基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法

针对传统的全球卫星导航系统/惯性导航系统(GNSS/INS)新息平均抗差欺骗检测算法对阶跃式欺骗存在检测时延长、对斜坡式欺骗检测不敏感等问题,提出了一种基于组合历元新息抗差的GNSS/INS欺骗检测方法。检测方法联合使用单历元新息和多历元新息平均检测方法提高检测效率,构造多历元等价权因子加大对斜坡式欺骗的削弱力度,按欺骗类型进行分类处理。实验结果表明,与单历元新息检测方法和多历元新息平均检测方法相比,所提方法更具敏感性,能够检测到单历元新息无法检出的10 m的阶跃式欺骗和多历元新息平均法无法检出的0.03 m/s的斜坡式欺骗;多历元等价权因子能削弱在检测到斜坡式欺骗之前误差跟踪效应对新息的影响;在多通道欺骗场景下,所提方法使检测时延缩短了21.3%,对欺骗进行分类处理使得与真实轨迹的最大位置误差减小了86.6%,均方根误差减小了96.8%。

星基GNSS掩星事件预报方法分析

针对全球卫星导航系统(GNSS)星基掩星观测时长通常仅有几十秒,特别是在升星掩星观测中,需要快速实现负高度角卫星信号的捕获跟踪,才能获得及时有效的掩星观测时长的问题,基于先验轨道信息辅助的开环跟踪技术,提出一种基于切线高度的掩星事件快速预报方法,以辅助掩星接收机快速捕获和跟踪GNSS掩星信号,从而保证掩星观测数据质量和有效观测时长:对地球局部曲率中心进行修正,得到更为精准的切线高度;然后设置掩星事件的判决条件,采用极值的方式快速预报出符合阈值的掩星事件;最后对全球内曲率中心和曲率半径进行分析。实验结果表明,曲率中心的修正距离最大值可至45 km,曲率半径波动范围可达到65 km,足以影响掩星探测的准确预报。基于气象、电离层和气候星座观测系统(COSMIC-2)实测数据的仿真结果表明,掩星预报的全球定位系统(GPS)掩星漏报率低于3%,格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)掩星漏报率约14.5%,且预报掩星开始时间大多提前5~10 s;证明基于切线高度的掩星预报方法能够有效地应用于星基掩星事件的预报,以辅助接收机准确捕获和跟踪信号,提升掩星观测资料的数据量和有效观测时长。

针对闭环大时延的GNSS数字锁相环路设计

在GNSS终端方案设计中,跟踪环路闭环大时延将导致传统数字跟踪环路模型与实际模型的偏离,极大限制了归一化噪声带宽的约束极限,从而影响了环路的动态性能及跟踪精度。为解决这一问题,通过分析环路噪声带宽或相干积分时间发生变化对跟踪环路Z域离散模型极点位置的影响,采用参数化根方法设计了数字环路滤波器,实现了高延时情况下数字锁相环路的稳定工作。实验结果表明,相比于传统跟踪环路,在闭环时延100 ms情况下,考虑闭环大时延设计得到锁相环路的归一化噪声带宽能够实现从0.08到1.321的扩展,对于高动态、弱GNSS信号的跟踪及后续导航解算具有重要意义。

GNSS外辐射源空中目标探测研究现状及发展

外辐射源雷达是依靠其他辐射信号进行探测的雷达,具有成本低廉、战场生存能力强、反隐身性能优秀和抗干扰能力突出等特点,是当前多个领域的研究热点。导航卫星信号具有带宽宽、旁瓣低和全天候全地域覆盖的特点,且作为外辐射源信号可无损重构。针对外辐射源雷达的发展现状,从外辐射源探测、主要外辐射源信号对比分析、外辐射源雷达的关键技术和研究难点等方面进行概述,得出导航信号作为外辐射源信号的优势所在及其以弱信号检测和杂波抑制为主的研究难点,并就已有技术提出初步的解决方案。从多雷达布站方案、双站极化处理和双基雷达成像等方面对GNSS外辐射源目标探测技术的发展趋势提出展望。

利用车载GNSS轨迹大数据的U-Turn道路结构信息获取方法

随着智慧交通和精细化导航技术的迅速发展,人们对道路地图要素的覆盖度、精准度、丰富度与新鲜度需求越来越高,而U-Turn作为城市路网连通关系的重要因素,成为道路地图更新的重要内容之一。现有专业道路测绘模式对U-Turn数据存在采集成本高、更新周期长、数据处理繁等问题,导致U-Turn数据无法满足智慧交通导航需求。本文采用车载GNSS轨迹大数据,提出了一种U-Turn道路结构信息获取方法。首先通过轨迹跟踪提取车辆掉头点对与行为;然后利用DBSCAN聚类算法提取U-Turn掉头类簇;再依据U-Turn流量占比等特征构建支持向量机二分模型,自适应剔除违规掉头类簇,并区分出U-Turn结构有无通行时间限制;最后根据掉头类簇在道路结构中的分布特征,识别U-Turn位置与空间结构。试验以武汉市滴滴网约车GNSS轨迹,对江汉区183个路段采用本文方法进行探测,U-Turn结构信息识别召回率为88.3%,精确率为87.6%,位置识别的横向和纵向精度分别为3.40 m和5.90 m,试验结果表明本文方法可以有效地从车载GNSS轨迹数据中获取U-Turn的位置与结构类型,为U-Turn数据获取提供了周期短、成本低的有效解决方案。

多频GNSS跟踪站接收机观测量相关性分析

为了验证多频GNSS跟踪站接收机观测数据的质量和相关性,为GNSS跟踪站接收机后续研制做出贡献。基于多品牌多频GNSS跟踪站接收机比测试验,评估了观测数据的伪距噪声,对伪距噪声序列、伪距零基线双差序列进行自相关分析,进而对P-L序列从时域和频域角度进行滤波周期分析,验证了多频GNSS跟踪站接收机观测数据的相关性。试验结果表明:多频GNSS跟踪站接收机观测噪声满足相应标准,不同品牌跟踪站接收机的伪距观测量具有不同程度的自相关性,为削弱观测数据的伪距噪声,不同品牌跟踪站接收机对伪距数据做了不同周期的Hatch滤波处理。

自旋载体中的超紧组合GNSS接收机跟踪环路设计

自旋载体是全球导航卫星系统接收机的一种典型应用。当全球导航卫星系统载体自旋时,旋转产生的高阶动态将导致传统跟踪环路失锁;全球导航卫星系统与惯性导航系统组合可以有效补偿信号的高阶动态。因此,提出了一种利用惯性导航信息辅助卫星导航信号跟踪的超紧组合导航接收机环路设计方法,并分析了惯性导航信息辅助速率、自旋载体转速和信号载波相位误差之间的关系。通过仿真验证了所提接收机环路结构可以有效解决自旋载体接收机的信号跟踪问题,且相比于卫星导航单系统三阶环路而言,所提超紧组合环路结构可以显著提升自旋载体接收机的定位精度。

基于GNSS多通道跟踪接收机的阵列反欺骗方法

近年来,基于阵列天线的空域处理方法被认为是最有效的欺骗检测和抑制手段之一。提出了一种基于卫星导航接收机多通道跟踪能力的阵列反欺骗方法。多通道跟踪接收机对每一个捕获到的导航信号在所有阵元通道后均进行跟踪处理并提取信号幅度和载波相位观测量,首先计算载波相位双差平方和进行欺骗检测,然后利用载波相位单差和信号幅度比估计信号导引矢量,从而进行基于子空间投影的欺骗信号抑制或基于波束形成的真实卫星信噪比提升。理论分析和仿真试验证明,该方法可有效检测并消除同一来向的欺骗信号且不影响真实卫星信号质量。由于前端非理想因素带来的幅度和相位偏移都已包含在接收机跟踪通道提取的观测量内,实际应用时对阵列天线校准和射频通道均衡的要求明显降低。

SINS/GNSS深组合导航码相位故障诊断与重构算法

针对捷联惯性(SINS)/卫星(GNSS)中深组合矢量跟踪环路存在故障信号易串扰跟踪通道问题,提出一种基于SINS/GNSS深组合导航码相位故障诊断与重构算法。利用通道滤波器和融合滤波器的输出信息构建故障诊断和排除统计量,结合卡方分布检测阈值进行码相位故障检测,隔离故障后完成观测量集合重构。仿真结果表明,所提算法可有效诊断SINS/GNSS深组合导航系统中码相位的20m突变故障与1m/s慢变斜坡故障,准确排除故障通道,保障了矢量跟踪环路和定位结果的稳定,提升了系统完好性。

GNSS技术在轨道检查系统中的应用与研究

列车不间断地运行会使铁路轨道发生变形或损坏,因此必须加强对铁路轨道几何参数的检查。本文首先分析了轨道几何参数的检测原理,然后针对静态轨道检查设备,利用全球导航卫星系统定位技术布设GNSS控制网,对轨道几何状态检查系统进行了硬件设计和软件设计,最后通过上位机数据处理可得到高精度的轨道内部几何参数和外部几何参数。

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。

基于GNSS的高速铁路轨道检测系统的设计

铁路轨道是铁路运输的重要设备,其几何状态参数检测在铁路的日常维护和建设中非常重要。我国传统的工务维修通常采用轨检仪与全站仪等光学设备共同配合检测,该方法虽然能测量轨道的几何参数,但受温度、光照、风雨等环境的影响大,且操作复杂、成本高、作业速度慢。为此,本文提出一种利用GNSS技术、RTK技术、4G无线通信技术,采用“相对测量”与“绝对测量”相结合的检测方法,构建基于GNSS的轨道几何状态检测系统,实时检测轨道几何状态参数。

GNSS接收机射频芯片中LDO的设计

为了降低全球卫星导航系统(GNSS)接收机中射频前端芯片电源噪声对本振信号频率干扰的影响,提出一种快速瞬态响应、高稳定性全片内低压差线性稳压器(LDO):通过动态偏置缓冲器的阻抗衰减技术以及米勒补偿技术,对LDO进行动态的主极点跟踪;在整个负载电流范围内,次极点推离单位增益带宽外,保证系统的稳定性;同时动态偏置缓冲器随负载电流变化为功率管栅极充放电,以实现LDO的快速瞬态响应。该电路用于GNSS接收机中频率综合器(FS),基于中国台湾积体电路制造公司的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺完成电路设计,电路输出电压为2.5 V,最大负载电流为3×10^(-1)A。仿真结果表明:该LDO在输出电容为0到2×10^(-1)0F的范围内均能稳定,最小相位裕度为60.2°;当负载电流以3×10^(-1)A/5×10^(-7)s跳变时,输出电压下冲6.5×10^(-2)V、上冲8.3×10^(-2)V,平均响应时间5.3×10^(-7)s;线性调整率为5×10^(-5)V,负载调整率为9×10^(-6)V,电源抑制比在1×10^(3)Hz下为-77.8 dB。

几种GNSS接收机跟踪环路配置的对比分析

在分析传统跟踪环路、载波平滑伪距技术、卡尔曼跟踪环路基础上,比较研究了基带信号处理滤波算法,从GNSS终端系统层次设计了四种基带处理的配置方案,通过理论分析及跑车实验进行了不同配置方案的对比。结果表明,相较于其他跟踪环路滤波算法,卡尔曼跟踪环路充分利用了各个参数的内在物理关系,由系统误差和观测误差可得到全局优化的参数跟踪估测,经定位、定速精度对比分析,卡尔曼跟踪环路等效码相位跟踪精度较传统方案提高近70%,多普勒频率精度提高近80%,为后续的导航解算、高精度载波相位差分算法等提供了稳定可靠的信息源。

一种FLL辅助PLL的GNSS接收机矢量跟踪环路

全球导航卫星系统(GNSS)接收机的设计主要包括捕获、跟踪、解算三个环节,其中,跟踪环节中载波频率和码频率的稳定性直接影响着导航定位性能。为改善动态环境中载波频率和码频率的波动性,提高定位精度,提出一种频率锁定环路(FLL)辅助相位锁定环路(PLL)的GNSS矢量跟踪环路结构。在载波环中,采用二阶FLL辅助三阶PLL的跟踪方法,通过预测载波相位、载波频率、载波频率率,更新载波相位值并反馈到载波NCO,实现载波稳定跟踪;在码环中,将解算环节获取的伪距信息反馈到跟踪环节,实时更新各跟踪通道的码频率,实现码环稳定跟踪。实验结果表明,相较于传统的标量跟踪方法,所提出的FLL辅助PLL的矢量跟踪方法能够在动态环境下输出较小的载波频率和码频率误差,且具有更高的定位精度。相较于其他的环路改进算法,该方法融合了载波改进技术与矢量跟踪技术,且利用真实卫星数据验证了所提方法的定位效果。

基于GNSS的轨道占用识别技术综述

列车的位置信息是列车控制系统的重要的基础信息,基于卫星导航(GNSS)的列车定位是近年来的研究热点,轨道占用识别是实时确定列车所在的股道及具体位置。本文介绍基于GNSS的轨道占用识别的原理,分析GNSS技术应用于轨道占用识别的可行性以及应用中的难点,包括GNSS用于轨道占用识别的精度及完好性问题,以及初始定位时的轨道识别问题。阐述目前国内外已有的一些基于GNSS的轨道占用识别方法,包括检测道岔状态、辅助应答器、检测航向角、地图匹配、隐马尔可夫模型,详细分析其原理、功能以及优缺点,认为采用隐马尔可夫模型进行定位不需要其他辅助手段,并可以有效地解决初始化定位问题,是一种较好的方法,需要进一步研究并进行实际测试验证。

硬件可实现的GNSS/INS矢量深组合跟踪环路(英文)

GNSS矢量跟踪环路(VTL)跟踪灵敏度和定位精度优于标量跟踪环路(STL),但实现复杂度高,三个主要难点是:多通道联合跟踪要求各通道同时获取观测量并在同一时刻更新环路参数;高频率计算卫星位置加重处理器运算负担;无法跟踪载波相位导致无法解调导航电文。以上三个难点阻碍VTL在硬件平台上实现,因此商业接收机通常使用容易硬件实现的STL,但性能次优。为了在嵌入式硬件平台上实现VTL,引入三种方法:异步观测量线性插值、卫星位置计算算法优化、特殊的导航电文解调方法,之后通过仿真验证优化算法的功能及性能。使用航迹发生器生成飞机协调转弯航迹,再使用GNSS卫星信号模拟器产生中频采样信号,基于Matlab平台处理数据并进行了对比分析。仿真结果表明该VTL计算卫星位置效率提升55倍,成功解调导航电文,VTL位置精度优于3 m,速度精度优于0.3 m/s,基于该VTL的矢量深组合(VDI)算法位置精度优于2 m,速度精度优于0.1 m/s。

矢量GNSS接收机自主完好性监控性能研究

在分析了矢量跟踪环路和标量跟踪环路故障检测方面差异的基础上,该文指出全球导航卫星系统(GNSS)矢量接收机自主完好性监控(RAIM)技术所存在的问题,即RAIM检测量受噪声影响导致检测故障不准确,和故障信息在环路中的传播使得难以准确识别出故障源。针对上述问题,对矢量接收机的结构进行了改进,提出基于预滤波器的双环路跟踪结构。在新结构中,通过基于容积卡尔曼滤波算法的预滤波器削弱噪声的影响,并通过双环路切换的方法阻止故障信息的传播。仿真实验结果表明,改进后的矢量接收机不仅RAIM检测统计量的均值和方差都显著减小,而且识别故障的准确率有了明显的提高,RAIM性能较原来得到了有效提升。

基于FFT和电文估计的GNSS弱信号载波跟踪方法

在弱GNSS信号环境中,基于传统环路的GNSS载波跟踪方法受导航电文、接收机动态和晶振稳定性的制约,难以使用较长相干积分时间提高环路输入信噪比。本文提出了一种基于FFT的电文估计方法,该方法只需计算一种电文组合下的相干积分值序列的FFT,其他电文组合下的FFT只需少量加法运算即可完成,降低了电文符号估计的计算量。通过对导航电文符号和边沿的估计,可以使用较长时间的相干积分值序列的FFT变换鉴别载波环跟踪误差,这可以克服长积分时间中接收机动态和多普勒频率估计误差造成的损耗,从而提高鉴频器的输出信噪比。仿真结果表明,本文提出的跟踪方法能够在低动态弱信号条件下跟踪载波频率。

顾及运动特征的轨道不平顺测量精度分析

针对运动特征方程标准差和量测频率对轨道不平顺测量精度的影响进行研究,结合GNSS/INS与NHC的算法建立模型,利用协方差法进行定量分析。仿真实验表明加入运动特征方程提高了轨道不平顺的测量精度。运动特征方程标准差不变时,随着频率的增加,精度提高;频率不变时,运动特征方程标准差越小则轨道测量精度越高;给定适当的运动特征方程标准差可以满足轨道不平顺测量精度的要求。现场实验结果与仿真实验结果基本一致,证明所提方法的正确性。研究结论为提高轨道不平顺测量精度提供参考。