系统应用和建设国家综合PNT体系的重要性。

综合PNT体系之授时技术

基于“授时战”的概念,阐明了授时技术在综合定位、导航与授时(PNT)体系中的重要作用,分析了当前我国授时能力与军民用户需求存在的差距,以及未来综合PNT体系中授时技术的发展方向。结合我国综合PNT体系的建设需求,总结分析了卫星、长波、光纤、量子等授时技术的特点,并重点介绍了以长波和光纤授时为主要手段的地基授时系统,完成了实验系统的搭建,授时精度优于0.6ns。

增强罗兰导航授时系统应用及发展

依据国家未来建设综合PNT体系的需求,增强罗兰(eLoran)系统作为GNSS有效备份已具备信号高功率、强抗干扰性、地面系统易维护和服务高精度等互补特点。但我国eLoran建设进程和关键技术革新与国外相比较为滞后,因此,通过对当前各国eLoran系统建设现状的梳理,总结归纳了eLoran系统的主要关键技术,探究了国内eLoran系统发展存在的问题和与国外系统的差距。分析表明,国内系统现有服务性能指标仍有相当的提升空间,并结合当前国内系统发展特点提出未来eLoran系统发展的建议。

增强型罗兰授时发射机发播控制精度分析

发播控制精度是发射机的关键指标之一,决定着增强型罗兰授时系统的性能。通过对影响发播控制精度误差源的分解,理论分析发播控制精度能达到的性能为30 ns。通过对BPL长波授时台实际信号的测试,分析统计发播控制精度的实际性能优于11 ns,能满足现有增强型罗兰差分授时应用方案对发播控制精度的需求。

基于NAVDAT授时定位的可行性研究

评估了基于NAVDAT系统实现授时定位系统的可行性。首先,分析海事安保系统应用中,广播授时定位系统合并的重要意义;其次,回顾无线电授时定位原理,提出NAVDAT授时定位的方案;最后,论证利用NAVDAT实现授时定位的可行性,并进行初步的试验验证。

增强罗兰导航技术发展研究

增强罗兰(eLoran)是在罗兰C基础上发展起来的性能更优的远程无线电导航系统,介绍了近期增强罗兰导航技术在国外以及我国的发展情况,对增强罗兰导航技术中的发射技术、传播修正技术、差分高精度定位技术以及标准制定方面的最新发展情况进行了详细说明,推动了增强罗兰导航技术的发展和应用。