高动态条件下SINS辅助GNSS信号捕获的性能分析

采用SINS辅助GNSS信号捕获是提高GNSS接收机动态性能的有效方法。针对SINS辅助信号捕获过程中SINS误差本身受动态特性影响的问题,考虑高动态条件下SINS的运动相关性,分析了SINS辅助卫星信号捕获的性能。基于SINS辅助卫星信号捕获原理,利用SINS速度误差方程,推导了SINS性能与信号捕获性能之间的关系。仿真结果表明,在典型高动态轨迹下即使采用低精度SINS辅助信号捕获,也能有效提高捕获的灵敏性。采用100(°)/h精度的陀螺与1 mg精度的加速度计组成的SINS进行辅助,GNSS信号捕获灵敏性至少能够提高4.2 dB?Hz,并且减小了平均捕获时间。考虑SINS运动相关性的辅助信号捕获性能分析方法是有效的且更符合实际,对工程应用具有参考价值。

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。

GNSS接收机导航滤波器辅助捕获技术

为了充分利用GNSS接收机导航滤波器先验信息对基带信号处理过程的捕获进行辅助,以提高捕获速度及灵敏度,以北斗B1I信号为研究对象,开展GNSS接收机导航滤波器辅助估计伪码相位、载波多普勒、NH码相位研究.首先引入“虚拟路径”的概念计算伪码相位,并详细推导了由导航滤波器直接计算接收信号伪码相位的算法.然后对伪码相位及多普勒频率的误差源和传播特性进行详细分析.最后进行了捕获性能理论仿真分析.结果表明:导航滤波器辅助伪码相位与多普勒频率估计条件下,能够将捕获灵敏度提高1.1 dB,平均捕获时间为1 ms;进一步加入对NH码相位估计的辅助从而扩展相干积分时间为20 ms,则额外可以提供12.8 dB的灵敏度提升,平均捕获时间为20 ms.通过导航滤波器中的先验信息对信号捕获进行辅助,能够提高信号捕获性能,同时有助于降低无辅助条件下捕获装置频繁运行带来的功率损耗,所提出的算法可以直接应用到GNSS接收机及GNSS/INS深组合导航系统中.

基于GNSS模拟器的加速度辅助跟踪实验验证

具有外部辅助信息的接收机跟踪环路可以提高接收机的动态范围、跟踪灵敏度与抗干扰性能,但由于目前开展实际高动态实验非常困难,故不方便对辅助效果进行实际信号的测试。介绍了一种基于GNSS信号模拟器高动态场景采集的卫星信号与辅助信息,在软件接收机中进行捕获与跟踪处理的测试方法,其中辅助信息为用户-卫星视线速度和加速度。实验过程中采用一种根据捕获多普勒频率进行时间对齐的方法,将卫星信号和采集时间存在延迟的辅助信息进行粗略对齐。在介绍传统的速度辅助方法和一种新的加速度辅助方法基础上,分析辅助信息时间延迟对辅助结果的影响,最后基于上述数据分别测试并对比无辅助、速度辅助和加速度辅助的跟踪环路性能。结果表明,由于经粗略对齐后的辅助信息相比卫星数据仍存在约1.3 s的时间延迟,导致速度信息无法辅助高动态卫星信号跟踪,而采用加速度辅助方式可将30 Hz带宽环路的跟踪误差从0.031周减小到0.020周,最小跟踪带宽从22 Hz降低至10 Hz;加速度辅助的20 Hz带宽环路跟踪误差为0.029周。因此,加速度辅助方式可减弱辅助信息时间延迟对高动态信号辅助跟踪效果的影响,对于高动态接收机的工程实现有实际意义。

我国GNSS-R遥感技术的研究现状与未来发展趋势

全球导航卫星系统(GNSS)不仅能够为空间信息用户提供全球共享的导航定位信息、测速、授时等功能,还可以提供长期稳定、高时间和高空间分辨率的L波段微波信号源。近年来利用其作为外辐射源的遥感探测技术,形成了一门新的全球导航卫星系统气象学(GNSS/MET),其中GNSS-R反射信号遥感技术的兴起和发展格外引人注目。这是一种介于被动遥感与主动遥感之间的新型遥感探测技术,可以看作为是一个非合作人工辐射源、收发分置多发单收的多基地L波段雷达系统,从而兼有主动遥感和被动遥感两者的优点,越来越受到人们的关注和青睐,先后开展了许多利用GNSS系统进行大气海洋陆面遥感等领域研究工作。该文系统介绍了GNSS-R遥感技术的研究现状和发展趋势,并针对该技术给出了一个新的概念"外源助动遥感(Exogenous-Aided Remote Sensing,EARS)"。

基于IFLL跟踪技术的INS/GNSS紧组合算法

为了提高复杂电磁环境下的GNSS抗干扰能力,针对低成本制导武器的特点,提出了一种基于INS辅助二阶锁频环跟踪技术的INS/GNSS紧组合算法。该算法采用紧组合结果估计载体的多普勒频率及二阶锁频环估计的残余多普勒频率,控制载波和码发生器,以降低动态应力对跟踪环路的影响。建立了紧组合滤波模型,给出了实现方法。仿真结果表明,在高动态干扰环境下该算法可跟踪载噪比为18 dB-Hz的GPS L1 C/A卫星信号,比传统高动态接收机的抗干扰能力提高了约9 dB。

惯性辅助GNSS跟踪环路及其适配性分析

载波跟踪技术作为GNSS接收机的关键技术,其跟踪算法在很大程度上决定着GNSS接收机的导航性能。本文基于一种典型载波跟踪环路结构,针对高动态环境下接收机跟踪环路易信号失锁的情况,设计了一种惯性辅助GNSS载波跟踪算法,提出利用多普勒频移变化量平滑伪距率算法,并对惯性辅助跟踪环路的适配性进行了分析。实验结果表明:惯性辅助GNSS载波跟踪算法适用于高动态环境,具有良好的动态性能和导航精度。

惯性导航系统自适应辅助GNSS矢量跟踪方法

针对复杂电磁环境下卫星导航接收机抗干扰能力不足的问题,提出了低成本INS自适应辅助GNSS矢量跟踪方法。该方法根据观测量性能指示器、跟踪环路锁定情况和卫星信号信噪比等,自适应切换高动态标量跟踪环路和INS辅助矢量跟踪环路,实现低干扰环境下的高精度导航和中等干扰环境下满足导航精度情况下的最大导航能力。同时,给出了预处理滤波器、组合导航滤波器和高动态标量跟踪环路的具体设计方法。动态仿真试验结果表明,在高动态干扰环境下基于本算法的接收机可跟踪载噪比为15dB-Hz的GPS L1C/A卫星信号,比传统独立式高动态接收机的抗干扰能力提高了约12dB。

智能车双目视觉辅助GNSS定位方法研究

具有精确、稳定的定位结果以及合理的价格是未来的智能车辆导航系统的发展趋势。为了达到这个目标,人们建立了多种组合导航模型(GNSS/DR,GNSS/INS,GNSS/MM)。尽管这些模型已在多种不同环境中成功应用,但它们仍有许多缺陷,尤其是在全球卫星导航系统(GNSS)定位精度受到威胁的区域。研究了一种通过双目视觉利用路标的地理位置信息对GNSS定位精度进行局部改良的方法。随机霍夫变换用于路标检测,SIFT算法与K均值算法将用于路标的匹配识别。双目视差计算智能车与路标之间的向量,从而建立辅助定位模型计算车辆的位置。利用实验车在一处复杂环境区域进行实时数据采集,通过计算出的双目视觉定位误差与GNSS定位误差对比分析,验证了该方法在路标可见范围内对GNSS定位结果有明显改善。

基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究

传统惯性辅助GNSS欺骗信号检测方法对小于纯惯导误差漂移的逐步拉偏不敏感。针对这一问题,提出了一种基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗信号检测方法。基于短时间内纯惯性导航结果和短时间惯导系统位置误差传播模型,利用惯导提供的位置和速度对伪距和伪距率时间序列进行预测估算,并结合伪距、伪距率实际测量结果,分别构造位置/伪距和速度/伪距率时间序列模型做参数拟合。基于真实信号得到的模型参数都是由惯导系统误差造成的,具有一致性;而基于逐步诱导式欺骗信号得到的模型参数还与欺骗策略的设定、载体飞行轨迹的观测以及干扰源的位置有关,具有不一致性。通过对比模型参数可判别欺骗信号的存在,对于真实信号,采用紧耦合组合导航修正INS输出;对于欺骗信号,继续惯性导航并采取相应措施。最后,根据逐步诱导式欺骗原理进行实验仿真,验证了算法的可行性和有效性。

GNSS接收机跟踪环路结构和特性分析

分析了全球导航卫星系统(GNSS)接收机标准(标量)跟踪环路、基于卡尔曼滤波估值的跟踪环路、矢量跟踪环路、INS辅助的跟踪环路以及INS辅助的可配置跟踪环路等跟踪环路的结构和特性及实现的算法复杂性,给出了一种典型的VDFLL实现方法,指出了在不同的应用环境中应采用不同的跟踪环路以使GNSS接收机性能价格比达到最优。

城市环境下惯性辅助的GNSS多粗差探测方法

当多星座的GNSS接收机存在多个粗差时,传统的粗差检测和排除(FDE)方法需要通过频繁的搜索来排除潜在的观测值,剔除粗差的效率低,且定位性能可能急剧降低。提出一种惯性辅助的多粗差检测与排除方法,将惯性状态模型和测量模型的信息引入到自主完好性监测中,来构造全局和局部检验统计量检测粗差,并有效地排除错误测量值。结果表明,对于接收机存在2个以上粗差时,传统的FDE方法误检和漏检率高,而本文方法可显著提高检测效率,提高定位精度。

GNSS接收机在惯性速度辅助下跟踪环路的研究

全球导航卫星系统GNSS和惯性导航系统INS都是目前世界上应用最为广泛的导航方法之一。组合导航利用二者较强的非相似性和互补性,将两者组合起来,可以取长补短充分发挥各自的优点。本文通过理论推导和仿真试验的手段,比较分析了有速度和无速度辅助时接收机跟踪环路的性能,计算及方真结果表明了GNSS接收机在有惯性速度辅助的情况下接收机的跟踪性能较无速度辅助时有了明显的提高,为工程应用奠定了理论基础。

制导火箭INS辅助GNSS跟踪环路设计

为提高制导火箭全球导航卫星系统(GNSS)在高动态环境中的稳定跟踪能力,提出一种使用弹上INS辅助GNSS载波跟踪环路的方法,该方法采用INS估计GNSS的多普勒频率信息,控制GNSS跟踪环路中本地信号的载波和码发生器,进而降低高动态环境对GNSS跟踪环路的影响。仿真实验结果表明,该方法不仅能有效减小跟踪环路的相位误差和多普勒频率跟踪误差,而且可提高GNSS在高动态环境中稳定跟踪能力。

载波相位辅助消除伪码多径误差的算法研究(英文)

随着差分技术的发展,影响卫星导航接收机定位精度的典型误差源大多被消除,而多路径效应仍然是造成接收机定位误差的主要因素。该文分析了多路径效应对伪码测量量和载波相位测量量的影响。利用载波多路径误差源小于伪码多路径误差的性质,提出了一种针对伪码接收机的低复杂度的载波辅助伪码抗多径算法,并对算法进行了深入讨论和分析。该算法将接收机伪码测量量中的多路径误差由数十米减小到亚米级,大大提高了伪码接收机的定位精度。系统仿真证明了该算法的正确性。

多普勒辅助RangeFit快速定位方法

常规GNSS快速定位算法(即首次定位时间TTFF<1 s)中存在初始时间、初始位置、钟差等误差总和小于150 km的约束门限,即使初始位置十分准确,初始时间误差也不能超过210 s,这使得只有在热启动和AGNSS条件下,才能实现TTFF小于1 s.该文针对常规快速定位算法的这种缺陷提出一种多普勒辅助RangeFit快速定位法,有效拓展了快速定位算法的适用范围.数据分析及实测证明,该方法能够在初始时间误差在千秒甚至万秒以内且初始位置误差未知的情况下完成GNSS快速定位,使得TTFF小于1 s.

全球导航卫星系统辅助与增强定位技术要点分析

全球导航卫星系统定位技术-辅助性系统是在传统卫星定位的基础上进行扩充,将无线网络技术运用在上面与之结合,有无线网络技术的各种优点。辅助系统数据大大缩短了定位所需的时间,即使是在信号非常弱的地方依然可以定位,另外它还使传感器的灵敏度大大提高。但该辅助系统还存在着一定缺陷,它必须满足特定的观测条件才能使用,一旦这些条件不符合,就无法进行定位。所以如何通过其他路径来满足定位的条件,成为辅助系统定位技术成功的关键,文章就该项技术进行深入剖析。

北斗/惯性深耦合接收机速度误差特性研究

北斗/惯性深耦合接收机利用了惯性辅助和微惯性器件误差实时补偿技术,具有更好的高动态适应性与抗干扰能力。深耦合接收机中,惯性测量模块与接收机模块的信息相互利用,形成了2个闭合的误差传递通道:位置通道和速度通道。针对速度通道分析了误差传递特性。首先,考虑了三阶锁相环所实现的载波跟踪环路,在对组合滤波器进行简化的基础上,建立了速度通道的传递函数模型;然后,推导了惯性辅助误差到接收机速度误差的传递关系,分析了其误差特性;进一步将惯性辅助误差分为由惯性器件误差和由辅助信息更新率低引起的误差,分别分析了它们对接收机速度误差的贡献。分析结果表明:1)惯性辅助误差到接收机速度误差的传递模型表现为高通特性;2)由惯性器件误差所引起的速度误差,因受载波跟踪环路滤波器的作用而大大减小;3)比较而言,由辅助信息更新率低所引起的速度误差更为显著。

基于非线性观测器的导航过程仿真研究

为解决传统观测器使用范围受假设条件限制的问题,在观测器建立过程中,设计了一种参数投影关系,并加入到观测器中,在不受假设条件约束的条件下使其保持半全局稳定,同时估计过程更加直接,使得非线性条件下的参数估计过程较快收敛。仿真结果表明,非线性观测器的计算量要比乘性扩展卡尔曼滤波减少了近80%。试验结果表明,非线性观测器的估计精度与乘性扩展卡尔曼滤波相当,并且可以有效提高参数估计的实时性,节约了时间,提高了导航效率。

卫星导航接收机捕获阶段抗欺骗干扰技术研究

卫星导航欺骗干扰信号依靠功率优势可以使接收机误捕获欺骗信号,从而进入跟踪、解算环节,使接收机解算出错误结果。在捕获阶段采取抗欺骗干扰措施,可以有效降低接收机在后续环节抗干扰处理的压力。研究了欺骗干扰对接收机捕获阶段的影响,总结了基于上下限阈值和外部信息辅助的捕获阶段欺骗干扰检测与抑制方法,可为导航接收机抗欺骗干扰设计提供技术参考。