利用旋转双天线载波相位双差的欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测是防止卫星导航接收机被欺骗干扰攻击的前提。提出了一种基于旋转双天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机双天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行载波相位双差处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径和数据长度对检测性能的影响,并与旋转单天线和天线阵载波相位双差欺骗干扰检测方法的性能进行了对比。最后,通过蒙特卡罗方法进行了仿真验证,结果表明了该检测方法和检测性能分析的正确性。

天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术

针对采用单一发射天线的导航信号欺骗干扰,研究了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术,采用代数方法证明了三元非线阵是进行导航信号到达角无模糊解算的最少阵元数和阵型要求,并以相应阵型为基础,提出了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测量构造方法,给出了检测性能的分析方法,定义了用于限制检测性能下降的最小检测门限。采用蒙特卡洛方法对所提检测方法的检测性能进行了仿真,结果验证了理论分析的正确性。

伪距、伪距增量、载波相位双差/惯性深组合导航系统

利用滞后状态卡尔曼滤波将伪距、伪距增量以及载波相位双差同ＩＮＳ进行了深组合，仿真结果表明该组合导航系统不仅精度高，而且对解决惯导的对准问题具有突出的作用。

单基线载波相位双差定位、位置差分和单点定位的精度分析

GPS测量数据处理的经典方法中,载波相位双差是目前精度最高的处理方法,掌握GPS载波相位双差算法,是获得高精度成果的基本条件。论述载波相位双差定位的原理,并用实例来进行双差解算,与位置差分、单点定位结果相对比分析载波相位差分的结果,最后阐述双差中应该注意的几个问题。

基于小波分析的载波相位双差周跳检测

运用GPS载波相位双差测量法,可以非常精确地确定载体的姿态,而其中的关键因素之一是精确地测量双差周跳。为提高系统测量的可靠性与测量精度,在平差之前的数据预处理阶段诊断并找出周跳的位置,并给予修复,运用基于小波的载波相位双差的周跳检测方法以消除相关的误差项,从而提高测量精度。基于实测数据的试验结果表明:在选取合适的小波基时,该方法对周跳的检测非常灵敏。

GPS载波相位双差观测量随机模型估计的新方法

GPS载波相位观测量具有时间相关性、空间相关性和方差差异性，随机模型的准确确定比较困难，一般采用简化的随机模型。用MINQUE方法估计GPS观测量随机模型的方法比较严密，但计算工作量非常大。本文提出了一种适用于GPS载波相位双差观测量的随机模型估计的新方法，即在平差前将载波相位双差观测序列转化为平稳随机序列，应用平稳随机过程的方差及相关系数的估计方法，估计GPS载波相位双差观测量序列的方差及其相关系数。实算证明应用4～8min的观测数据可使GPS短基线固定解的精度提高10mm左右。

利用载波相位双差观测值探测与修复周跳

针对GPS载波相位观测值的特点,提出了一种利用双差改正,用多项式拟合与最小二乘法相结合的方法探测与修复周跳。由于载波相位双差观测值不仅消除了卫星与接收机的钟差,而且大大的消弱了对流层电离层的影响,所以对于小到1周的小周跳很容易被探测出来,通过实验证明了该方法的可靠性和有效性。

多方位测量的相位双差GNSS欺骗干扰检测算法

对于二元天线阵,相位双差检测算法的载波相位双差角度模糊、虚警概率较高,这限制了算法的应用。针对这一问题,提出天线阵方位变化的欺骗干扰检测算法。通过二元天线阵在不同方位估计信号的载波相位双差,进行多次判决,有效消除角度模糊,降低检测的虚警概率,实现二元天线的载波相位双差检测。建立仿真模型,并通过仿真计算分析验证了该方法的有效性。

利用零空间约束的GPS双差整周模糊度动态求解

针对非专用全球定位系统(GPS)导航型接收机,利用零空间约束动态求解GPS初始整周模糊度.对单个历元的双差载波相位观测方程进行零空间变换,避免了实时变化的三维位置参数求解;用精度衰减因子(XDOP)准则选取3个独立的双差整周模糊度,并根据GPS干涉仪测姿原理以基线长度来确定整周模糊度的搜索区间,通过基线长度约束进一步使搜索范围大大降低,模糊度最终采用多种检验方法联合确认.用Garmin25导航型单频接收机构成单基线,求解整周模糊度后在2-D平面上求解航向角,与航向参考对照后表明,采用该方法可在多个历元动态解算出整周模糊度,此时计算航姿精度可达到1°.

北斗导航系统移动基准站差分定位算法

针对复杂测量环境无法建立固定基准站及进行精密定位的问题,提出一种基于北斗导航系统的移动基准站差分定位算法,即基准站与流动站同时运动并实现高精度差分定位的算法。基于载波相位测量值,在动态短基线条件下,对数据进行站间和星间双差处理,消除接收机钟差以及其他公共误差。对多频观测值进行线性组合,构造双差载波相位超宽巷、宽巷、中巷及窄巷观测量。对上述观测量进行窗口滑动均值滤波并采用逐级模糊度确定法固定整周模糊度,即沿着从超宽巷到窄巷的顺序依次求解整周模糊度。为验证算法有效性,设计基于北斗导航系统的轨道外部几何参数检测仪进行实验,实现毫米级静态相对定位精度和厘米级RTK相对定位精度。

基于单天线航向测量的股道占用判别方法研究

随着北斗卫星系统的建设完成,以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下,精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提,对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义。针对传统的股道占用判别方法通常依赖于地面设备,易受到成本、复杂性和维护困难等因素制约的问题,研究利用低成本的单GNSS天线进行高精度的列车航向角测量。特别是在道岔咽喉区,计算单天线测量结果与数据库中列车航向的偏差,评估对不同股道的占用概率。为此,首先构建了载波相位星间差分与历元差分的双差分模型,消除了电离层、对流层、钟差、模糊度等一系列卫星定位误差源的影响;其次,通过扩展卡尔曼滤波估计相邻历元间列车的位移变化量,同时计算伪姿态坐标系下的列车航向;最后,基于航向角偏差进行列车的股道占用判别,并利用列车进出青藏线联通河站的实测数据对所提算法进行了验证,并结合轨道电子地图,判别列车占用正线/侧线不同股道的置信概率。实验结果表明:通过单天线解算列车航向角的误差均方根为0.111°,根据航向角偏差进行股道判别的模糊区距离减少了约50m,模糊区时间减少了约5s。仅通过单天线航向解算完成高精度的航向测量,并根据航向角偏差实现股道占用判别,可作为轨道占用的一种判别方式,具有一定的工程价值。

利用旋转天线载波相位双差进行欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测,是卫星导航接收机实施欺骗干扰抑制,防止产生错误定位、测速和定时信息的前提。提出了一种基于旋转天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行平动消除和非相关差分处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径、转速和数据长度对检测性能的影响,指出增加数据长度是提升检测性能的必然选择,并定义了比较全局检测性能和限制检测性能下降的检测盲区。最后,通过蒙特卡洛方法进行了仿真验证,结果验证了所提检测方法和检测性能分析的正确性。

应用选权拟合法建立单历元伪距和载波相位双差模型

本文根据选权拟合法的一个重要性质:只要被约束的那部分参数估值无偏,其余的参数估值也无偏;该性质说明利用选权拟合进行参数估计的结果是条件无偏的。这个不同于一般正则化解的重要特性可以建立单历元伪距和载波相位双差模型,并通过实例验证了该方法的可行性。

基于边长约束网平差的微型GNSS阵列高精度定位方法

针对目前全球导航卫星系统(GNSS)动态观测中存在短时间内难以得到较为精确坐标的现象,提出由相距极短的GNSS天线\接收机组成且空间分布已知的微型GNSS阵列定位的方法。载波相位双差观测可以消除载波信号中的接收机钟差和卫星钟钟差,对流层延迟误差、电离层延迟误差、卫星星历误差经过双差观测后也可以忽略不计,从而得到高精度的动态基线向量。本研究以经过载波相位双差观测后得到的高精度动态基线向量为观测量,并通过激光跟踪仪进行距离测量确定阵列天线之间的边长,以边长为约束,对微型GNSS阵列进行边长约束网平差,进而得到阵列中天线的精确坐标。结果显示:对微型GNSS阵列中所有独立基线的边长进行约束是所有约束网平差中精度最高的方案,微型GNSS阵列中的天线经过平差解算后比不添加约束的网平差的精度提高了20%以上。

一种新型惯性/GPS测姿组件安装标定方法

研究了惯性测量组件和GPS测姿组件安装偏差关系的标定算法,利用双差载波相位测量内蕴的矢量转换关系对安装偏差矩阵进行估计。首先,分析了双差载波相位观测方程,将其转换为已知GPS基线矢量和对应双差载波相位观测在惯性测量组件载体系中的投影,将安装偏差矩阵表示为矢量方程参数;其次,根据矢量方程特性,将其归结为Wahba问题,并利用QUEST方法对耦合噪声条件下的安装偏差矩进行最优估计阵;最后利用仿真数据和实验数据验证了标定算法,并与其他方法进行了比较。分析表明,标定算法在精度和鲁棒性上都得到了提高,有很强的实用性。

基于GNSS移动基线的列车完整性监测

为满足下一代列控系统(NGTC)采用车载设备实现列车完整性监测,尽量减少地面设备的要求,本文提出基于全球卫星导航系统(GNSS)移动基线的列车完整性监测方法.列车头部和尾部分别安装列首、列尾天线,通过星间及两天线的站间载波相位差分消除传播路径和钟差等误差的影响;实时解算移动基线长度,并将其与参考车长比较,实现列车的完整性监测.为评估所提算法性能,在京沈高铁进行实验.实验结果显示,基于移动基线的最大车长误差在0.5 m以内,相较于单点定位的最大1.3 m误差有明显提升.

惯性信息辅助的卫星导航欺骗检测技术

针对转发式卫星欺骗信号传播方向同真实卫星信号的差异,提出一种在惯性信息辅助下,利用载波相位双差观测量进行欺骗信号检测的技术。根据转发式欺骗的特点,推导欺骗条件下的载波相位双差观测方程。利用INS提供的姿态信息,建立载波相位双差与接收机天线基线矢量的关系。将载波相位双差观测值和预测值的差值作为欺骗检测的检验统计量。从故障检测的角度进行检测概率分析,当载波相位双差预测值达到0.3周时,假定虚警概率为0.01,可在单个测量历元内到达99.99%的检测概率。最后通过仿真分析验证了惯性信息辅助下欺骗信号检测的有效性。

采用激光陀螺/GPS的导弹组合定姿系统

采用激光陀螺确定导弹飞行姿态时,由于存在初始姿态误差及陀螺漂移,弹体的计算姿态有误差且随时间振荡。为了消除姿态误差和陀螺漂移并获得弹体姿态的最优估计,设计了一种组合定姿系统。该系统以GPS载波双差相位为观测量,用修正罗德里格斯参数(MRPs)描述姿态误差矢量,并以该误差的一阶微分方程为模型,采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)估计姿态误差和陀螺漂移并实时校正,进而得到弹体姿态的最优估计。仿真结果表明:在大的姿态、陀螺漂移初始误差条件下,该系统可准确、快速地估计导弹姿态,证明了其有效性。

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。

基于惯性信息辅助的北斗动动定位方法的研究

针对北斗动动定位中接收机信号易受遮挡导致无法实时准确定位的问题,对复杂信号条件下的动动定位测试进行了研究,提出了一种利用惯性信息辅助解算动态模糊度的方法,即一种将运动载体的惯导信息与北斗测量信息相结合,实现两运动载体之间精确动态相对定位的算法;通立基于载波相位双差的观测模型,采取融合滤波算法,讨论在不同卫星数目下的模糊度求解方法;在此基础上,利用实地车载试验完成了对上述组合定位方法的试验验证以及精度测试,事后着重对各历元数据进行解算,对定位精度、可用性进行了研究;结果表明,基于惯性信息辅助的北斗动动定位可用性指标变好,定位精度有一定的提高。