何晓峰[1]2009年在《北斗/微惯导组合导航方法研究》文中研究说明随着我国北斗卫星导航系统建设的稳步推进和惯性导航技术的飞速发展,以及我军制导弹药发展的迫切需求,北斗/微惯导组合导航方法及相关应用技术已成为研究热点。本文利用软件接收机概念,构建北斗/微惯导组合导航系统,研究了基于软件接收机的紧组合与深组合导航框架,对于两类框架中的主要关键技术进行了优化设计,并对主要理论问题和方法进行了研究。论文的主要工作与创新点如下:1.考虑SINS运动相关性条件下,从理论上进行软件接收机信号捕获与SINS的适配性分析。通过对软件接收机原理的分析,研究了基于软件接收机的BD-2/SINS组合导航方法框架;在此基础上,根据SINS辅助卫星信号捕获原理,深入分析了影响信号捕获性能的主要因素,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;针对载体高动态运动轨迹,分析了采用不同精度的SINS辅助对提高信号捕获性能的贡献;仿真结果表明,采用由100 deg/h精度的微陀螺和1 mg精度的微加速度计组成的低精度SINS辅助捕获卫星信号,在120 s内捕获灵敏度可以提高约4.2 dB-Hz。2.研究了基于软件接收机的BD-2/MIMU紧组合导航方法。从理论上证明了表征卫星导航系统卫星几何分布特性的GDOP下界,对比分析了BD-2与GPS两系统的GDOP分布;针对BD-2系统包含三类轨道卫星的特点,提出了高动态条件下MIMU辅助快速选星算法,实验验证了算法的有效性;在紧组合导航方法框架下,设计了MIMU辅助环路跟踪条件下的紧组合导航算法,得出了在高动态情况下MIMU辅助的三阶PLL环路带宽为3 Hz时可保持环路锁定的结论;针对卫星信号缺失情况,提出了ANFIS辅助KF的紧组合导航算法,实验表明该算法在卫星信号失锁100 s内,仍能保持位置、速度精度不降低。3.研究了基于软件接收机的BD-2/MIMU深组合导航方法。引入了半参数模型及广义补偿最小二乘估计的基本理论,阐述了正则矩阵与光滑因子的选取方式;针对MIMU系统误差较大的问题,在建立陀螺仪温度模型的基础上,针对陀螺仪启动过程的误差补偿问题,提出了半参数模型的系统误差建模与补偿算法;针对MIMU的随机误差,研究了基于AR(2)模型的推广递推最小二乘算法;实验验证了上述两个算法的可行性和有效性;研究了深组合导航算法的总体结构,采用序贯滤波方法设计了深组合导航滤波器,对矢量跟踪环结构进行了设计;针对矢量跟踪环结构中的基带信号预处理模块,研究了基于半参数模型的多项式拟合算法。4.研制了基于软件接收机的BD-2/MIMU组合导航原理样机。利用北斗卫星信号模拟器及相关实验条件,结合实际的高动态飞行数据,设计了实验方案;对于真实轨迹驱动产生的BD-2模拟卫星信号进行了捕获实验,结果表明采用预检测积分5 ms时,能够成功捕获信号;从实验的角度阐述了紧组合与深组合方式的导航精度测试方案,对关键技术指标进行了评测,结果表明,整体上深组合导航精度稍优于紧组合导航,两种导航方法的位置精度优于6 m,速度精度优于0.15 m/s,水平姿态角优于0.4 deg,航向角精度优于0.5 deg。5.研究了基于神经网络辅助卡尔曼滤波的BD-1/SINS组合导航方法。针对BD-1有源定位带来的时间延迟问题,在理论上分析了神经网络辅助卡尔曼滤波算法的有效性;构建了BD-1/SINS组合导航原理样机,车载实验结果表明,算法提高了定位精度,特别是在卫星信号暂时失锁情况下,性能改善更为明显,水平定位精度优于50 m。
马若飞[2]2010年在《GPS弱信号捕获算法研究及其在软件接收机上的实现》文中研究指明近年来,随着卫星导航技术的广泛应用,高性能导航接收机成为了导航领域的主要研究方向。作为高性能导航的关键技术之一,微弱导航信号接收技术是目前研究的热点。本文针对弱信号条件下,GPS信号的捕获问题,从理论分析和算法实现两个方面开展了研究工作,取得了一些有意义成果。这些研究成果可移植性较强,经过修改就可用于其它导航系统中。首先,本文首先分析了GPS L1信号的结构和特点,给出仿真信号的数学模型。研究了GPS信号的捕获原理以及时域和频域两种基本捕获算法,说明了FFT技术应用到捕获中,可以大大提高相关运算的速度,缩短捕获时间,为后续算法的研究和仿真做准备。其次,本文对弱信号条件下GPS信号的捕获技术进行了研究。对相干累积、非相干累积和差分相干累积进行了理论和仿真分析,说明了要捕获弱信号,就要增加处理增益,就必须进行累积。在比较了半比特法、全比特法和圆周算法三种弱信号处理方法的基础上,给出了一种基于最佳路径估计的改进差分相干累积算法,这种算法通过估计相邻导航数据位乘积符号的可能组合,找出能够使差分相干累积结果最大的一条路径。这种方法可采用较长的相干积分时间,且引起平方损失较小。仿真结果表明,该算法的弱信号检测性能明显优于传统算法,计算量虽有增加,但通过最佳路径估计方法进行处理,还是可以接受的。本文还仿真研究了一种可以减少计算量的先累积后相关的相干累积思想。然后,本文对GPS L1 C/A和L2C信号的联合捕获进行了研究。分析了新民用信号给弱信号捕获带来的影响。给出了L1 C/A和L2 CM信号联合捕获五种策略。仿真结果表明,联合捕获算法的检测性能要明显优于传统单路非相干处理算法,且体现出了在弱信号捕获方面的优势。最后,基于现有的软件接收机平台,设计了非相干累积算法的实现流程,并用C语言进行了实现,且移植到软件接收机平台上进行了定位测试。结果表明,新的软件接收机平台能够实现对强度为-142dBm的GPS弱信号的捕获,具有一定的工程实践意义。
张迎新[3]2014年在《基于GPS软件接收机的微弱信号捕获跟踪算法》文中提出近年来，随着GPS接收机在全球范围内多用途宽领域的应用，对卫星导航定位技术也提出了更高的要求。而基于软件无线电思想的GPS软件接收机也为开发适用于特殊环境下的高复杂度算法提供了便利。作为高性能导航的关键技术之一，微弱卫星信号接收技术是目前研究的热点。在正常情况下，接收机接收到的卫星信号的信噪比大约为-20dB，但在信号微弱的环境下，信噪比可下降20dB左右，普通的接收机很难捕获跟踪到信号，难以实现定位功能。本文针对微弱GPS卫星信号的捕获、跟踪算法进行了以下研究：1.介绍了GPS软件接收机的结构和工作过程。对GPS卫星信号的调制方式和复用技术进行了分析，重点研究了C/A码的相关特性以及多普勒效应对载波频率和C/A码码长的影响。研究了GPS中频信号模型，并仿真产生了数字中频信号。2.研究了GPS卫星信号捕获的基本原理和基本方法，并对常用的微弱信号捕获算法进行介绍，分析了相干积分算法、非相干积分算法和差分相干积分算法的特点。针对相干积分时间容易受到导航数据位翻转影响的问题，提出了两种通过检测出翻转位来提高信噪比增益的算法，一种借鉴全比特算法检测数据翻转位边沿的思想，通过比较多组数据的相干积分值检测出翻转位的位置，舍弃翻转位并对其余数据进行分块相干积分；另一种将传统的差分相干积分算法推广到对数据块的处理中，并通过比较导航数据比特长度内不同数据块的积分值粗略的估计出翻砖块的位置，舍弃翻砖块后对其它数据进行数据块差分相干积分。经过仿真验证，这两种算法均具有较高的捕获灵敏度和捕获效率。3.对传统的锁相环跟踪算法进行了深入的研究，针对其缺陷将卡尔曼滤波算法引入GPS卫星信号的跟踪中，并建立了系统方程和量测方程，针对标准卡尔曼滤波算法对噪声统计特性的假设过于理想且对初值的依赖程度很高的问题，提出了强跟踪Suge-Husa自适应卡尔曼滤波算法，利用Suge-Husa自适应卡尔曼滤波器能够对噪声进行实时估计的特点以及强跟踪滤波器鲁棒性好且对突变情况具有很强适应能力的特点对卫星信号进行持续稳定的跟踪，经仿真验证，该算能够实现对微弱信号的跟踪且具有良好的跟踪性能。
张晶泊[4]2012年在《GNSS软件接收机高动态载波跟踪环路关键技术研究》文中研究指明拥有全球导航卫星系统(GNSS)是航天大国的重要特征,它的发展不仅代表着一个国家的科技水平,同时会给该国带来巨大的军事和经济利益。中国北斗卫星导航系统已经于2011年12月27日宣布具备初步运行能力,从而拉开了该系统从建设到应用的序幕,使GNSS接收机技术研究领域得到了难得的发展机遇,国家制定了一系列的政策和措施,用以鼓励具有自主知识产权的相关核心技术的研究。为了提高GNSS接收机的性能,国内外的科研人员在多个不同的方向进行了深入研究,本文的选题是高动态载波跟踪环路关键技术。高动态主要是指接收机载体具有较高的速度和加速度。在高动态的环境下,由于多普勒效应的影响,使接收机获得的载波产生较快速的频移,这将影响载波跟踪环路的稳定性,特别是当载波的频移速度超过环路的动态范围时,接收机将无法正常工作。由于高动态接收机主要用于军事、航空等高端领域,西方发达国家对我国在相关技术上实施封锁和限制,很多研究成果属于技术保密范畴。所以我国鼓励在该领域进行深入研究,因此本文的研究具有理论和实际意义。本文的研究工作主要包括以下几个方面：(1)为了对载波跟踪环路的动态范围进行定量的描述,提出了有效工作带宽这个概念,并发现了在GNSS软件接收机中,载波环路的有效带宽存在理论上界,并得到了该理论上界的数学公式模型。该发现为确定高动态环境下载波跟踪环路允许的最大多普勒频移变化率提供了理论依据。(2)为了提升载波环路对于多普勒频偏的跟踪速度,提出了一种基于自适应增益控制理论的载波环路设计方案,并给出了相应的自适应控制算法的数学模型。通过仿真实验证实,该方案对于不同幅度的多普勒频偏均能实现最优调节,提升了载波环路对于多普勒频移的响应速度,从而提高了传统载波环路的高动态跟踪性能。(3)为了提高载波环路对于多普勒频偏的预测能力,提出了一种基于短时循环迭代方式的多普勒参数检测算法,并给出了基于此算法的全新载波跟踪环路设计方案。通过仿真实验证实,该算法仅需要少量相位误差测量值和经典频域数字滤波器就能够估计出载波多普勒频偏的高阶变化率,使得环路具备了对载波多普勒频移的短时预测能力,实现了高动态环境下的载波跟踪。(4)为了在提高载波环路动态性能的同时尽可能的减少噪声干扰,提高环路的跟踪精度,提出了一种自适应卡尔曼滤波算法,并引入了多普勒参数检测算法对传统的卡尔曼滤波器进行优化,同时利用模糊控制理论对系统的观测噪声矩阵进行自适应调节。通过仿真实验证实,该算法在实现多普勒参数检测的基础上,对随机噪声序列实现了最优滤波,提升了多普勒频偏各阶变化率的估计精度,从而提高了高动态环境下载波环路的跟踪性能。上述研究内容在理论研究和方案设计的基础上,利用Spirent GSS8000模拟器和实际的GNSS信号,构建了软件接收机开发平台,并进行了实验验证,取得了比较理想的成果,为开发具有高动态性能的GNSS软件接收机奠定了理论和技术基础。
李红星[5]1999年在《软件接收机检测算法的研究》文中研究说明随着移动通信技术的发展和新一代移动通信系统的出现，软件无线电越来越引起广泛地关注，并在实际中得到应用。本文介绍了软件无线电的概念和软件无线电台的技术与结构。软件无线电台的基本思想是在同一硬件平台上，安装不同的软件，灵活地实现各种通信功能。基于它的多功能、开放性的特点，本文着重讨论了软件接收机中AM、FM、DPSK、DQPSK信号的数字检测算法，进行了必要的理论分析并加以实现，叙述了实现时应注意的问题。对于窄带调频信号的解调，给出了一种更简便方法，降低算法的复杂度。这些算法易于软件化，采用数字信号处理器都得到实现，证明本文论述的方法是可行的。
邢方剑[6]2014年在《GPS软件接收机捕获算法研究》文中进行了进一步梳理近年来,伴随着导航定位技术的不断发展,全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)无论在军事领域还是民用方面都得到了迅速而广泛的应用,如交通运输、气象预报、社会治安、自然灾害救助、个人移动电话定位等目前,世界上已有的卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗系统以及欧洲的伽利略导航系统(Galileo)。随着技术的不断革新,传统的硬件接收机已经无法满足人们的需求,兼容性、灵活性更强的软件接收机在微处理器制造工艺和技术的支持下成为未来的趋势。本文重点研究GPS软件接收机捕获阶段的问题。软件接收机要求能够对接收到的信号进行模拟下变频、A/D采样、伪码同步等实时处理。其中伪码同步又包括捕获和跟踪两部分,而实现同步首先必须实现同步捕获(粗同步)。捕获阶段通常要求接收到的伪码与本地伪码对齐在某一范围内,一旦实现同步捕获,就可以通过锁相环(PLL)来实现伪码的跟踪过程。若捕获阶段能将本地伪码与接收端伪码相位误差确定在半个码片之内,跟踪阶段将很快锁定伪码相位；反之,将耗费大量的时间来实现同步跟踪。同理,载波频率的捕获也直接影响到载波频率跟踪阶段时间长短。因此,捕获算法的设计是软件接收机设计中的关键问题。本课题重点研究GPS软件接收机的直接序列扩频伪码捕获问题,并从数字化处理、捕获算法研究、捕获电路的优化几个方面进行了研究设计。首先,论文介绍了GNSS的基本发展情况及GPS系统所采用的直接序列扩频通信原理,研究了GPS信号构成、信号的产生及特性,阐述了软件接收机各组成部分,从结构、功能等方面对比硬件接收机与软件接收机。其次,分析捕获原理,重点阐述了常用的三种捕获算法,即滑动相关捕获、并行频率捕获及匹配滤波器捕获,并从算法的运算量、复杂程度、硬件实现上进行对比,分析利弊,总结影响捕获的三个重要因素,即卫星运动产生的多普勒效应、搜索信号时采用的所搜步长以及捕获数据的长度。并提出适合本文捕获研究的信号检测、判决方法、数字下变频模块等。最后,根据上文对常用捕获方法的分析,提出改进FFT快速捕获方法。本文对C/A码的码相位并行搜索,对多普勒频移实施串行搜索,大大缩减搜索空间。采用FFT算法并行完成接收信号与本地伪码的相关运算,并在使用FFT运算过程中,利用圆周相关运算,减少FFT运算次数,从而减少计算量提高捕获速度。然后利用仿真分析,与传统算法进行对比。
黎山[7]2012年在《GPS软件接收机基带关键技术的研究与实现》文中研究表明基于软件无线电的思想提出来的GPS软件接收机是目前卫星导航领域的一个非常重要的课题，软件实现的接收机具有低成本、高灵活、易开发等特点，并且能更深入地进行基带算法的研究。随着各国卫星导航系统的快速发展，多系统、多信号与多频率兼容的接收机将成为一种趋势，卫星导航的研究重点也将更多地集中在信号处理算法上，因此，对GPS软件接收机的研究，尤其是基带关键算法的研究，具有十分重要的现实意义。本文重点对GPS软件接收机基带捕获算法与跟踪算法进行研究和探讨。通过对传统捕获方法与门限的分析，提出了一种基于FFT改进的差分相干累积的捕获方法，具体包含了相干积分的块累加、多普勒圆周移位搜索和差分相干累积三种优化，从而更好地平衡捕获灵敏度与运算效率的关系；在深入研究二阶锁相环的模型及其参数对性能的影响后，给出了基于载波辅助改进的Costas环与延迟锁定环组合的跟踪环路，提高了环路的噪声性能；最后采用C++编程语言对提出的基带算法进行了软件实现，设计了GPS软件接收机，并把系统核心模块编译成动态链接库，增加了软件的封装性与灵活性。文中采用GPS仿真中频信号源与实际采集的中频数据进行了多项实验与分析，验证了捕获算法具有较高的灵敏度，理论上能接收到低至-39dB的弱信号，并在实际上能捕获到大于4颗可见卫星信号，跟踪算法能稳定跟踪信号并实时解调出导航数据，设计的软件接收机基本完成了基带信号处理的功能，定位结果与硬件接收机的结果相当，具有一定的可行性。
李旸[8]2008年在《Galileo软件接收机设计及其关键算法的研究》文中研究表明本文概括了Galileo信号的特点和结构,并深入分析了Galileo L1信号的两个关键技术BOC调制和CASM复用。同时针对本文目标,对卫星通信中的信道模型进行了简化和分析。在此基础上,最终实现了对接收端L1路信号的仿真。本文利用基于FFT的时域并行捕获算法实现了对BOC信号的捕获,随后利用Costas环和改进的DLL实现了BOC信号的跟踪。最终,设计完成了针对Galileo L1-B码的软件接收机。传统C/A码的捕获/跟踪算法应用于BOC信号时具有模糊性。本文总结了已有针对BOC信号的非模糊算法。随后提出了一种新的理论模型分析BOC信号,多载波BOC模型。在这种模型下,本文对一种非模糊的算法,BPSK-like法,进行了改进,提出了二阶BPSK-like法(SOB)。理论和仿真结果均表明,新算法优于传统算法。
黄鹏达[9]2008年在《微弱GPS信号捕获算法研究》文中研究指明GPS信号在正常情况下,到达地面的强度是-130dBm,在这样的信号强度条件下,GPS信号是很容易被捕获的,并进行相应的跟踪,解码等后续处理的。但是,当需要在室内,城市街道,森林等环境下使用GPS信号的时候,由于载波在传播路径上被阻挡,以及由反射,折射,衍射等造成了多径效应,使得GPS信号的信噪比下降,可下降20dB,这使得对GPS信号的捕获变得较为困难。但是随着卫星导航定位技术,应用领域的不断推广,相应的使用GPS的地理范围也不断的扩大,对在室内,城市街道,森林,等环境下的定位需求大为提高。开展对GPS信号严重衰减的环境下的信号捕获研究,不论对于日益扩大的民用导航定位的需求,以及已经未来战争中可能发生的城市巷战,丛林作战等军事用途都具有很重要应用价值。因此,针对这样一种室内等弱信号环境下进行定位导航的需要,本文针对GPS导航定位技术中的信号捕获部分做了相关的研究。在充分的了解前人对GPS信号捕获的基本原理和基本算法后,以及为提高GPS接收机灵敏度,前人所做的努力之后,创新的将谱相关算法应用到微弱GPS信号的捕获算法处理中,取得了较好的仿真效果。需要提到的是,本文进行的算法研究是基于软件无线电的基础之上,这样有助于更改各类不同类型的算法;并且为了在捕获算法的仿真中,使用较为精确的GPS信号的信噪比,本文都采用了个人电脑模拟的GPS信号用于仿真实验。本文的主要工作包括以下几个方面:本文建立了基于软件无线电设计思想的GPS接收机,分析了该接收机的系统结构,以及两个重要的参数采样时间和采样频率的选取。本文根据GPS信号中的C/A码结构,以及接收机设计中说设定的采样频率和采样时间,提出并仿真了考虑接收机噪声,码间干扰,以及电离层干扰的模拟GPS信号。本文分析了GPS信号捕获过程中需要考虑的一些基本因素,GPS卫星信号可能发生的多普勒频移范围,最大电文长度考虑,捕获中的频率步长设定。在此基础之上,仿真了传统的GPS信号捕获算法,传统捕获方法的FFT实现,循环相关捕获方法,延迟与积累捕获方法以及长数据相干处理。本文分析了影响GPS软件接收机灵敏度的几个重要因素,在此基础之上,分析了适用与微弱信号处理的块GPS信号捕获算法,并做相应的仿真。本文将循环谱相关方法应用于GPS信号的捕获,改善了接收机性能,降低了可捕获GPS信号的S/N。
季伟波[10]2011年在《GPS软件接收机捕获关键技术研究》文中进行了进一步梳理GPS软件接收机技术是近年来卫星导航领域出现的一项新兴技术,捕获是研究软件接收机的关键技术之一。国外已经研制出了基于L1C/A码的单频GPS软件接收机,目前正在朝着高灵敏度、多信号融合等方向开发实用的高性能卫星导航软件接收机。国内在GPS软件接收机技术方面的研究起步较晚,GPS软件接收机捕获面临着速度慢,灵敏度低等缺陷。因此,突破核心技术,对于增强我国在卫星导航领域的竞争力具有重要意义。论文主要针对GPS软件接收机基带信号处理中的微弱信号捕获方法、快速捕获和跟踪方法展开研究,研究内容与成果如下:(1)针对软件接收机捕获微弱信号,融合多数据点和差分捕获算法的优点,研究了改进型的相干非相干捕获算法,弥补了相干非相干捕获无法解决的数据位跳变、噪声叠加问题。仿真结果表明,改进后的算法能够捕获到低至20dB信噪比的信号,提高了软件接收机捕获灵敏度。(2)由于码产生在软件接收机跟踪中耗时最多,研究了码存储跟踪算法,码存储算法消除了码产生的时间。实验证明,码存储方法节省了一半的跟踪时间,提高了软件接收机跟踪速度。(3)针对软件接收机捕获速度的提高,研究了FPGA快速捕获,FPGA快速捕获是以FPGA实现捕获的方式,在个人计算机中捕获的相关处理是采用流水线作业,而FPGA中相关器并行作业,并行处理速度要高于流水线速度。该实现方法主要采用下采样方法,将5714点下采样到1024点进行FFT变换,利用FPGA内核IP进行FFT和反FFT变换。基于Qurtus软件对捕获中的每个模块进行了研究分析,得到了捕获结果码相位和载波频率,并将捕获结果运用到跟踪实验中进行验证,实验证明了捕获的结果正确性。
参考文献：
[1]. 北斗/微惯导组合导航方法研究[D]. 何晓峰. 国防科学技术大学. 2009
[2]. GPS弱信号捕获算法研究及其在软件接收机上的实现[D]. 马若飞. 哈尔滨工业大学. 2010
[3]. 基于GPS软件接收机的微弱信号捕获跟踪算法[D]. 张迎新. 西安科技大学. 2014
[4]. GNSS软件接收机高动态载波跟踪环路关键技术研究[D]. 张晶泊. 大连海事大学. 2012
[5]. 软件接收机检测算法的研究[D]. 李红星. 西安电子科技大学. 1999
[6]. GPS软件接收机捕获算法研究[D]. 邢方剑. 太原理工大学. 2014
[7]. GPS软件接收机基带关键技术的研究与实现[D]. 黎山. 暨南大学. 2012
[8]. Galileo软件接收机设计及其关键算法的研究[D]. 李旸. 上海交通大学. 2008
[9]. 微弱GPS信号捕获算法研究[D]. 黄鹏达. 电子科技大学. 2008
[10]. GPS软件接收机捕获关键技术研究[D]. 季伟波. 南京邮电大学. 2011
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