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第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)

第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)

  • 召开年：2011
  • 召开地：上海
  • 出版时间： 2011-05

主办单位：;科技部;;教育部;;交通部;;中国卫星导航系统专项管理办公室;;

会议文集：第二届中国卫星导航学术年会（CSNC2011)论文集

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  • 摘要：在软件接收机的研究中，数字下变频是一种很重要的技术。它产生一对正交的本地振荡信号，可以实现对射频前端的数字中频信号到基带信号转换的功能。而产生正交信号的方法很多，传统的方法是采用直接数字频率合成，但一般需要较多的芯片内部ROM资源来存储正弦和余弦值，并通过查表的方式实现输出，而且运算的速度也会受到一定的限制。本文提出了一种更有效的方法，该方法采用CORDIC算法独立而实时的实现了两路正交信号的产生。同时，给出了CORDIC算法实现的硬件结构和仿真结果。与传统的采用查找表的方法相比，这种算法结构简单，不需要硬件乘法器，所有运算只有移位累计运算;采用流水线方法，可以提高工作频率;可以使用循环迭代的方式，节约了资源，易于硬件实现，仿真结果达到了GPS的要求。
  • 摘要：GNSS接收机的军事应用必然面临强干扰环境。基于导航战应用背景，设计了一种新的空时抗干扰GNSS接收机结构，基于系统抗干扰性能全局最优的观点，提出了“利用抗干扰系统输出端的反馈控制天线阵列加权”的思路，设计了一种组合了空域和时域抗干扰技术的全局最优空时抗干扰接收机方案，提出了考虑时域抗干扰模块延时影响下的空时抗干扰算法。与简单级联方案相比，所提出的全局最优GNSS接收机空时抗干扰方案具有更优的抗干扰性能。
  • 摘要：卫星相对于接收机的高速运动会使信号产生较大的多普勒频偏，在GNSS接收机中，多普勒频率搜索是耗费时间最多的一个步骤，因此缩短这一步骤所用的时间对于提高GNSS接收机的性能十分重要。本文根据GNSS信号的相位角的统计特性，利用接收信号残余的相位角信息，提出了一种低复杂度的多普勒频偏估计算法，通过对接收到的中频信号做延时共轭相乘的结果进行处理，算法能够得到频率跟踪精度小于1Hz，同时计算复杂度仅为0(N)的性能，N为算法所处理的信号采样序列的长度。根据这种频率搜索算法的估计结果，GNSS接收机的跟踪环可以对信号进行快速的跟踪，在使用同样长度的数据序列的情况下，进入跟踪的时间可以比传统接收机缩短一半。本文在以上算法基础上还完成了定点优化与误差分析，分析结果表明，由定点化引起的系统量化及数值计算噪声在系统中仅引入约0.16dB的性能恶化，定点量化结果可以有效支撑工程实现和实验验证系统。
  • 摘要：天线相位中心变化是高精度卫星测距系统的显著误差源，必须深入研究影响天线相位中心变化的各种因素，寻找这些因素与相位中心变化的内在关系。天线的相位中心稳定度与单元天线的形式和馈电方式相关，一般来说，天线的对称性越好，馈电点数目越多，馈电点越对称，其相位中心的稳定度就越高。另外，单元天线的位置误差、天线阵的馈电幅相误差天线对天线相位中心稳定度影响很大，本文主要通过数值仿真研究幅相误差、位置误差对相控阵天线的相位中心稳定度的影响程度，并通过数理统计方法，研究各种误差对相位中心影响的规律，以指导实际工程研制。
  • 摘要：在卫星定位系统接收机中，延迟锁定环(Delay-Locked Loop，DLL‘)被用来进行码相位跟踪。本文提出了一种多相关支路混合间距(Multi-corrclator withHybrid Spacing，MCHS)延迟锁定环的新型码跟踪环结构，并基于该结构提出了两种码跟踪算法：窄相关扩展延迟锁定环(Narrow correlatorExtended DLL，NcExtDLL)和窄相关选择延迟锁定环(Narrowcorrelator Selected DLL,NcSelDLL)。MCHS融合了多相关支路技术和窄相关技术，解决了现有DLL设计不能兼顾跟踪精度和牵引范围的问题，提高了环路的稳健性和伪码跟踪精度，改善了用户的定位精度。文章对MCHS的牵引范围和跟踪精度进行了理论分析，并使用仿真数据和真实GPS数据进行了验证，结果表明MCHS有效扩展了牵引范围，且具有更高的跟踪精度和定位精度。
  • 摘要：卫星导航软件接收机是把中频数字信号处理模块的功能在普通计算机上实现。卫星导航软件接收机编程方便、设计灵活，特别适用于卫星导航接收机的算法研究，但基于Pc机的软件系统很难实现对大量高速中频采样数据的实时处理。本文基于图形处理器GPU(Graphic Processing Unit)和普通计算机设计了一种新的卫星导航软件接收机，利用GPU大量并行流处理单元进行卫星导航软件接收机中信号的捕获与跟踪处理，利用CPU进行解算，最终提高了软件接收机的实时性。本研究是采用普通计算机加NVIDIA公司的GeForcc GT240显卡，实现了对8．184M采样速率的GPS中频数字信号的捕获、跟踪与解算。
  • 摘要：利用三颗GEO卫星结合用户高程进行定位解算的方法称为三星定位。该方法可以克服北斗一代系统中有源定位频度低、用户容量有限、发射信号引起暴露等缺点;在北斗二代系统中也可以利用先捕到的GEO卫星进行三星定位解算，在跟踪卫星数达到四颗并满足较好几何分布之前实现快速粗定位，以减少后续卫星跟踪后的更高精度的经典定位解算方法的迭代时间。在精度分析中，经典DOP值计算方法不适用于用户高程等效为伪距的情况，本文提出了加权因子的方法进行改进。结合用户本地坐标系下的DOP值计算方法，针对用户关心的纬度、经度、水平方向误差进行了定量分析，并通过仿真验证了方法的正确性，分析了三星定位方法中DOP值在中国境内的分布情况。对北斗系统中三星定位方法的应用场合和应用效果提供了量化参考依据。
  • 摘要：在GNSS接收机的实际应用中，多径是影响定位精度的主要因素之一。尤其在车载应用条件下，多径的影响由于快速的多径信道变化变得更加明显，车载接收机的GNSS信号接收处理会受到包含周围运动车辆及其自身结构影响在内的复杂多径干扰。本文针对接收机的各个组成部分分析了天线设计、多径估计、多频测量、传感器融合等多种多径抑制的方法，并根据分析和比较的结果指出，信号处理方法、基于导航的方法以及传感器融合方法是实现车载接收机多径消除的首选方法。
  • 摘要：GNSS接收机通常具有多个信号处理前端通道，在冷启动时具有捕获时间长、处理增益积累慢的弱点。城市环境GNSS信号覆盖较差，需要在捕获和跟踪阶段进行长时间切换和运算，GNSS接收机中的信号处理单元通常需要较长的信号处理活动时间，从而导致接收机耗费大量能量，并造成系统整体待机时间的明显下降。本文基于小型化惯性器件参考方案，从能量约束的角度出发，通过对系统中信号处理算法能量消耗的评估，设置了基于统计函数的信号处理单元活动策略。该策略可结合接收机工作状态，平衡惯性单元和信号处理单元的能量消耗，并以较小的性能损耗获得超过一倍的能量优化效果。仿真与实测数据分析表明，论文提出的方案可有效降低小型化GNSS接收机的能量消耗，并可提供多种优化策略的动态选择。
  • 摘要：针对导航信号易受干扰的特点，本文系统地研究了卫星导航接收机的若干抗干扰技术，其中包括时域滤波抗干扰、变换域滤波抗干扰以及阵列天线抗干扰。首先对常用抗干扰方法的原理和准则做了较为详尽的阐述，并借助MATLAB软件进行仿真。其次，基于阵列天线采集数据，应用功率倒置算法，验证阵列天线实际抗干扰性能。最后综合考虑抗干扰性能、运算量等因素，选用时域滤波FIR结构对其FPOA实现。与导航接收机的对接试验证明，该算法可以大大提高导舷接收机的抗干扰性能。
  • 摘要：本文首先介绍了目前国内外高效固态功放的发展现状，以及星载应用前景，同时设计了一种基于宽禁带GaN HEMT器件的F类高效固态功放。该功放工作的中心频率为1．575 GHz，带宽60MHz，输出功率大于50W，功率附加效率大于65％。从设计仿真和实测数据可以看出，很好的满足了设计要求。
  • 摘要：测量噪声是影响GPS共视比对结果精度的主要因素之一，利用GPS共视技术进行高精度的时间传递时，首先必须解决观测数据的消噪问题。传统的去噪方法在保留信号局部特性和抑制噪声之间存在矛盾，基于小波分解的小波消噪方法在时域根据选定的小渡基和分解层数，将信号分解成从高频到低频的不同频率段成分，具有良好的时频局部化性质，为解决这一问题提供了有力证据。通过分析了小波消噪方法，以国家授时中心和综合原子时蒲城站的GPS共视数据为例，将基于小波变换的软阈值消噪方法用于GPS CV比对数据的消噪处理，结果表明：该消噪方法在消除GPS CV比对数据测量噪声的同时，很好地保留了信号的局部特征。
  • 摘要：原子钟作为频率信号源，其设备部件关键参数和输出信号的准确度、稳定度的好坏对应用信号指标具有较大影响。然而，原子钟在长期工作运行中，因受环境温、湿度，电磁干扰，震动，材料老化等因素影响，输出信号可能具有缓变或突变的特征。因此，搭建一套实时观测原子钟性能参数分析监测系统具有重要意义，以保证应用系统的正常稳定可靠运行。在此，利用北斗授时型用户机、时间间隔测量仪(SR620)、原子钟工况监控程序和数据处理软件，构建了一套集原子钟准确度、稳定度、漂移率分析、关键参数比较结合原子钟实时运行参数二级报警体制的原子钟分析监测系统，该系统不仅能够监测原子钟突发故障，还能根据对参数变化的跟踪实现可变门限报警功能。基于该分析监测系统，对国产工程应用氢原子钟进行综合评估，验证了系统评估策略可行性及有效性。
  • 摘要：上海天文台承担的一代氢原子钟改造任务，在真空环境维护、降低磁场、恒温系统保持等方面开展了系统研究并进行了升级改造，改善了一些诸如离子泵打火、工作流量高且不易控制等前期氢原子钟存在的问题，自动调谐创新技术较大改善了氢原子钟的长期稳定度水平，升级后的氢原子钟指标较之前提高一个量级进入E一15的天稳水平，顺利通过专家组验收，后期工作状态良好，平均无故障时间达到5000小时。为了满足二代对地面氢钟指标的需求，我们对现有氢原子钟开展了机理与技术工艺的研究，以期实现高可靠高性能氢原子钟国产化，指标为5×10-15／天，平均无故障时间达到8000小时。同时我们将开展空间主动型氢原子钟的预研究，像欧洲ACES(即空间原子频标组)计划那样，将来与冷原子钟锁在一起，实现全性能指标最好的组合频标组，为我国空间站开展空间科学试验和测试提供高性能空间氢原子钟。
  • 摘要：提出了基于贝叶斯网络法对综合原子时系统可靠性进行建模、分析与评估。利用该方法可以精确评估系统可靠性指标，并获得重要部件对系统可靠性影响大小，找到影响系统可靠性的薄弱环节。仿真结果表明，该方法对评价综合原子时系统可靠性具有较好的适应性和可行性，并具有较低的计算复杂度。
  • 摘要：随着定位技术的不断发展，对各种类型载体的定位需求越来越丰富。除了对低速目标的定位，还需要对处于如高动态、弱信号、强干扰等状态下的目标进行定位。高速旋转作为高动态中的一种特殊状态，对其定位技术的研究是十分必要的。研究旋转载体定位技术的基础之一是能够获取载体旋转状态下的GPS信号，但载体的旋转需要通过价格昂贵的转台进行模拟，且要求接收天线具有很好的全向特性，这在一定程度上限制了对旋转载体定位技术的研究。因此有必要针对旋转载体GPS信号进行建模，并利用价格低廉的模拟器来产生这种信号。本文首先介绍了软件接收机模型及其工作原理，然后分析了旋转载体接收到的GPS信号特性，发现了影响这种信号多普勒频移的因素;最后通过坐标变换，建立了旋转载体GPS信号的模型。
  • 摘要：卫星导航测试环境可为卫星导系统的运行和用户机的测试评估提供测试认证、保障环境。卫星导航测试环境涉及体系结构设计、高精度导航信号模拟、精密时间同步、信号监测接收、伪卫星等多项关键技术问题。通过研究卫星导航测试环境及其关键技术，为我国导航建设系统中涉及的系统体制问题提供参考。
  • 摘要：GNSS时差监测接收机只有在钟差确定的基础上才能实现系统时间的监测，通过接收GNSS空间信号来精确测量接收机的钟差是一项非常有意义的工作，不但可以用于系统时差监测也可以应用于GNSS定时、GNSS共视。本文首先分析了影响接收机钟差的各项误差，包括星钟改正、Sagnac效应改正、电离层延迟改正，对流层延迟。通过接收GPS空间信号，实时获取伪距及星历数据信息，对各项误差改正项进行计算，并从每颗卫星的伪距中扣除各项误差因素后得到接收机钟差。重点研究了卫星高度角对电离层延迟、对流层延迟以及接收机钟差的影响。最后，给出接收机钟差修正的一些有益的结论以及建议。
  • 摘要：混频器是所有接收机(RX)的基本元件之一，但是利用矢网等仪器测试相位及时延等指标却不太容易，混频器的测试在微波领域的研究很少。针对国内对微波器件筛选难的问题，进行微波混频器测试技术研究，描述了微波混频器的测试电路，给出微波混频器各参数的测试方法并且基于此对其做出分析和对比。变频系统是卫星导航通信系统关键部件之一，因此对于微波混频器的测试技术值得深入研究。
  • 摘要：完好性体现了卫星导航系统在不能用于导航时为用户提供及时、有效告警信息的能力，是导航系统的重要指标之一。卫星导航系统的完好性可用三个量化参数来描述：告警阀值、告警时间和完好性风险．本文从理论上研究了卫星广域增强系统完好性性能的测试和评估方法。本文主要研究内容包括：分析比较了目前卫星导航系统比较常用的完好性概念的异同;研究了完好性测试的内容和主要方法;研究了完好性测试的评估方法。
  • 摘要：信号监测系统的采样率严重影响导航信号时域恢复和相关峰监测的性能。针对目前信号质量时域监测和相关峰监测分辨率低的问题，提出一种基于dither采样和信号系列重组的信号质量监测方法，该方法在不提高采样率情况下大大提高了信号质量时域监测和相关峰监测的分辨率，从而提升了信号质量监测性能。
  • 摘要：北斗卫星导航系统具有全天候、高精度授时功能，包括RDSS单向RDSS双向和RNSS单向三种授时方法。论文针对北斗卫星导航系统授时的完好性监测，提出了授时监测的监测内容和方法，并初步设计了授时监测系统的基本组成，分析了授时结果的数据处理方法和质量评价方法。论文可作为北斗卫星导航系统授时监测系统研制建设的参考。
  • 摘要：计算原子时尺度就是通过原子钟权重调整原子钟之间的相互关系，获得一个综合的、稳定性和可靠性更高的时间尺度。在原子时尺度算法中，无论是采用标准方差或是阿伦方差，其目的都是最大程度的抑制由于各种噪声引起的不确定性。ALGOS算法主要考虑到原子时尺度的长期稳定性，原子钟的职权参考该原子钟一年来的运行情况;AT1算法主要考虑的原子时尺度的实时性，原子钟的取权主要参该原子钟考近期频率变化情况，但权重选取必须考虑到原子时尺度的连续与稳定，虽然性能较好的钟获得的权重会比较大，但不能不加限制的赋予其权，而应对其进行限定，从而保证原子时尺度的稳定性和可靠性。本文主要研究原子时尺度计算中以Allan方差取权，并赋予最大权限制以及等权情况下，原子时尺度长期和短期性能的变化，为提高地方原子时的性能提供可靠的依据。
  • 摘要：一种微型铷钟，其腔体部分采用一种新型陶瓷填充微波腔;铷光谱灯采用振荡电路与灯泡一体化结构设计;倍频器采用数字锁相倍频方案，将TCxO的10MHz信号直接倍频到6．8GHz：温控电路采用数字温控，具有智能补偿温度系数功能．该微型铷钟开机3分钟即可实现锁定，锁定后频率稳定度1-100s满足5E-11√τ，天老化率优于5 E-12，全温范围内(-20~60°C)频率准确度变化不超过5 E-10，12V直流供电，常温下稳态功耗3．6w。外形尺寸为51×51×25(mm3)，与恒温晶振尺寸兼容，但老化率却优于恒温晶振2～3个量级，可应用于北斗卫星导航接收机。
  • 摘要：随着导航系统对定位精度的要求的提高，作为卫星上时间频率基准的星载铷原子钟本身的稳定度要求也需要大幅提高。铷原子钟区别于别的原子钟的一个特点就是温度系数较大即对温度变化比较敏感，而这一点在一定程度上就制约了铷钟的稳定度，因此为了使铷原子钟的稳定度满足工程需要，必须降低其温度系数，本文叙述了国内外星载铷原子钟温度系数的研制现状，介绍了一种通过优化整机热设计来降低星载铷原子钟温度系数的新思路。
  • 摘要：GPS共视接收机接收的单向定时数据可以反映GPS卫星钟在某一时间段内的性能指标。本文利用GPS共视接收机进行单向定时实验，用高精度的原子频标信号作为参考信号，对接收机定时数据进行剔除、筛选和计算等处理，利用高准确度的参考信号对观测时间段内的GPS卫星钟性能指标进行分析研究和评价。实验结果表明该方法可行可靠，方便快捷，且实验研究结果可以对卫星导航定位系统星载原子钟的研究提供一定的借鉴。
  • 摘要：高精度原子钟系统是构成卫星导航定位系统时间尺度的基准，其性能直接关系到系统的定位精度。其中，以氢脉泽信号为基础研制的工程型氢原子钟以高频率稳定度、低相位噪声和集成性、可搬运等优越性能，在建立地面系统标准时间的应用中具有独特优势。由于氢脉泽信号的频率和功率远不能适应工程应用的需要，必须加以锁相环路结合高性能晶体振荡器，输出符合工程应用的标准信号，构成工程型氢原子钟。因此，锁相环路的设计直接关系到工程型氢原子钟的性能优劣。本实验以上海天文台SOHM-4型氢原子钟脉泽信号和新研制的模拟-数字混合型锁相环路为基础，主要分析锁相环路参数对氢原子钟输出信号的短期频率稳定度和单边带相位噪声的影响。本文针对氢脉泽信号高Q值的特殊性，通过理论分析和实验验证寻求与其相匹配的最佳环路参数。实验结果表明，锁相环路的参数设置直接影响到氢原子钟输出信号的性能;在脉泽信号不变的情况下，改进后的锁相环路和主电子学系统可使氢原子钟的频率稳定度提高至1．7E-13／1s，3．3E-14／10s，9．1E-15／100s，2．9E-15／1000s，1．4E-15／10000s，即较之原有的技术指标，在各取样时间范围内，频率稳定度的测试结果均提高了半个量级。
  • 摘要：导航卫星能够实时为无限多用户定位、授时，一个重要的原因就是每颗卫星上都配备了高性能的星载原子钟。如何将星载原子钟良好的频率稳定度进行无损传递，是卫星时频系统设计中需要深入考虑的问题。本文分析了导航卫星时频系统中可能影响频率稳定度传递的因素，并给出了设计建议。
  • 摘要：在全球卫星导航定位系统(GPS)中，位置测量是通过时间测量来实现的。GPS精密定位中，高精度、高准确度的卫星钟起着极为重要的作用。GPS星载原子钟作为导航定位系统测距的重要时间基准，是全球卫星导航定位系统的核心载荷，而钟差数据的精确度直接决定用户的导航定位精度。因此，对GPS钟差特性进行分析并进行其预报方法的研究具有重要意义。本文主要讨论了GPS卫星钟差特性及其预报的理论与方法。研究表明，GPS卫星钟差除钟差、钟速、钟漂外，还存在系统性的周期项变化。通过经验模态分解方法扣谱分析方法求得GPS卫星钟差的周期项，建立了更为完善的钟差模型，提高了GPS卫星钟差预报的精度。
  • 摘要：经典粗差探测方法能有效剔除钟差中的粗差，但很难发现和剔除钟差中量级较小的误差。本文的模拟数据中，既有粗差，又有小误差。在剔除粗差的基础上，利用钟差的时间模型，提出了一种有效发现钟差中小误差的方法，构建了探测的数学模型，设计了计算流程，利用模拟数据验证了该方法的有效性。最后，用模拟钟差数据计算了原子钟的频率准确度、频率漂移率和频率稳定度指标，分析了小误差对它们带来的影响。
  • 摘要：本文介绍了一种基于自适应PI调节控制的，采用NCO技术完成GPS秒脉冲驯服时钟晶振的方法。本设计选用XILINX的SPARTAN3系列芯片，通过NCO产生出本地秒脉冲，与外部GPS秒脉冲鉴相，其结果送入PI调节器，输出量调整NCO的频率控制字，使本地NCO产生的秒脉冲与GPS的秒脉冲相位对齐，完成驯服。
  • 摘要：星载原子钟是导航卫星的核心部件之一，其性能直接影响导航系统精度。在我国第二代导航系统建设的需求下，国产星载铷钟的研究取得突破进展，并首次在导航试验卫星上全面装备。本文重点介绍导航试验卫星国产星载铷钟的在轨工作情况，通过分析铷钟在轨比相数据和光强遥测对铷钟的稳定度和寿命进行估计和评价。并结合国产星载铷钟的在轨表现和国外星载原子钟的情况并对未来国产星载原子钟的发展提出建议。
  • 摘要：本文介绍了国家授时中心光纤时间频率传递研究的进展。近年来，国家授时中心在此方面，进行了多项相关实验，取得了很大的进展。一，进行了实验室内100km光纤闭环传榆延迟的初步补偿实验，补偿后时延被完全消除，精度达到0．27ns(1σ);二，进行了实地光纤链路7．2km传输延迟的补偿实验，补偿精度为25．2ps，频率稳定度达到4．75×10．15／104s;三，在温度-20°C-+60°C变化情况下，进行50km光纤时间延迟温度漂移及其补偿实验，补偿后大约150ns的传输延迟漂移被消除，补偿精度达到0．3ns。室内100km光纤闭环传输延迟的初步补偿实验结果表明，我们已经完成对长距离光纤传输延迟的补偿，扣对光纤传输延迟随温度变化的补偿。实地光纤链路7．2km传输延迟的补偿实验结果表明，在外界温度恒定的情况下，可以实现对光纤传输延迟的准确补偿。50km光纤时间延迟温度漂移及其补偿实验结果表明，我们已经实现对光纤传输延迟随温度的大幅度变化实时准确补偿．
  • 摘要：在以时间频率为核心的时频系统中，如卫星导航、授时与定位系统等，常常需要辅助提供和处理高精密的时间和频率信号。这里面包括了频率的变换，频率和相位的调整，频率、相位和时间的测量和控制，输出时频信号的频率准确度、稳定度以及相位噪声指标的全面优化和兼顾等。为了实现上述要求的时间和频率的处理，除了和上、下游的设备积极的通讯和衔接外，我们发展了多层次的、分辨率能够达到ps的lpps信号间时间间隔测量和同步控制技术，10MHz、10．23MHz等频率的、达到10-13／s的超高稳定度晶体振荡器及其相位锁定技术，优于ps分辨率的超高分辨率的相位检测技术，已有时频检测设备的并行精度提高技术，系统噪声的抑制及软件处理技术，以及利用时频处理系统的资源实现对高精度频率源(原子钟和高稳定度晶体振荡器)的不同系统误差的处理和补偿技术等．这些技术将能够从整体上提高对应系统的性能指标。
  • 摘要：自主健康管理技术是实现导航卫星系统安全性、可靠性和经济适用性的重要技术之一。本文分析了导航卫星自主健康管理的任务和工作流程，比较了自主健康管理三种控制结构的优缺点。在以上这些分析和比较的基础上，本文提出了一种基于综合电子平台的新的自主健康管理系统架构的实现方案。整个系统架构采用模块化分级设计的思想，分为三级(系统级、分系统级和单机级)，采用硬件冗余、解析冗余并结合定性定量等各类故障诊断算法，以适应导航卫星星上各类故障诊断和处理的需求。控制结构由1个领队(Leader)和多个成员(Follower)组成，其中的成员不仅仅是简单的执行机构，它具备了智能执行和诊断能力，通过信息流设计和信息融合等技术实现导航卫星平台的故障诊断、故障隔离和系统重构。该系统架构易于实现，能够适应复杂多变的工作环境，并具有较高的动态响应能力，对减少导航星座多星地面测控系统的负担，保证导航星座在轨健康稳定运行具有重要意义。
  • 摘要：导航卫星星上自主完好性监测(SAM)系统因其具有告警时间短、成本低、对地面依赖性小等特点，越来越成为现代卫星导航定位系统(GNSS)完好性监测的重要技术手段和必然发展趋势。 本文的研究目的就是要对SAIM进行综合分析，并根据分析的结果指导开展SIAM系统的设计工作。本文首先分别从需求分析、空间环境约束分析、任务要求分析和系统设计方案对比分析等几个不同的方面，对SAIM系统的设计必要性、空间适应性和技术可行性进行了论述，进一步明确了SAIM系统对于卫星导航增强所具有的积极作用，同时给出了不同层面的完好性监测系统间的功能划分和接口关系。 接着，根据SAIM系统在导航卫星上所处的地位和所起的作用，进行了SAIM系统级设计，给出了SAIM系统的基本构成单元、系统工作模式及工作流程等。最后，针对SAIM系统的关键技术和技术难点进行了简要的说明，并重点对SAIM系统星上故障诊断技术的可实现性进行了分析。本文的研究结果表明：SAIM是卫星导航地面增强系统((GBAS)的重要补充，是现代GNSS系统不可或缺的重要组成部分。SAIM的实现既具有一定的技术可行性，也不可避免地面临着空间环境特殊性要求的挑战。
  • 摘要：利用伪距信息来进行定位是一种解算接收机位置的传统方法，该方法需要求解一个非线性方程组。典型的方案是在预测点按泰勒级数展开并取一次项进行线性化，然后利用最小二乘法求解超定方程组。本文利用粒子群优化算法改进了传统的卫星定位方程求解模型，该算法将求解非线性超定方程组转化为函数优化问题。由于线性化过程会忽略测量噪声、传播延迟等二阶误差，如果接收机坐标的估计值误差较大，略去高次微小量将降低定位精度，而本文提出的算法则有效地避免了线性化误差。在具体实现时，利用传统算法得到的接收机大概位置来初始化粒子群，然后采用粒子群优化算法求解接收机的精确位置。理论分析和仿真结果表明，本文提出的方法能有效地求解接收机的位置和钟差，提高了定位精度和收敛速度，并且避免了早熟收敛问题，该方法作为智能算法在卫星定位领域中的应用，具有较高的研究价值。
  • 摘要：本文通过求解姿态精度因子ADOP值得出两个有意义的结论：GNSS姿态测量系统的基线长度应大于1．5米;参考卫星的高度角应在(45，50)度之间。尽管RAIM今天已经成为一个研究热点，但完好性监测应用于GNSS姿态测量系统的文献并不多见。告警限值(Alert Limit,AL)是完好性监测中的一个重要指标参数，但在定位等应用的完好性监测中，告警限值AL通常用距离单位来度量，本文提出了以姿态角为度量的姿态角告警限值(Attitudeangle AlertLimit,AAL)标准，适用于GNSS姿态测量应用的完好性监测，给出了将告警限值从距离域转换到姿态角域的近似方程，可用于角度化告警限值AL为姿态角告警限值AAL，并由此得到粗略结论：在1．5米基线长度的GNSS姿态测量系统的自主完好性监测中，当姿态角的偏差大于0．0082弧度(0．47度)时，测姿系统失去完好性。
  • 摘要：卫星钟差质量直接影响到高精度用户的定位结果，因此需对钟差实时监测，即为卫星钟差完备性监测。它是导航系统完备性理论体系中重要的组成部分。本文基于完备性监测的理念，基于GPS伪距，利用多个基准站计算卫星钟差，分析同一卫星多个站上观测值的残差，确定各卫星钟差的可用性，若某一卫星的观测值残差与其他卫星残差有显著差异，且超过限值，则认为该卫星钟差质量较差，应给出示警信息，实现卫星钟差的完备性监测。基于上述理论，分别同一时间基于不同网络数据进行卫星钟差完备性监测，并对比不同网络卫星钟差监测结果，验证该算法的可行性。该方法初步实现了卫星钟差完备性监测理念，为后续卫星钟差完备性监测研究打好了基础。
  • 摘要：惯性／GPS紧组合导航系统以卫星接收机的原始测量信息作为观测量，卫星接收机输出信息的品质对紧组合导航系统性能有重要的影响。对卫星信息的判断、识别与隔离是保证系统导航性能的重要手段。本文将基于奇偶矢量法的接收机自主完好性检测算法(RAIM，Receiver Autonomous IntegrityMonitoring)与惯性／GPS紧组合导航算法相结合，通过对惯性／GPS紧组合导航系统中卫星测量信息的一致性检测，利用故障检测判决算法实现对卫星测量信息故障的判断;在此基础上研究了故障识别算法对品质较差的卫星测量信息进行识别;设计了依据识别结果进行突变卫星信息故障隔离的机制，从而实现了基于高品质可用卫星信息的惯性／GPS紧组合导航。通过仿真对该系统进行了验证，结果表明，采用RAIM算法对惯性／GPS紧组合导航系统进行故障检测和识别后，增强了惯性／GPS紧组合导航系统的容错性，同时有效提高了系统的定位精度。
  • 摘要：北斗用户终端整机时延标定准确与否直接关系到用户终端的定时精度，因此用户终端在出厂前和进行定时精度试验时必须进行整机时延标定。本文从北斗用户终端时延的定义出发，研究了北斗用户终端时延标定的两种方法一绝对时延标定法和相对时延标定法。针对绝对时延标定方法，设计了整机标定和分段标定两种方案，经试验验证表明，这两种时延标定方案的标准不确定度优于2ns，满足北斗用户终端定时试验时延标定5ns指标的要求。
  • 摘要：目前，我国自主研制的RDSS系统(卫星无线电测定业务)应用领域不断延伸，但该系统在自身服务精度监测方面还缺乏有效手段，授时精度监测方面问题尤为突出。本文针对这一实际情况，介绍了一种利用GPS共视时间频率传递技术实现RDSS系统授时精度监测的方法，该方法在RDSS系统测试过程中的实际应用结果证明是可行的。
  • 摘要：相比于目前广泛使用的GPS硬件接收机，用软件方式来处理定位信号的GPS软件接收机具有低成本，开发周期短，灵活性强等特点。在基于软件的信号处理中计算负荷巨大，这使得现有移动设备CPU的处理能力无法满足实时GPS软件接收机计算负荷。因此，需要对GPS软件接收机的基带算法进行改进。本文较为详细地分析了相关器并行运算的实现方式，结合了位并行运算相关算法。并提出了一种改进的基于符号位的位并行相关运算算法，在时间性能和定位精度方面进行了相关的仿真研究。研究结果表明了基于符号位位并行运算的载波．噪声功率谱密度比(C／N0)损失小于1dB-Hz，但是在时间性能上加快了至少一倍。这些改进对于将GPS软件接收机结合GIS技术实现移动设备上的地图定位导舷有着非常大的意义。
  • 摘要：该文研究了国际守时体系的构成和特点，总结归纳了主要发达国家及国内守时系统建设与发展情况，比较分析了守时系统及卫星导航系统时间尺度算法特点及发展方向，对我国守时系统发展提出了几点建议，为我国时频体系的发展和应用提供参考。
  • 摘要：时间频率系统的精度直接影响着用时系统的性能，而时间频率系统的体系结构对大型时间频率系统的品质有着决定性作用。当前，国际上通用的时间频率系统体系结构大多是集中式的，也存在一些分布式的，它们都在一定时期内满足了许多大型用时系统的需求;但随着天文观测，航空航天、深空探测、卫星导航等大型用时系统的迅猛发展，传统集中式、分布式的时间频率系统逐渐暴露出了一定的不足。本文提出了一种集中一分布式的时间频率系统体系结构，它具有先天的结构简单，可靠性高、可扩展性好等优越性，并已经成功应用到中国伽利略测试场项目中。
  • 摘要：氢原子钟仍是目前可移动的和实用的最高稳定度的时频标准。作为参考，10-16稳定度的氢原子钟很适合空间科学测量。这篇文章将介绍氢原子钟的特点以及它在空间科学实验中的潜在应用的前景。
  • 摘要：iGPS系统是GPS与Iridium系统相结合的增强导航系统，其根本目标是增强GPS的导航性能，尤其是在干扰条件下。本文以对铱星所播发的导航增强信号的研究为依据，对铱星信号辅助下的GPS终端的抗干扰能力进行了分析。在增强情况下，铱星所播放信号功率最强，对增强信息的传输以及弱信号条件下对导航系统的辅助起着重要的作用。首先分析了在干扰或弱信号下的导航信号接收问题。其次通过计算，对铱星播发的导航信号抗干扰性能进行分析，结果表明，在一定的假设条件下，铱星播发的导航增强信号的抗干扰能力与GPS-Ⅲ中所规划的GPS信号抗干扰能力相当．
  • 摘要：格网点电离层垂直改正误差(GIVE)是对格网点电离层垂直误差的估计，该值如估计过小则会影响系统完好性，如估计过大则会影响系统可用性，一般以一定概率的置信限上限表示。本文提出一种格网点电离层垂直改正误差的改进算法，该算法在保证一定风险概率的条件下使得估值更加接近真实值，提高了系统的可用性．实测数据分析表明该算法实用有效。
  • 摘要：完好性是指导航系统在不能使用时及时向用户发出告警的能力，是衡量卫星导航系统可靠性的重要指标。本文研究了Galileo系统级完好性基本概念，理论上推导了完好性风险的计算。针对北斗导航系统，从完好性指标的角度对监测站布局进行了分析和仿真;基于不连续函数优化的Powell算法，综合比较了从完好性角度出发迭代优化监测站网络时PDOP的变化情况。分析结果表明：SISMA是随着PDOP的CV值变大而逐渐变小的。同时对这种结果做了必要的理论性说明。
  • 摘要：电离层是影响卫星导航系统及其增强系统的重要因素。中国区域电离层环境，如电离层赤道异常、电离层暴、电离层闪烁等，对我国卫星导航系统的影响较为复杂，不同的环境效应之间往往又相互影响。中国区域独特的电离层环境特性使得已有的增强系统实现技术(如WAAS)难以直接应用。必须结合我国区域电离层环境特性开展针对性研究。
  • 摘要：作为一种差分导航系统，局域增强系统专门用于引导飞机实施精密进近操作，同时需要满足对精度、完好性、连续性和可用性的要求。为了对导航完好性需求作定量分析，机载设备需要根据局域增强系统地面站所广播的伪距测量误差计算垂直扣水平保护门限。因此，完好性风险定义为实际伪距误差超过地面站所广播的伪距测量误差的概率，而其产生的实质是由于卫星发生异常或者接收机测试异常所造成的。本文建立了基于马尔科夫链的完好性评估模型，并通过实验得到了伪距测量误差的门限值以及完好性与连续性的冗余特性曲线，研究成果可为局域增强系统工程设计提供参考。
  • 摘要：现有导航定位系统中，卫星轨道误差是影响定位精度的主要误差源。在轨道误差一定的情况下，广域差分方法能够较好的提高定位精度，但需要大范围布站，并对各项误差(含轨道误差)进行联合修正。本文提出利用少量布站法提高定位精度的方法。 该方法通过使用Klobuchar、Hopfield等模型分别对电离层、对流层进行修正后，采用标校差分法对卫星轨道进行单独验证和修正，并在此基础上实现对用户空间和时间建模，从而大大提高了用户定位精度。最后，利用实测数据对模型进行了试验，结果表明：与大范围布站相比，星历误差在50米时，只要9个差分站就能达到10米的定位精度。
  • 摘要：GALILEO系统是与GPS具有同样功能的四大卫星导航系统之一，应用范围广泛，可实现位置、测速、授时等服务。在地形、干扰等因素影响下，GALILEO系统的性能和可用性受到约束和限制，伪卫星作为一种增强手段，是解决该问题的重要手段之一．鉴于对接收机的改造最小，TDMA方式是伪卫星最常用的一种信号体制，但其使得信号捕获时间增长。E1频段信号是与GPS L1频点信号兼容互操作的信号，研究该频点的伪卫星的接收具有重要意义。本文在分析E1频点伪卫星信号体制的基础上，对信号的快速捕获展开了研究。通过分析E1频点TDMA信号特点，从接收端推导了相关器输出信号模型，由数学推导上得出部分码相关仍存在相关函数的模糊性。设计了伪卫星信号的快速捕获方法，并采用副载波相位法消除相关函数模糊性．最后对捕获方法的实现进行了分析，资源消耗及仿真分析可知，该方法有效可行．
  • 摘要：导航卫星时钟自主完好性监测是导航卫星自主完好性监测的重要内容，越来越受到业界人士的关注。介绍了国外导航卫星时钟出现的故障模式，分析了不同故障类型对系统性能的影响。针对导航卫星时钟自主完好性监测的要求，参考国外导航卫星时钟自主完好性监测技术的进展和发展趋势，提出了一种导航卫星时钟自主完好性监测方案，归纳了时钟在轨自主完好性监测的关键技术，探讨了工程实施途径。通过技术分析，验证了监测项目的完备性和方案的工程可实现性．提出了我国卫星导航定位系统建设应具备或加强星上时钟的自主完好性监测的建议。
  • 摘要：当武器装备做高速飞行和旋转运动时，可见星的数目以及接收机接收到的卫星导航信号的幅度、多普勒、载波相位快速变化，对接收机的性能提出了更高的要求。本文提出了一种旋转载体情况下卫星导航信号的仿真算法，通过建立旋转载体模型，实时推导出载体在高速旋转过程中的信号状态参数，最终产生卫星导航信号。实测结果验证了该模型的有效性。该方法能够有效测试旋转载体时接收机的性能，促进旋转载体卫星导航接收机的设计和验证，具有重要的理论价值和工程意义。
  • 摘要：导航信号是卫星导航系统中重要的组成部分之一，空间信号质量直接关系卫星导航系统的性能，也反映卫星有效载荷的工作状态和各项性能指标。在利用高增益天线和高速数据采集设备对单颗卫星下行信号质量的评估中，常利用功率谱、眼图、星座图和相关峰曲线等方法对解调后I／O支路基带信号分析。为增强系统性能和满足用户需求，GPS、GALILEO和COMPASS等新一代导航信号均在同一载波频率播发多路导航信号。因此，功率谱、眼图和星座图等传统手段，已不能直接反映单路信号的信号质量，因此相关峰特性在新导航信号质量评估中变得尤为重要而有效。本文仿真了BPSK(2)信号由于发射与接收通道特性、干扰和多径等因素引起信号异常，并分析了导航信号畸变对相关峰曲线的影响，同时提出了一种利用相关峰波形中心距与S曲线相结合的方法评估波形特征，并利用此方法对异常信号的相关峰进行评估，给出具体的分析结果。
  • 摘要：为了满足对掩星探测系统的研制和测试需求，本文提出了一种基于高动态GNSS信号模拟器的掩星测试系统。该系统由掩星数学仿真模块、掩星信号模拟器、掩星信号接收与处理模块和掩星大气反演模块组成。掩星数学仿真模块通过对直达星和掩星信号的模拟实现对掩星事件和大气参数的仿真，掩星信号模拟器把仿真数据转换成高精度的射频信号，掩星信号接收与处理模块通过对射频仿真信号的测量，输出可供反演的测量数据，掩星数据反演模块通过对数据的分析反演出相关结果与数学仿真模块进行比对。该测试系统可以在实验室内完成对掩星接收机的测试，并对接收机的测量数据进行反演，形成闭环测试系统。由于掩星试验场景复杂，对外场试验的要求苛刻，该系统把GNSS信号模拟技术应用到掩星探测的技术领域，可以对掩星探测系统进行充分的测试，经过验证可以有效地满足指定场景下掩星探测系统的测试需求。
  • 摘要：针对传统贝叶斯网络方法的局限性，把蒙特卡洛方法用于贝叶斯网络分析。将蒙特卡洛--贝叶斯网络方法用于卫星地面站的可用性分析，通过合理设置站级、系统级、分系统级和设备级之间的复杂关系，给出仿真的具体步骤，利用工程实际运行数据，计算系统可用性，给出重要度排序及系统薄弱环节。运算结果显示，该方法有效，可行，具有工程应用价值。
  • 摘要：多体制导航信号源可为GNSS兼容与互操作接收机的研制开发及测试提供仿真环境，同时也可以用于导航系统的系统级仿真，为最终确定系统方案及参数提供仿真依据。特别是对于我国正在建设中的北斗导航系统，导航信号源能够为地面系统的研制、建设和测试提供一个可靠、稳定、准确、灵活和易用的仿真及测试环境，全面地检测地面系统的功能和性能指标是否满足研制要求。本文设计实现了基于PXI架构的模块化多体制导航信号源，并对设备的功能模块划分和硬件设计进行了介绍。设计中通过加入接收模块，使得设备不仅具有生成模拟导航信号的功能，并且具有测试注入系统和仿真有源定位系统的功能，全面实现了对COMPASS、GPS、GLONASS和GALILEO卫星导航系统的仿真支持．最后，给出了部分测试结果，验证了所设计导航信号源的基本性能。
  • 摘要：卫星模拟器是地面测控系统进行测控对接、飞行演练的主要工具，可用来验证星地接口的正确性和匹配性，并为地面测控设备联试提供重要的检验手段。随着我国航天事业的飞速发展，卫星的发射数量迅速增加，卫星模拟器的型号和数目也越来越多。 为了降低研制成本和减少设备数量，本文提出了一种通用卫星模拟器的设计方法，可满足多种型号、多种测控体制卫星的任务需求。采用“软件无线电”技术，构造了一个通用的、具有开放性的、模块化的可编程硬件平台，加载不同的基带软件，实现多星测控仿真要求。通用卫星模拟器兼容统一载波测控体制和扩频测控体制，支持PCM遥测体制和AOS遥测体制，并具有副载波频率可变、码速率可变、遥测遥控帧格式可编程等功能。系统设计合理、配置灵活、功能完善，已成功应用于型号中。
  • 摘要：目前国际电联所分配的卫星导航信号频段中，北斗授权导航信号与GPS和Galileo导航信号都有部分频段的重叠，尤其是L1频段，GNSS信号相互间的干扰成为一个值得关注的问题。本文首先介绍了一种基于时域相关输出的GNSS信号间干扰的评估方法，然后利用该方法分析了L1频段北斗、GPS和Galileo系统不同信号间的干扰大小，评估了不同干扰情况下GNSS信号的性能，最后讨论了在评估GNSS信号间干扰时需要注意的几个问题。本文的评估分析结果可为GNSS系统间的兼容与频率协调工作提供相关方面的支撑．
  • 摘要：GNSS多频组合一直是电离层研究和精密定位中载波相位模糊度解算的热点。本文基于GPS和Compass多频信号处理来评估卫星信号质量，研究利用三频观测量对卫星信号的载波相位质量和多径影响进行评价的方法，并通过三频GPS／Compass软件接收机进行测试验证。三频载波相位观测量的线性组合是一组几何无关、电离层无关的观测量，它反映了单个频率上载波相位多径和测量噪声的加权和。通过这个组合的变化情况，可以判断载波相位是否存在异常;同时结合三频伪距观测量，基于合适的码-载波组合对码多径进行评估，从而判断异常变化的主要来源是哪个频段的载波;进一步选择合适的码多径组合来评估不同的伪距观测量，实现对码多径的检测和精确估计。北京航空航天大学卫星导航与通信系统实验室开发了一套多GNSS数字中频信号模拟器和多GNSS软件接收机。我们利用这一闭环试验平台对上述三频组合方法进行了测试。首先由模拟器分别产生有／无多径、有／无载波异常情况下的GPS L1 C／A码、L2C(CM+CL)，L5 I+Q信号以及Compass B1I，B2I and B3I信号，然后由接收机进行处理，对提取的多频载波相位组合和码多径组合进行分析，得到了对码多径和载波失真的正确检测结果。实验结果表明，基于三频处理的三频观测量组合为空间信号载波相位质量分析和码多径检测估计提供了一个新方法。
  • 摘要：在伪距测量误差修正中，多普勒效应引起的伪距测量误差是经常被忽视的一个因素，分析了多普勒效应引起伪距测量误差的原因，接收到的测距码多普勒偏移会引起码长的变化，虽然一个码片长度变化不大，但大量码片的累计却不能忽略．对于高精度的应用，必须考虑对多普勒效应的改正。通过仿真试验分析了伪距误差与多普勒效应的关系，用某颗卫星一天的实测数据对分析结果进行了验证，理论分析与实测数据相关度为90．66％，充分证明了多普勒效应是伪距测量误差的一个影响因素。
  • 摘要：模拟产生GPS、CLONASS、Galileo、北斗四大卫星导航系统的卫星信号时，卫星数目多、实时性强，精度要求高，传统的卫星导航信号模拟源很难同时满足这些要求．本文提出了一种多系统卫星导航信号模拟源的系统结构，通过信号生成模块板卡的组合，模拟源软件仿真多导航系统的运行状态，实现了多系统卫星导航信号的实时生成。在此基础上，重点论述了模拟源软件的体系架构和关键技术，包括坐标系统的统一、轨道积分插值、卫星星历拟合、用户运动轨迹编辑器等．最后，给出了模拟源软件的实现界面，并通过与STK专业软件生成数据比对，验证了模拟源软件轨道计算的精度，满足仿真要求。
  • 摘要：有效载荷是导航卫星的关键设备，是实现导航服务目标，决定服务精度和完好性的直接设备。导航载荷由地面上行信号接收处理、星载信息处理、导航信号发射和时频设备等几个主要功能部件组成，其运行状态会直接影响卫星导航业务的实现。导航卫星在轨运行期间，受太阳磁暴等空间环境，或软件自身运行异常等因素影响时，上行信号接收、数据处理、导航信号发射等部件有可能出现异常或故障，造成导航载荷无法按照正常的信息流程工作，从而影响该星对用户导航业务的实现。对导航卫星业务中断问题进行发现、排查、消除是卫星安全防护的重要内容，也是卫星完好性监测建设的重要组成部分。本文针对导航卫星可能出现导航业务中断问题开展研究，按照产生原因不同对其进行了简单分类，对导航业务中断服务受影响程度进行了初步分析，简单设计了针对导航业务中断问题的发现、定位，及恢复卫星工作的基本流程与方法。
  • 摘要：CORS可用性指标是其系统技术指标的重要参数之一，也是评定系统服务质量优劣的指标之一。CORS的可用性分为时间可用性和空间可用性两部分，二者在时间和空间上密不可分。本文以某省的可用性测试数据为例，分析并总结了可用性性能测试方法，并就某些工程技术问题进行了探讨。
  • 摘要：随着GNSS的广泛应用，许多新技术和新领域对GNSS弱信号捕获提出了新要求，其关键技术之一就是弱信号捕获跟踪算法的实现。本文在相干积分和非相干积分的基础上，通过相位补偿和时延修正、奇偶分路等方法，可以在盲搜索中捕获到比正常信号低25dBb的弱信号，实现了对粗捕到的弱信号进行载波频率精化，并分别利用仿真数据和实测数据验证了算法的正确性。此外，本文分析了信号相位翻转对信号捕获的影响，在GNSS弱信号应用领域具有重要的参考价值。
  • 摘要：多径效应是影响GNSS定位精度的主要因素，根据多径信号产生机理，结合导航接收机跟踪环路的工作原理，本文提出了一种自适应多径抑制算法，用于改善码跟踪和载波跟踪的精度。该算法采用自适应滤波器估计出多径信号的参数，然后使用接收信号的相关函数减去多径信号的相关函数，从而得到“纯净的”期望信号自相关函数。对该算法进行了软件仿真，仿真结果表明自适应算法可以很好的提高GNSS的定位精度。
  • 摘要：伪码频偏会导致扩频信号捕获的相关峰值损耗，当接收机动态或总积累时间增长时，它会严重影响信号检测性能，因此必须对伪码频偏进行补偿。传频偏补偿方法是修改本地码频率或采样率，这会给一些并行捕获方法如时域并行FFT法和匹配滤波法等的实现带来一定的影响。针对此问题，本文提出一种基于信号采样分数抽取的伪码频偏补偿法，不需修改本地码频率或采样率，处理极其简单。理论分析与仿真表明，该方法可有效补偿伪码偏，其残留相关损耗随接收信号采样率的增大而减小。当接收信号采样率大于3倍伪码速率时，相关耗小于0．4dB。
  • 摘要：多径信号是GNSS接收机伪距观测量的主要误差源之一。特别于GNSS参考站接收机而言，常常受到相对时延小于0．1个码片宽度的短时延多径信号响。在这种情况下，多径抑制天线便成为起主要作用的多径抑制手段。更进一步地，若参考站周围固定且接收机内部的多径抑制信号处理算法确定，则天线的参数，包括架设高度和前后增益比决定系统的多径抑制性能，但是目前尚缺乏有效、定量的准则对这两个参数的设计进行指导。本过对GNSS参考站接收机的典型接收场景进行多径信号建模，结合早-迟结构码跟踪环路的多径误模型，提出了当系统多径误差上限给定时天线的前后增益比值设计公式和高度优选方法。本文的成有定量、可操作性强的特点，对GNSS参考站接收机多径抑制天线的设计具有指导作用和参考意
  • 摘要：分析DS／FH(直扩/跳频)混合扩频测控信号在干扰环境下的性能该新测控体制的研究具有重要的意义。搭建了带有多普勒捷变辅助的Simulink载波跟踪环，验证了环路的跟踪性能并仿真不同转发干扰下的跟踪误差，指出转发干扰对载波跟踪环的干扰同时受到转发时延和转发多普勒的影响，为进一步研究提供了参考。
  • 摘要：随着干扰与抗干扰理论研究的深入，GNSS接收机引入多种算法来提高抗干扰能力，导致存储数据量不断增加，已成为制约接收机成本的因素之一。压缩感知是一种新的信息获取理论，对可压缩的信号可通过远低于奈奎斯特定理的方式进行采样，利用较少的采样数据来恢复原始信号，在信息论、信号处理、雷达成像、无线通信等领域受到高度关注。本文将压缩感知理论引入GNSS终端抗干扰技术中，提出了基于压缩感知的自适应天线波束成形算法，并对其性能进行了仿真分析。该设想可以大大降低接收机存储数据量，为抗干扰接收机设计提供了一种新的思路。
  • 摘要：新型人工电磁材料是一种人造结构，它具有自然界中媒质所不具备的一些电磁特性。近年来，新型人工电磁材料已经用于设计天线和其他的微波无源器件，以期提高它们的性能。基于新型人工电磁材料的天线具有体积小、重量轻、波束可控等特点。这个性质吸引我们考虑是否可以应用它们提高卫星导航系统的性能。这篇论文介绍了新型人工电磁材料的最近发展，并从天线应用的角度详细讨论了这种材料的优势和局限。
  • 摘要：传统GNSS接收机针对单个或某几个导航信号而设计，其结构纵向固定，只能接收单个或某几个导航信号，难以满足GNASS系统兼容与互操作研究的需要。为此，本文设计并实现了一种通用GNSS软件接收机。该接收机面向伪码(含副码)、副载波、导航电文三个层面进行功能模块划分，以实现各模块间独立性、任意组合性为目标进行设计。通过模块组合、参数配置的方式达到灵活接收处理各种导航信号的目的。可配置的模块包括捕获、跟踪、解调、信息处理、定位解算等，可配置的信号处理参数包括伪码(含副码)，副载波速率、长度、周期以及信号调制方式、频点等。各模块所用信号处理算法可更新、可升级、可扩充。该接收机为研究GNSS系统间兼容与互操作性提供了极为便利的研究平台。同时，也为评估各导航信号尤其是新信号的性能、研究与新信号相适应的接收处理技术提供了研究平台。目前，该通用GNSS软件接收机已通过实际卫星信号(GPS L1／L5，GALILEOE1民用信号)和仿真信号(COMPASS、GPS、GALILEO、GLONASS各频点民用信号)测试验证。对未来新设计的导航信号，只要更新升级相应的信号处理单元，配置相应的参数，即可立刻实现接收处理。
  • 摘要：GNSS接收机是由大量的下变频器、相关器、累加器组成的，其中所用到的乘法器、NCO、寄存器的位长直接决定了ASIC的面积和功耗。选择合理的位长，在不明显影响接收机性能的前提下，可以有效控制ASIC的这两项指标。本文从理论上分析AD、乘法器的位长对接收机性能的影响，并给出仿真和分析结果。
  • 摘要：GNSS软件接收机的平台搭建已成为导航领域的研究热点之一。由于软件与硬件的工作方式不同，硬件平台中的接收机架构不能直接应用于软件接收机。针对不同的应用需求，目前已有各种类型的软件接收机。通常的商用GPS C／A码接收机采用2bit量化。针对这种结构，本文给出了一种基于bitwise方法进行相关运算，具有变采样率载波表的软件接收机平台实现，并对捕获算法，跟踪算法，数据存储进行了优化。相比于传统的软件接收机，此平台结构简单，计算复杂度低，可扩展性较强。利用实际采集的数据，对接收机的工作性能进行测试。在相同的CPU处理能力下，相比于传统的软件接收机，使用此平台对基带信号进行捕获和跟踪，其捕获速度明显加快，能够同时跟踪的通道个数也有大幅提升。最后，对接收机的计算复杂度和平台的可扩展性进行了探讨。
  • 摘要：高精度GPS单频接收机输出的载波相位信息，可广泛用于测绘．土地资源调查、地质勘探等领域，满足亚米级实时绝对定位，厘米级相对定位需求。针对这一需求，我们采用altera的SOPC技术，在FPGA软核处理器NIOS II中嵌入ECOS操作系统，实现了具有载波相位输出的高精度单频接收机原型设计。为了提取高精度载波相位信息，分析了接收机时钟钟漂和载波锁相环对相位测量精度的影响，设计了基于卡尔曼滤波的三阶锁相环，实现了载波相位提取和载波相位平滑伪距定位。实验分析表明：用于载波相位提取的接收机要采用同源时钟;由三阶锁相环提取的载波相位精度在3．5mm以内;经载波相位平滑处理的伪距连续性有明显改善，接收机实测定位精度由原有的15m提高到了3m以内。自主研制的GPS接收机体积小、可扩展性强，根据需要可灵活输出包括载波相位在内的各种参数信息，为实时精密定位扣深组合导航研究创造了条件。
  • 摘要：载噪比C／N0的测量是接收机信号处理的一个重要辅助功能，它关系到信号跟踪环路的锁定检测和接收机性能的评估。现场可编程门阵列FPGA的应用可以使系统灵活性增强，信号处理算法移植到FPGA中实现后可提高系统的运算速度。本文研究了宽窄带载噪比估计法，运用Matlab对该算法的参数选取进行仿真和误差分析，与直接计算法进行性能比较，最后介绍了采用FPGA技术予以硬件设计实现过程。
  • 摘要：多元二进制偏移载波(MBOC)调制是新一代卫星导航系统采用的信号调制方式，在GPS现代化和欧盟Galileo系统中都得到了应用。本文介绍了MBOC调制信号的原理，并根据其特性设计了一种新的捕获算法。该算法以FFT并行码相位捕获为基础，并且与边带去模糊度方法相结合，然后利用MATLAB工具对其进行了仿真与验证。利用现场可编程门阵列(FPGA)对MBOC信号捕获算法进行硬件实现，阐述了程序的总体设计并对FFT算法以及去模糊度等核心模块进行了重点介绍以及难点分析;仿真和实际测试结果表明此方法可对MBOC信号完成较高灵敏度的快速捕获。
  • 摘要：在全球各大卫星导航系统的导航信号中，GPS L1采用了BPSK调试方式，Galileo采用了BOC调制方式，针对这两种不同的调制方式研究并设计实现了完整的Galileo／GPS接收机。该接收机成功捕获、跟踪和解调了Galileo／GPS信号，并得到了正确的定位结果。
  • 摘要：多频GNSS信号采集系统是接收、采集GNSS信号并将其数字化的设备，是GNSS软件接收机的硬件基础。目前最为普遍的GNSS接收前端体制结构是超外差式，具有高灵敏和高可靠性的优点，但难以适应多频和通道一致性要求;直接RF(射频)采样最符合全数字化和软件无线电的设计思想，但对RF带通滤波器、宽带ADC和高稳定采样钟的要求较高;直接变换式只采用一级下变频将RF信号变频到基带，具有成本低，功耗低，集成度高等优点，但其直流偏移、本振泄漏等问题不易克服。USRP2(Universal Software Radio Peripheral 2)是Ettus公司针对软件无线电接收机而设计的通用直接转换式前端。本文分别基于USRP2及本实验室自研的直接射频采样设备BUAA-DRS100搭建了多频GNSS信号采集系统，可采集位于L波段的所有GNSS信号;分别通过这两种采集系统采集了Compass／GPS／Galileo多体制全星座模拟器BUAA-GS200产生的射频信号以及真实卫星信号，得到了捕获、跟踪、测量／定位结果。本文研究了两种射频前端和采集系统的硬件设计，对利用功分器同时采集到的GNSS信号在相同的接收机配置参数下进行了处理，对接收机捕获结果、定位结果、观测量精度、基带信号质量等进行了对比分析，结合硬件设计参数对两种采集系统的性能进行了综合评价．
  • 摘要：结合锁相环时钟生成芯片ADF4360-9的结构特点和工作特性，给出了利用ADF4360-9的整数分频功能产生特定频率的本振源的方案，并针对锁相环电路中的一些关键参数进行了讨论。同时介绍了应用ADI公司推出的PLL合成器和软件设计工具--ADIsimPLL3．0进行PLL环路设计和仿真的方法，可以大大简化锁相环的设计。
  • 摘要：通过宽频带、低损耗的射频同轴开关组合网络，利用射频同轴电缆不同长度在信号时延量变化的精确反应，设计出一种连续可调小步进延迟线。通过对同轴开关网络和电缆的带内均衡设计，以及开关和电缆的相对一致性，使延迟线最小步进0．1ns，可调范围O．3ns。通过对实物的大量测试验证其可调步进精确，频带宽、可操作性强、易于实现、性能稳定。
  • 摘要：高灵敏度接收机技术是当前卫星导航技术的研究热点之一，本文首先研究分析了涉及高灵敏度捕获和跟踪的相关技术，给出了许多理论性能分析结果和重要结论;其次介绍了高灵敏度接收开发平台，给出了高灵敏度接收机原型系统关键模块设计;最后介绍了已成功开发的GPS/BD2双模高灵度导航接收机基带芯片及测试结果.
  • 摘要：本文首先介绍了国内外星用固放的现状，并探讨了导航卫星系统应用中对固放的性能需求和固放的发展趋势。采用国产电子元器件设计了导航应用的L波段固放。
  • 摘要：现有的惯导辅助GNSS信号重捕获算法采用长相干或非相干累积来获得需要的频率精度和弱信号捕获性能。这些方法需要相对较高精度的位置或速度辅助量。这个精度条件在许多场景下并不满足，特别是在采用低成本接收机晶振或惯导器件的时候。并且在高动态场景下，长时间的累积无法得到理想的重捕结果。为了解决这些问题，提出了一个基于Kalman滤波的惯导Doppler辅助牵引算法。该算法采用短时累积，针对使用有最大士50Hz误差的辅助量来进行牵引。为了消除Doppler偏差，提出了调整频率累积算法。通过仿真对牵引算法进行验证，提出的牵引算法与传统的非相干累积算法相比，相同时间内的残余偏差更小。该技术在低精度器件的高速运用场景下，具有实际运用的潜力．
  • 摘要：本文设计了一种基于软件无线电思想的实时双模卫星导航接收机。该接收机采用高速捕获引擎、硬件相关器与DSP结合的架构，由硬件相关器完成数字信号的下变频、解扩及积分运算，由高速捕获协处理器完成信号捕获算法，而由DsP处理器完成信号跟踪处理算法以及卫星搜索调度策略和定位算法。DSP处理器采用具有完全自主知识产权的“同芯II”高性能嵌入式DSP，极大地提高了接收机的灵活性和可扩展性。该架构可实现对GPS及CAPS等多种卫星信号的兼容，具有广泛的发展前景。
  • 摘要：传统的硬件接收机由射频前端，相关器，中央处理器和其他的外设组成，能够提供的灵活性微乎其微。经过现代化的GPS有很多新的信号格式和应用方式。为了更有效地对新的信号格式和应用方式进行研究分析和实现，无疑一个完好的软件接收机是最佳的仿真实验平台。另外，GPS的软件接收机也可以被灵活的应用在伽利略信号和北斗信号的分析仿真中。不能做到实时处理是软件接收机最大的缺点，但是随着MPU和。DSP技术的发展软件接收机的优势还是日益凸显。本文详细的阐述了在Simulink基础上的GPS软件接收机平台的设计实现过程，GPS软件接收机按照主要的功能可以分为信号捕获，跟踪解调和位同步。每个功能模块都可以非常方便的针对其他频率和导航系统信号格式进行相应的更改。最后，本文的GPS软件接收机平台经过射频接收存储到本地的实际GPS中频信号测试，证明整个软件接收机实验平台可以正确的解调出导航电文，参数灵活可调，满足了后续工程仿真实验的要求。
  • 摘要：在全球定位系统中，多径信号的传播会扭曲接收信号的时间延迟，进而导致定位估计精度的下降。在某些应用环境下，为了监视定位的完整性，探测多径信号的发生和消除多径在伪距上的影响同样重要。本为提出了一种边缘化粒子滤波算法用于同时探测多径信号的生灭和相关参数的估计。另外，为了便于有关算法能有效的集成到接收机跟踪环路中，使用了数据压缩技术和内插技术来降低计算的复杂度。计算仿真说明了所提出方法的性能。
  • 摘要：全球导航卫星系统(GNSS)通常采用直接序列扩频(DSSS)的信号体制，其自身具有一定的抗窄带干扰能力。然而当导航频段上的干扰超过干扰容限时，接收机性能将极大的降低甚至无法工作，因此各种干扰抑制技术得到了广泛的研究。一般的干扰抑制技术在抑制干扰的同时，有效卫星信号或多或少也会受到削弱，本文针对常见的CW干扰，设计出一种基于预测对消的干扰抑制方法，最大限度的保留了有效信号。预测中采用子空间旋转预估计和本地锁频环精确跟踪相结合的方法，在接收机前端模拟生成精准的干扰预测信号与接收的信号进行干扰对消。通过自适应的分级控制，可有效抑制多个CW信号的同时干扰.此外，本抑制模块为前端独立处理模块，不改变现有接受机的数据处理流程和工作时序，方便嵌入到各种传统的接收机中．
  • 摘要：随着新的导航系统出现，传统的L波段已经变的拥挤不堪，各导航系统开始考虑扩展到S、C波段播发导航信号以满足发展的需求。S、C波段的载波频率是现有L波段频率的2到4倍，如此高的载波频率对环路测量误差的影响是不能忽视的。分析与载波频率有关的载波环路测量误差源，主要包括机械抖动引起的时钟相位误差、艾伦方差、振荡器加速度应力误差。如果在S、C波段播发导航信号，就要求接收机时钟振荡器有更低的振动灵敏度和艾伦方差。同时对时钟振荡器的g敏感度要求也更加严格。
  • 摘要：弱信号环境下，载波跟踪环路的稳定跟踪是决定GPs接收机正常工作的关键因素之一。在获得观测值之前通常用相干积分来提高鉴频、鉴相器输入的信噪比。本文采用滑动相干积分窗的方法，从理论和仿真角度分析其性能表现。文中使用基于Kalman滤波算法的载波跟踪环路，研究了在弱信号环境下(CNR<3ldB-Hz)相干积分窗的长度、滑动步长对接收信号相位频率估计值的Carmer-Rao下限的影响，以及对相位和频率的锁定误差性能影响的分析。仿真表明，该结构可以使GPS载波跟踪环路在CNR不低于14dB-Hz的环境下保持良好跟踪状态。
  • 摘要：本文分析了稳态情况下kalman频率跟踪环的性能、环路频率牵引范围以及跟踪门限与积分时间的关系．分析与仿真结果表明，在接收信号载噪比较低的情况下，为了降低跟踪门限，积分时间不能太长;载噪比较高时可以通过延长积分时间提高跟踪精度。在捕获导入跟踪阶段，可以采用较短积分时间以获得更大的频率牵引范围，从而降低对频率捕获精度的要求。
  • 摘要：INS和GNSS两系统具有优势互补的特点，其组合导航是当前的研究热点。本文以紧耦合方式作为研究对象，在阐述各自导航原理的基础上，引入扩展Kalman滤波器进行信息融合。模拟特定的含INS误差的载体运动轨迹，并在可见星数目减少和干扰条件下验证了组合导航的性能。试验结果表明，EKF运用自适应调节因子能较好的消除噪声和伪距抖动的影响，各导航参数结果的误差均得到有效的收敛，提高了导航设备在恶劣环境下的生存能力。
  • 摘要：目前已有的卫星导航系统的导航电文大部分采用子帧．帧、超帧的固定结构，如GPS的NAV结构、Galileo的F／NAV以及I／NAV结构。导航接收机在捕获、跟踪导航信号后，需要对信号进行位同步和帧同步处理，从而提取导航电文参数实现定位解算。传统的帧同步算法是在位同步后恢复的导航电文比特流中搜索特定的帧同步码，帧同步时间与子帧播发的时间长度以及开始搜索时所处的位置有关．针对帧同步时间成为进一步缩短接收机冷启动和温启动时间的限制因素这一事实，本文提出了利用导航电文冗余信息来辅助实现快速帧同步的算法，经过分析找出可以作为辅助帧同步的参数：变化较缓慢的tgd;变化幅度较小的√A;可以在地面上计算得到的WN。以GNSS通用软件接收机为平台对GPS NAV结构的导航电文进行了验证，在一些情况下能够有效缩短帧同步时间，进而缩短用户首次定位时间(TTFF)。该算法对其他新型导航信号也有一定的参考价值。
  • 摘要：本文研究了高动态条件下运用组合观测量对周跳进行实时探测和修复的原理，并在此基础上提出了一种简捷高效的算法。仿真结果证明此算法十分可靠，具有很好的实用性。
  • 摘要：对GPS信号的捕获如何实现快速灵敏是近年来研究的热点问题。本文首先在简单介绍GPS信号基本结构及其调制方式的基础之上，主要讨论伪码的捕获技术。在对常用的GPS接收机的捕获算法时域滑动相关的捕获算法和基于FFT的伪码快速捕获算法进行分析的基础上，研究了基于载波调整和同步数据累加的快速捕获算法，并利用实际采集的中频信号最后进行实验验证，实验结果表明该快速算法比传统的捕获算法性能高。
  • 摘要：自适应阵列天线干扰抑制技术是有效提高卫星导航接收机抗干扰性能的重要措施，具有十分重要的应用价值和发展前景。空时自适应抗干扰技术相对于单纯的空域、时域或频域抗干扰方法有明显优势。空时处理可以抑制多种干扰，在不增加天线阵元的情况下，抗干扰处理的自由度大大增加，抗干扰性能有质的提高。本文介绍了空时自适应抗干扰技术的基本原理和数学模型，分析了该技术的性能特点，并进行了空时联合抗干扰算法仿真。仿真结果发现：空时自适应处理技术能抑制多个宽带，窄带干扰信号，大大提高了卫星导舨接收机的抗干扰性能。
  • 摘要：卫星导航系统涉及空间段和地面段，相比下行链路，上行链路更为脆弱，干扰卫星的上行注入会导致导航信号不能精确播发，所有用户都将受到影响。本文对上行注入接收机抗干扰技术进行了研究。文中对目前卫星通信中常用的抗干扰技术进行了综述和分析，提出了采用阵列天线自适应数字波束形成(ADBF)技术与基带频域干扰消除技术相结合的抗干扰方法来提升接收机的抗干扰能力。利用阵列天线ADBF技术实现空域的自适应滤波，能有效抑制窄带和宽带干扰;利用频域干扰抵消技术抑制残余窄带和连续波干扰。最后分析论证了在试验星阶段增加Ka频段作为上行注入工作频段的可行性方案，既实现了一期、二期的平稳过渡，完成测试研究新工作频段的目的，为未来导航卫星上行注入选取最优工作频段奠定基础，又能有效解决上行注入抗干扰问题，增强上行链路的可靠性。
  • 摘要：针对高动态环境下GPS(Global Positioning System)接收机的接收信号同时具有较大多普勒频率及多普勒频率变化率等问题，提出了一种基于分数阶傅里叶变换的捕获方法，有效提高了捕获概率、缩短了捕获时间。该方法首先根据载波多普勒呈现近似线性调频信号的特点，利用分数阶傅里叶变换进行相干积累;其次，采用了一种新的时间频率调整技术，对相干积累的输出结果进行非相干积累，以进一步提高检测信噪比;最后，根据相干积累与非相干积累的特点，采用了一种高效的积累策略。理论分析和仿真验证表明，本文提出的基于分数阶傅里叶变换捕获方法，解决了传统方法在高动态环境下难以对信号进行长时间相干积累的难题，尤其在低信噪比情况下，更好地提高了接收机的灵敏度、缩短了捕获时间。

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