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北斗信号矢量跟踪算法研究

北斗信号矢量跟踪算法研究

作者：吴谋炎哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在全球广泛开展卫星导航系统的研究的同时,我国北斗卫星导航系统(BDS)也在快速组建,并开始从区域性服务向全球性服务拓展。卫星导航接收机作为用户端,随着航空、航天、军事等各个领域的应用对于导航系统性能要求的提升,始终是卫星导航... 详细信息

在全球广泛开展卫星导航系统的研究的同时,我国北斗卫星导航系统(BDS)也在快速组建,并开始从区域性服务向全球性服务拓展。卫星导航接收机作为用户端,随着航空、航天、军事等各个领域的应用对于导航系统性能要求的提升,始终是卫星导航领域的研究热点。矢量跟踪是一种提高接收机在复杂应用环境下可靠性的关键技术,同时是GNSS/INS深组合导航的核心技术之一。本文以北斗卫星导航系统为研究背景,通过对现有的矢量跟踪算法进行研究,给出一种北斗信号分布式相干VDFLL矢量跟踪算法的设计,并对其性能进行测试和分析。文章的主要研究内容如下:(1)论文首先研究了北斗卫星信号的结构和特性,介绍基于软件接收机的传统北斗信号处理方法,主要包括:信号捕获、跟踪和导航解算。重点分析了北斗传统标量跟踪(Scalar Tracking Loop,STL)的方法,包括载波锁相环、载波锁频环和码环;在介绍载波环、码环的基础上,分析其环路噪声来源以及跟踪门限。传统的北斗信号跟踪和导航解算结果为矢量跟踪提供初始化信息。(2)深入探讨了北斗信号矢量跟踪技术,阐明了标量跟踪与矢量跟踪(Vector Tracking Loop,VTL)的区别,突出了矢量跟踪在信号遮挡、弱信号、高动态等环境下的优越性。在此基础上,重点研究了北斗矢量跟踪环路的系统建模和参数确定的方法,证明了基于位置模型和伪距模型的两种建模方法实现矢量跟踪的可行性,并推导了这两种模型的系统参数。针对矢量跟踪环路的结构,详细分析了集中式相干矢量跟踪、分布式相干矢量跟踪和非相干矢量跟踪三种环路结构,并对这三种结构的优缺点进行总结和对比。(3)系统地设计了北斗信号分布式相干VDFLL(Vector Delay Frequency Lock Loop)矢量跟踪算法。详细推导了通道预滤波器的量测模型,给出了状态量的选取与状态模型的建立,实现了预滤波器的EKF处理算法,并展示了所设计的预滤波器的跟踪结果与性能;在导航滤波器的建模中,设计了二阶位置模型对系统进行状态建模和量测建模。针对通道预滤波器和导航滤波器的量测噪声阵受环路噪声的影响,给出了矢量跟踪中的载噪比估计方法,采用附加噪声通道法(Additional Noise Channel Method, ANCM)实现对跟踪信号的载噪比估计,根据信号质量调整滤波器的量测噪声以实现环路的最优跟踪。最后,提出了采用标量依次处理方法来优化滤波器的量测更新;在此基础上设计了量测信息故障检测与隔离技术。这种量测更新优化的方法,减少了系统运算的负担且可以从中充分利用量测信息实现测量残余检测的RAIM算法,实现对于量测故障的检测和隔离。(4)对所设计的分布式相干矢量跟踪算法进行试验和性能测试,包括静态性能测试、桥接瞬时消失卫星测试、量测信息故障检测与隔离测试和动态性能测试。结果表明:与传统标量跟踪算法相比,所设计的分布式相干VDFLL矢量跟踪算法水平静态定位精度提高49.46%,天向静态定位精度提高30.65%;水平静态定速精度提高30.30%,天向静态定速精度提高23.68%。同时,分布式相干VDFLL矢量跟踪环路具备桥接瞬时消失卫星的能力,能够实现快速重跟,而传统标量跟踪通道失锁无法继续跟踪,只能进行重新捕获。本文所设计的测量残余检测算法,实现了对量测故障的检测和隔离,有效避免了矢量跟踪环路容易受单通道过大的噪声或错误造成的系统污染的问题。在动态性能方面,分布式相干VDFLL矢量跟踪的水平动态定位精度比传统的标量跟踪的水平动态定位精度提高29.05%,天向动态定位精度提高46.32%;水平动态定速精度提高2.10%,天向动态定速精度提高15.27%,表明分布式相干VDFLL矢量跟踪比传统标量跟踪的动态性能更为优越。随着北斗卫星导航系统的加速发展,本文对北斗信号矢量跟踪算法的研究为提高北斗导航接收机的性能提供了一定的参考,同时,为BDS/INS深组合导航技术的本土化做了一定的铺垫。

关键词：矢量跟踪北斗信号分布式结构 VDFLL 卡尔曼滤波

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组合导航的集中式容错卡尔曼滤波算法

哈尔滨工程大学学报 2021年第6期42卷 845-850页

作者：赵琳康瑛瑶程建华吴谋炎哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对多源信息组合导航系统中集中卡尔曼滤波器存在的斜坡噪声抑制难题,本文提出一种容错卡尔曼滤波算法。该算法在传统极大似然抗差估计的基础上,进一步考虑量测信息的先验概率分布,设计量测信息在线质量评价函数,当量测信息含有阶跃噪... 详细信息

针对多源信息组合导航系统中集中卡尔曼滤波器存在的斜坡噪声抑制难题,本文提出一种容错卡尔曼滤波算法。该算法在传统极大似然抗差估计的基础上,进一步考虑量测信息的先验概率分布,设计量测信息在线质量评价函数,当量测信息含有阶跃噪声、冲击噪声、及斜坡噪声时实现对量测信息的质量评价,并依据质量评价信息构造量测噪声权函数与自适应因子,通过调节量测信息权重,抑制包括斜坡噪声在内的量测粗差对滤波精度及可靠性的影响,实现容错滤波。将该算法应用于多传感器组合导航系统中进行仿真实验验证,仿真结果证明:本文提出的容错卡尔曼滤波算法可以有效抑制量测信息中的阶跃噪声、冲击噪声、及斜坡噪声,滤波器的可靠性和精度得到了有效提升。

关键词：集中滤波容错滤波自适应滤波斜坡噪声质量评价函数等价权函数自适应因子组合导航

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基于分布式结构的BDS矢量跟踪环路研究

基于分布式结构的BDS矢量跟踪环路研究

一种基于线性调频Z变换和陷波器的GNSS正弦波干扰去除方法

作者：丁继成吴谋炎罗治斌赵琳哈尔滨工程大学自动化学院

针对北斗卫星导航系统（BDS）信号在信号遮挡、信号弱等情况下传统标量跟踪性能下降的问题,设计了一种基于分布式结构的矢量跟踪环路,采用通道预滤波器替代传统的鉴相器,避免了鉴相器的非线性误差。通过EKF导航滤波器实现BDS跟踪与导航... 详细信息

针对北斗卫星导航系统（BDS）信号在信号遮挡、信号弱等情况下传统标量跟踪性能下降的问题,设计了一种基于分布式结构的矢量跟踪环路,采用通道预滤波器替代传统的鉴相器,避免了鉴相器的非线性误差。通过EKF导航滤波器实现BDS跟踪与导航解算的融合,实现BDS信号的联合矢量跟踪。采用VFLL辅助PLL实现矢量跟踪中的载波相位跟踪,利于后续基于载波相位的定位研究。最后,通过卫星信号模拟器设备生成信号对矢量跟踪环路和传统标量跟踪环路进行测试和性能分析对比。试验结果表明:分布式结构的BDS矢量跟踪环路具有桥接瞬时遮挡消失信号能力,且动态定位测速性能优于传统标量跟踪环路,有效提高了BDS接收机的跟踪和定位性能。

关键词： BDS 分布式结构矢量跟踪 EKF

来源： cnki会议评论

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一种基于线性调频Z变换和陷波器的GNSS正弦波干扰去除方法

基于嵌入式平台的GNSS/INS组合导航时间同步方法研究

第九届中国卫星导航学术年会

作者：罗治斌丁继成赵琳吴谋炎刘科哈尔滨工程大学自动化学院国防科技大学机电工程与自动化学院

GNSS信号非常微弱,因此极易受到电磁干扰。连续波干扰实现难度小,成本低,被一些类型的GNSS干扰机所采用。本文提出了一种基于线性调频Z变换和二阶IIR陷波器的连续波干扰去除算法,首先,通过线性调频Z变换精细估计连续波干扰频率。然后,... 详细信息

GNSS信号非常微弱,因此极易受到电磁干扰。连续波干扰实现难度小,成本低,被一些类型的GNSS干扰机所采用。本文提出了一种基于线性调频Z变换和二阶IIR陷波器的连续波干扰去除算法,首先,通过线性调频Z变换精细估计连续波干扰频率。然后,通过选择合适的IIR陷波器参数,采用陷波器去除干扰,并且更多的保留导航信号频率成分。本文提出方法的性能与传统的自适应FIR滤波器和频域消除法进行了比较。实验表明,传统自适应FIR滤波器算法和频域消除算法在干扰功率逐渐提高时对干扰的去除效果显下降,即在滤除干扰的同时过多的滤除了导航信号。而本文提出干扰去除算法可以在正弦波干扰干信比为60 d B的情况下实现对连续波干扰的去除,并且使GNSS接收机信号跟踪达到无干扰时的水平。此外,本文提出的算法也可应用于其他窄带干扰去除中。

关键词： GNSS接收机正弦波干扰线性调频Z变换陷波器

来源： cnki会议评论

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遥测遥控 2016年第3期37卷 15-22页

作者：丁继成吴谋炎赵琳罗治斌哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对GNSS/INS组合导航数据融合前时间同步问题,提出一种应用FPGA+DSP通用嵌入式平台实现GNSS/INS组合导航时间同步的方法。提出的时间同步系统以GNSS接收机的PPS所触发的可调脉冲作为时标,利用FPGA实现PPS、GNSS和INS的数据采集和时间计... 详细信息

针对GNSS/INS组合导航数据融合前时间同步问题,提出一种应用FPGA+DSP通用嵌入式平台实现GNSS/INS组合导航时间同步的方法。提出的时间同步系统以GNSS接收机的PPS所触发的可调脉冲作为时标,利用FPGA实现PPS、GNSS和INS的数据采集和时间计数,利用DSP实现同步时间差的计算补偿以及INS数据外推拟合,从而实现GNSS/INS实时数据同步输出。实验结果表明,研制的GNSS/INS组合导航时间同步系统同步精度可达1.5ms,能够满足一般中低精度车载组合导航系统时间同步需求。

关键词：通用嵌入式平台时间同步组合导航

基于STM32的惯性传感器数据采集系统设计

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无线互联科技 2016年第2期13卷 55-58页

作者：许兆新方涛丁继成吴谋炎哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

文章介绍了一种基于STM32的惯性传感器数据采集系统的设计方法。采用STM32作为核心处理器,通过SPI通信协议完成核心处理器对惯性传感器数据的采集,并通过RS232串口实现核心处理器与上位机实时通信。阐述了系统工作原理以及相关硬件和软... 详细信息

文章介绍了一种基于STM32的惯性传感器数据采集系统的设计方法。采用STM32作为核心处理器,通过SPI通信协议完成核心处理器对惯性传感器数据的采集,并通过RS232串口实现核心处理器与上位机实时通信。阐述了系统工作原理以及相关硬件和软件设计,核心处理器内部集成功能模块丰富,无需外部扩展芯片,大大简化了系统设计。实际数据采集过程及结果表明,系统具有软硬件设计稳定可靠、采集数据真实准确、数据显示和保存方便等优点。

关键词： STM32 惯性传感器数据采集 SPI通信

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离子液体萃取分离液相中酚类物质的研究进展

化工进展 2024年第10期43卷 5765-5777页

作者：齐亚兵刘子炎西安建筑科技大学化学与化工学院陕西西安710055

离子液体包括咪唑类、胆碱类、铵类、季类、吡啶类、吡咯烷类等,是一种具有难挥发、不易燃、对热稳定、溶解能力强等优点的绿色溶剂,可充当高效萃取剂或萃取添加剂,用于液相中酚类物质的萃取分离。本文系统地介绍了不同类型离子液体萃... 详细信息

离子液体包括咪唑类、胆碱类、铵类、季类、吡啶类、吡咯烷类等,是一种具有难挥发、不易燃、对热稳定、溶解能力强等优点的绿色溶剂,可充当高效萃取剂或萃取添加剂,用于液相中酚类物质的萃取分离。本文系统地介绍了不同类型离子液体萃取液相中酚类物质的机制和性能,全面追踪了离子液体萃取分离液相中酚类物质的最新研究进展,深入解析了离子液体萃取液相中酚类物质过程的影响因素,整体上分析了离子液体萃取液相中酚类物质存在的问题,最后展望了离子液体萃取液相中酚类物质的发展前景。未来离子液体萃取液相中酚类物质技术的发展方向为以下三个方面:一方面,开发低黏度、低水溶性、低毒性、低成本、高稳定性、高萃取率、高选择性、容易生物降解的离子液体;另一方面,离子液体容易与萃余相分离,回收后的离子液体可多次循环使用且能保持较好的萃取性能;最后,离子液体萃取剂与萃取器要高度统一、有机结合,才能达到最佳的萃取效能。

关键词：离子液体萃取分离回收酚类物质废物处理

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基于计算机影像扫描分析技术的水土保持研究与应用

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中国战略新兴产业 2024年第3期 65-67页

作者：吴谋凡国网福建省电力有限公司福鼎市供电公司

国家电网公司在电力工程施工作业过程中重视水土保持工作，不断加大水土保持与生态环境保护投入力度，实现减少扰动土地面积、控制水土流失、保护生态环境的目的。通过地面激光扫描仪和无人机在地面部分进行测量扫描，可以获取点云数据... 详细信息

国家电网公司在电力工程施工作业过程中重视水土保持工作，不断加大水土保持与生态环境保护投入力度，实现减少扰动土地面积、控制水土流失、保护生态环境的目的。通过地面激光扫描仪和无人机在地面部分进行测量扫描，可以获取点云数据，从而识别电力走廊区域和输电杆塔周边林木植被的类型和分布情况。地下部分应用隧道扫描技术，识别植物的根系生长情况，对根长度和根生态进行研究，分析不同地质情况和营养环境下植物的生根能力，增强水土保持工作。

关键词：水土流失扫描根生态

计算机图形影像技术在植物根系微环境分析中的应用

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集成电路应用 2024年第2期41卷 290-291页

作者：吴谋凡国网福建省电力有限公司福鼎市供电公司福建355200

阐述微流控和计算机图形影像分析技术,它能够提升微观分析能力,实现微观实验信息的可视化和自动化。成像技术提高了图像质量,通过计算机辅助分析,可以获取更多微观环境变化信息。

关键词：微流控图形影像实验信息可视化