微弱GNSS信号跟踪技术综述
GNSS技术及其发展趋势
GNSS技术及其发展趋势GNSS技术是一种全球导航卫星系统，通过在地球轨道上部署多颗卫星，使用户能够在全球范围内定位和导航。
GNSS系统主要包括美国的GPS 系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的伽利略系统、中国的北斗系统等。
这些系统提供了高精度的定位和导航服务，广泛应用于航空航天、交通运输、地质勘探、农业等领域。
GNSS技术的发展可以追溯到上世纪70年代，当时美国推出了全球定位系统（GPS），成为第一个建立完全功能的GNSS系统。
随着技术的不断进步，GNSS系统逐渐普及并开始在各个领域发挥重要作用。
近年来，GNSS技术持续发展，主要表现在以下几个方面：1.高精度定位：随着技术的进步，GNSS系统的定位精度不断提高，目前可以实现厘米级的高精度定位。
这种高精度的定位服务在精准农业、测绘测量等领域有着广泛的应用。
2.多系统融合：为了提高定位的可靠性和准确性，现在通常采用多系统融合的方法，将多个GNSS系统的信号进行融合处理，从而提高定位的稳定性和精度。
3.室内定位：传统的GNSS系统在室内环境下信号弱，难以实现精确定位。
为了解决这个问题，研究者们提出了室内定位技术，包括基于Wi-Fi、蓝牙、惯性导航等技术。
4.GNSS增强技术：为了进一步提高GNSS系统的性能，研究者们提出了一系列的增强技术，包括差分GPS、实时运动学等技术，可以提高定位的精度和鲁棒性。
5.GNSS在智能交通中的应用：智能交通正成为未来城市发展的重要方向，GNSS技术在智能交通系统中有着广泛的应用，包括车辆导航、车辆监控、道路管理等方面。
未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，GNSS技术将会继续发展。
未来GNSS技术的发展趋势可能包括以下几个方面：1.多系统融合：随着全球导航卫星系统的不断发展，多系统融合将成为未来的发展趋势。
不同系统之间的互补性和融合将提高定位的可靠性和精度。
2.室内定位技术的发展：随着室内定位需求的增加，室内定位技术将会成为未来GNSS技术的重要方向。
一种INS辅助GNSS高动态弱信号标量跟踪方法
模型 ， 基于该模 型可知 Ｉ Ｆ Ｌ Ｌ ２ 对本地振荡器 的抖动噪声抑制能力更强 ， 可更多地 降低跟踪环 路带宽 ， 故其性 能优于
Ｉ Ｎ Ｓ辅助锁相环 （ Ｉ Ｐ Ｌ Ｌ ） 的性 能。高动态仿真试验结果表 明高 动态环境 下独立式 三阶锁相环 可跟踪载 噪 比为 ２ ８ ｄ Ｂ ．
Ｈｚ 的Ｇ Ｐ Ｓ Ｌ １ Ｃ ／ Ａ卫 星信 号 ， Ｉ Ｎ Ｓ 辅 助最 优带宽二阶锁频环算法可跟踪载噪 比为 １ ９ ｄ Ｂ — Ｈ ｚ 的卫星信号 ， 基 于本算法 的接收机的干扰 抑制能力 提高了 ９ ｄ Ｂ ， 与理论分 析结果 相当。
第３ ４卷 第 １ ０期 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０ １ ３ 年 １ ０月
宇 航
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Ｖ ｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． １ ０ Ｏｃ ｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ２ ０ １ ３
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gnss 跟踪 原理
gnss跟踪原理
GNSS（全球导航卫星系统）跟踪的原理是基于接收器从多颗卫星接收信号并计算其位置的技术。
GNSS系统包括全球定位系统（GPS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）、格洛纳斯（GLONASS）和北斗卫星导航系统（BeiDou）等。
以下是GNSS跟踪的基本原理：
1.卫星信号传播：GNSS卫星发射无线信号，包含了卫星的位置、时间信息以及导航数据。
这些信号以电磁波的形式传播到地球。
2.接收器接收信号：GNSS接收器（例如GPS接收器）安装在地面、飞行器、船只或车辆等设备上。
接收器接收来自多颗卫星的信号。
3.信号延迟计算：GNSS接收器通过测量接收到信号的时间来计算信号的传播时间。
考虑到信号传播的速度是光速，通过测量时间可以得知信号传播的距离。
4.三角测量：接收器同时接收多颗卫星的信号，并使用三角测量原理计算设备的位置。
通过知道设备到每颗卫星的距离，可以确定设备在三维空间中的坐标。
5.时钟同步：GNSS接收器需要与卫星的精确时钟同步，以确保测量的准确性。
卫星的时钟通常比普通设备的时钟更准确。
6.多路径效应校正：由于信号在传播过程中可能发生反射和散射，导致接收器接收到的信号包含来自不同路径的分量。
接收器通常会使用算法来校正这些多路径效应，以提高位置测量的准确性。
总体来说，GNSS跟踪的原理是通过测量卫星信号的传播时间和三角测量等技术，确定接收器的位置。
这使得GNSS系统成为定位、导航和时间同步等领域中广泛应用的技术。
卫星导航终端对抗技术综述
卫星导航终端对抗技术综述一、背景与概述：卫星导航终端逐渐成为人们生活、生产和军事等领域不可或缺的工具，卫星导航技术不仅可以进一步提高效率，也可以保证安全。
然而，卫星导航终端对抗技术（GNSS对抗技术）也逐渐发展壮大。
GNSS对抗技术是的指利用各种手段破解、攻击、干扰卫星导航终端，从而影响其正常功能的一系列技术手段。
这种被攻击的方式可能来自于个人攻击者，组织或政府等的攻击和干扰，都可能有意或无意对GNSS造成危害。
随着卫星导航终端应用的不断增加和GNSS对抗技术的不断成熟，如何有效地保障卫星导航系统（如GPS系统）的安全和可靠性成为了一个重要的问题。
本文对GNSS对抗技术的攻击方式、现有的防护措施、未来的改进方向等方面进行了分析和总结，以便防止实际应用过程中的攻击和干扰。
二、攻击方式：GNSS对抗技术主要包括以下方式：1. 信号干扰。
通过在GPS系统上发送误导信息或误导无线电信号，干扰接收端信号的传播，从而达到干扰卫星导航终端的目的。
2. 信号欺骗。
通过伪造卫星信号，虚假指令或其他方式欺骗卫星导航终端，从而影响其正常功能。
3. 信号屏蔽。
通过将卫星导航终端放在屏蔽物的后面或强制关闭其接收设备来屏蔽信号。
4. 信号传递延迟。
通过将信号传递到卫星导航终端之前延迟信号传播时间，从而使卫星导航终端计算位置时出现错误。
三、现有防护措施：1. 信号过滤器。
信号过滤器可以帮助在GPS接收端内部识别和过滤非法的GPS信号，从而消除信号的干扰和欺骗。
2. 区域限制。
区域限制是通过对需要保护的区域进行划分，限制某些卫星信号（如特定频率）的传播。
当系统检测到非法信号时，将使非法信号无法传播到被保护的区域。
3. 外部干扰检测。
外部干扰检测技术可以对GPS接收端进行实时检测，并且在检测到干扰时向用户发出相关警报。
这种技术可以对抗来自信号发送者们的大范围干扰。
四、未来的改进方向：随着技术的不断发展，如何进一步提升卫星导航系统的安全与可靠性成为研究呼声的一个重要领域。
GNSS技术在测绘中的基本原理与使用方法
GNSS技术在测绘中的基本原理与使用方法导语：全球导航卫星系统（GNSS）是一项利用地面接收器接收卫星信号进行定位导航的技术。
在测绘领域，GNSS技术被广泛应用于地理信息系统、测量和地图制图。
本文将介绍GNSS技术的基本原理和使用方法，以帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、GNSS技术的基本原理GNSS技术基于卫星导航原理，通过测量接收器接收到的卫星信号以及测量时间延迟，实现地点的三维位置测量，包括经度、纬度和高度。
1. 卫星信号接收GNSS系统包括多颗在轨卫星，这些卫星通过无线电信号向地球发送导航信息。
接收器将卫星信号接收并解码，以确定卫星的位置和时间以及卫星与接收器之间的距离。
2. 信号传播时间延迟由于信号的传输速度相对于光速而言较慢，卫星信号在空气中传播时会受到一定的时间延迟。
接收器通过测量信号的传播时间延迟来计算卫星与接收器之间的距离。
3. 多卫星定位通过接收多颗卫星的信号，接收器能够计算出自身与每颗卫星之间的距离，并使用这些距离数据来确定自身的三维位置。
4. 定位解算接收器通过将多个卫星的距离数据组合在一起，使用三角定位或其他定位算法来解算自身的三维位置信息。
二、GNSS技术的使用方法GNSS技术在测绘中有多种使用方法，包括实时定位和后处理定位。
1. 实时定位实时定位是通过将接收器与电脑或其他设备连接，实时接收卫星信号并计算位置信息。
这种方法在现场测绘和导航中广泛使用，可以提供实时的位置信息，并且能够随时调整和纠正测量误差。
2. 后处理定位后处理定位是将通过接收器记录下来的数据导入计算机，使用专门的软件对数据进行处理和计算。
这种方法适用于需要更高精度和稳定性的测绘任务，可以通过差分校正和滤波算法来提高定位精度。
后处理定位通常在测绘办公室中进行，便于对数据进行详细的分析和校正。
三、GNSS技术在测绘中的应用GNSS技术在测绘领域有广泛的应用，下面分别介绍几个常见的应用场景。
1. 地图制图GNSS技术可以用于快速、准确地获取地理坐标信息，从而用于地图的制作和更新。
gnss论文
GNSS论文摘要GNSS（全球导航卫星系统）已成为现代导航系统中最重要的一部分。
该论文通过综述GNSS技术的发展历程、原理和应用，详细介绍了GNSS在航空、航海、交通、农业等领域的广泛应用，并分析了GNSS面临的挑战和未来的发展方向。
通过对全球导航卫星系统的了解，可以更好地认识到GNSS的重要性，并了解其在各个领域中的作用和潜力。
1. 引言全球导航卫星系统（GNSS）是一种利用一组卫星组成的网络进行全球导航和定位的技术。
通过GNSS技术，可以实现精确的位置和时间信息的获取，为各个领域的应用提供了重要的支持。
本文将从GNSS的发展历程、原理、应用以及面临的挑战和未来发展方向进行分析和讨论。
2. GNSS的发展历程GNSS技术的发展经历了多个阶段。
最早的导航系统是美国的GPS（全球定位系统），它在20世纪80年代开始建设，并于1994年实现全球覆盖。
随着技术的不断进步，欧洲的Galileo系统、俄罗斯的GLONASS系统以及中国的北斗系统相继建设完成，形成了全球范围内的多系统共存。
GNSS技术的发展为全球导航和定位应用提供了更多的选择和更高的精度。
3. GNSS的原理GNSS技术基于卫星发射的无线电信号和地面接收器之间的通信。
卫星通过精确的轨道运行，发射可用于定位和导航的信号。
地面接收器接收到来自不同卫星的信号，并通过计算信号传播时间和其他参数，确定接收器的位置。
GNSS的定位精度取决于卫星的数量和分布，接收器的接收能力以及信号传播的环境。
4. GNSS的应用GNSS在各个领域都有广泛的应用。
在航空领域，飞行员通过GNSS定位系统获得准确的飞行高度和目标位置，提高了航空安全和导航效率。
在航海领域，船只使用GNSS导航系统确保航线准确性和航海安全。
交通领域可以通过GNSS技术实现智能交通管理和车辆定位跟踪。
农业领域的精准农业管理依赖于GNSS定位和导航技术，实现了高效的农业生产和资源利用。
5. GNSS面临的挑战尽管GNSS技术在各个领域中有广泛的应用，但也面临着一些挑战。
GNSS导航信号质量监测技术发展现状
２ １ 年 ２月第 １ ００ 期
现代 导航
・ １‘
Ｇ Ｓ导 航 信 号 质 量 监 测 技 术 发 展 现 状 ＮＳ
范建 军，桑怀胜 ，董豆豆 ，冯晓超
（ 北京 ５ ３ 信箱 ，０ ０ ４ １６ １０ ９ ）
摘
要 ：不 同 的应 用场 合及 需求 ，信 号质 量监 测 设备 也有 多种 实现 方 式 。本 文总 结 了近年 来
Ｋｅ ｒ ｓ Ｓｇ ａ Ｑ ａｔ ｎｔｒ ｇ Ｍｕｔ ｏｒｌ ｏ ｅｈ ｉｕ ｓ ｙｗｏ ｄ ： ｉｎ ｌ ｕ ｌ Ｍｏ ｉ ｉ ； ｉ ｙ ｏｎ ｌｃ ｒ ａ ｒ ｃ ｎｑ ｅ ｉ ｅｔ Ｔ
GNSS技术的原理和应用
GNSS技术的原理和应用简介GNSS（全球导航卫星系统）是一种利用全球卫星定位系统进行导航和定位的技术。
它结合了多颗卫星和地面接收器，提供了精确的位置、速度和时间信息。
本文将介绍GNSS技术的原理和应用，并探讨其在不同领域的多种应用。
原理GNSS技术基于卫星定位系统，通过测量卫星和地面接收器之间的距离来计算接收器的位置。
其中，距离测量是通过接收卫星发射的电磁波信号来完成的。
GNSS系统中包括多颗卫星，它们分布在不同的轨道上，通过与地面接收器的交互，提供各个卫星的位置和时间信息。
GNSS技术的基本原理包括以下几个步骤： 1. 卫星发射信号：GNSS卫星向地面发射电磁波信号。
2. 地面接收器接收信号：地面接收器接收到卫星发射的信号，并测量接收到的信号的时间。
3. 距离测量：地面接收器利用接收到的信号的传播时间和光速，计算出卫星和接收器之间的距离。
4. 定位计算：通过测量到的多个卫星与接收器的距离，使用三角定位原理计算出接收器的位置。
5. 数据处理：接收器将获取到的位置信息进行处理，并提供给用户使用。
应用GNSS技术广泛应用于各个领域，为人们的生活和工作带来了便利。
以下是几种主要的应用领域：导航与定位GNSS技术为人们提供了精确的导航和定位服务。
通过接收卫星发射的信号，人们可以准确地确定自己的位置并制定导航路线。
这对于驾驶者、户外爱好者、航海者等都非常重要。
在交通领域，GNSS技术被广泛应用于车载导航系统和交通管理系统中。
车载导航系统可以帮助驾驶者选择最佳的路线和避开交通拥堵。
交通管理系统可以通过实时监控车辆位置，进行交通流量控制和路况预测。
农业与环境监测GNSS技术在农业和环境监测中也有广泛的应用。
农业方面，农民可以利用GNSS技术测量田地的边界和面积，实现精准施肥和精准种植，提高农作物的产量和质量。
在环境监测方面，GNSS技术可以用于测量地壳运动、地震活动和海平面变化等。
这些数据对于研究地球的变化和预测自然灾害非常重要。
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微弱GNSS 信号跟踪技术综述赖广锋1,罗 奎1,刘 波2,黄文俊3,陈 莹4(1.解放军理工大学通信工程学院研究生4队,江苏南京210007; 2.解放军理工大学通信工程学院训练部;3.中国人民解放军75706部队,广东广州510060;4.空军航空大学航空救生系,吉林长春130022)摘 要:文章首先分析传统GN SS 接收机的应用环境,在引入弱信号概念的基础上,讨论弱信号条件下进行导航的必要性,并阐述该领域目前的发展动向;接着由传统的GN SS 信号跟踪基本原理和跟踪性能指标,分析传统的跟踪方法应用于微弱信号跟踪时存在的瓶颈;最后综述近年来微弱GN SS 信号跟踪技术的研究现状,总结目前微弱G NSS 信号跟踪技术的局限并指出今后的发展方向。
关键词:弱信号;高灵敏度;跟踪;载波环中图分类号:T P 393文献标识码:A 文章编号:CN 32-1289(2010)04-0077-07Weak GNSS Signal Tracking TechnologyL A I Guang -f eng 1,L UO K ui 1,L IU Bo 2,H UA N G W en -j un 3,CH EN Ying4(1.Po stgr aduat e T eam 4ICE ,PL A U ST ,N anjing 210007,China ; 2.T raining Depar tment ICE ,P LA U ST ;3.U nit 75706of PL A ,Guangzhou 510060,China;4.A v iation U niv ersity of A irfo rce,Changchun 130022,China)Abstract :T he application environment o f the traditional GNSS r eceiver w as firstly analyzed ,fo llow ing the intr oduction o f the basic conception o f w eak GNSS signals .T hen a discussio n w asmade of the importance of the navig ation which w as based o n the w eak signal,and the dev elo p-ment of this area at hom e and abroad intro duced.Next,the basic traditio nal GNSS signal track-ing theor y w as intr oduced ,the measurement er ror w as ex patiated on ,according to the m easure-ment error ,the draw back of the tr aditional tracking technique in tracking the w eak sig nals w asanaly zed.In the end,the latest w eak GNSS sig nal tracking technique and its lim its w ere present-ed w ith future development direction.Key words :w eak sig nal ;hig h sensitivity ;tr acking ;carrier loo p卫星导航产业是当前全球发展最快的信息产业之一,GNSS 接收机在各行各业中得到了广泛应用。
传统的GNSS 接收机一般应用于地表,户外等导航信号强度较大的环境,在这些环境中,导航信号没有受到遮蔽、多径等影响,其载噪比C /N 0大致在35(dB -Hz )～55(dB -Hz )范围内,普通GNSS 接收机能够对C /N 0大于35(dB -Hz )的导航信号进行捕获和跟踪。
传统的GNSS 接收机起初并不是针对室内、隧道、密林等类似的工作环境设计的,在室内、城市、隧道、森林等复杂环境下,导航信号受到遮蔽和阻挡会造成20dB ～30dB 的衰减,这大大低于普通GNSS 接收机可能的跟踪和捕获门限。
为了实现对室内等弱信号环境下的定位,要求GNSS 接收机能够对C /N 0小于28(dB -Hz )的导航信号进行捕获和跟踪,通常将C /N 0小于28(dB -Hz )的导航信号称为弱信号[1],工作在弱信号环境下的导航接收机称为高灵敏度导航接收机。
高灵敏度导航接收机技术现在逐渐成为研究的热点,在民用领域,室内、高楼林立的城市街道和多层停车场等严重信号衰落环境下的应用需求越来越多;在军用领域,在恶劣的战场环境中为部队提供可靠的授 第31卷第4期2010年12月军 事 通 信 技 术Journal of M ilitar y Co mmunicat ions T echnolog y Vo l.31N o.4Dec.2010 收稿日期:2010-06-08;修回日期:2010-09-28作者简介:赖广锋(1983-),男,硕士生.时、位置、速度信息必不可少。
高灵敏度接收机的研究,始于上世纪90年代末期,源于美国E911法令的推动,许多国外的大学及研究机构,如加拿大的Calg ary 大学的定位导航研究小组(PLAN )[2],在弱信号条件下的导航定位技术和导航软件接收机等方面展开了广泛研究。
目前国外商用接收机的门限已经达到了-160dBm [3],比普通室外环境低30dB,遗憾的是由于商业保密,其内部结构不得而知。
高灵敏度导航接收机包括高灵敏度捕获和高灵敏度跟踪两项关键技术,本文主要介绍其中的跟踪技术。
1 传统GNSS 信号跟踪方法的瓶颈传统GNSS 信号跟踪基本原理如图1所示,首先,数字中频信号与载波相位跟踪环PLL(Phase Lo cked 图1 传统G N SS 信号跟踪基本原理Loop)所复现的载波混频,同相和正交分量的混频结果I 和Q 分别与码跟踪环DLL (Delay Locked Loop )所复现的超前(E)、即时(P)和滞后(L)三份伪码相关,经过积分和累加,产生相干积分值IE ,IP ,IL ,QE ,QP 和QL ;接着,即时支路上的相干积分值IP 和QP 作为PLL 鉴别器的输入,而其它两条相关支路上的相干积分值则作为DLL 鉴别器的输入;最后,PLL 和DLL 分别对它们的鉴别器输出值进行滤波,并将滤波结果用来调节各自的载波NCO 和伪码NCO 的输出相位和频率等状态,使PLL复现的载波与接收载波保持一致,同时又使DLL 复现的伪码与接收伪码保持一致,以保证下一时刻接收信号中的载波和伪码在跟踪环路中仍被彻底剥离。
图中的“载波辅助”是指将检测出的载波相位在DLL 数据更新间隔内的变化值反馈到DLL 的NCO ,通过细调码NCO 来校正由于多普勒效应引起的码延时偏移。
传统PLL 在实际的跟踪过程中,会受到诸如热噪声,动态应力,机械振动,Allan 偏差等许多因素的影响,这些因素都会引起PLL 的测量误差。
PLL 的3倍测量误差均方差可以写成[4]:3 PLL =3 2noise + 2vibr a + 2Allan + dynamic (1)式中, PLL 表示PLL 的1倍测量误差均方差, noise 表示由热噪声引起的测量误差; vibra 表示由机械振动引起的测量误差; Allan 表示由Allan 偏差引起的测量误差; dynamic 表示由动态应力引起的测量误差。
对PLL跟踪门限的一种保守估计方法是,PLL 的3倍测量误差均方差不得超过四分之一的鉴相牵引范围,当有数据调制时,PLL 鉴相器的牵引范围为180°,此时有:3 PLL ≤180°4=45°即2n oise + 2vibr a + 2Allan + d ynamic 3≤15°(2)上式表示,PLL 的1倍测量误差均方差必须小于15°,否则,传统的PLL 环路将会失锁。
由热噪声引起的测量误差可表示为: noise =180B C /N 01+12T coh C /N 0(3)式(3)中,B 表示PLL 环路噪声带宽(H z ),C /N 0表示载噪比,T coh 表示相干积分时间(s )。
传统PLL 一般采用二阶环,则由动态应力引起的测量误差可表示为:78军 事 通 信 技 术 2010年 dynamic =0.2809d R 2d t 2B 2(4)式(4)中,B 表示PLL 环路噪声带宽(H z ),R 表示接收机和卫星的直线距离(m ),d R 2d t 2表示接收机和卫星最大视线方向加速度动态(m/s 2)。
由机械振动引起的测量误差 vibr a ,取决于随机振动的频率、振荡器振动灵敏度以及随机振动的功率谱密度,参考文献[1]给出了 vibra 在普通应用中的经验值,大概在2°左右。
由Allan 偏差引起的测量误差 Allan ,与时钟参数、载波频率以及环路带宽B 有关,当环路带宽B 逐渐减小时, Allan 会逐渐占据误差的主导地位。
通过式(3)可知,在C /N 0较低的情况下,可以通过延长相干积分时间T coh 以及减小环路噪声带宽B 两种途径来减小噪声误差 noise 。
若采用延长相干积分时间T coh 的方法,一方面,由于调制数据长度的限制,当遇到导航电文跳变点时,继续积分将会造成能量损失,另一方面,载波动态以及晶振短期不稳定度也会引入噪声,无限制地延长相干积分时间T coh ,将会导致测量误差加大;同样地,若采用减小环路噪声带宽B 的方法,一方面,根据式(4),减小B ,将会导致动态应力测量误差 dyn amic 加大。
另一方面,当环路带宽B 逐渐减小时, A llan 会逐渐占据误差的主导地位。
综上所述,为了满足式(2),必须使得测量误差 noise , vibra , Allan , dynamic 足够小,一方面带宽B 应该尽量窄一些,相干积分时间T coh 应该尽量长一些,以减小热噪声测量误差 noise ,另一方面,带宽B 又要尽量宽一些,相干积分时间T coh 应该尽量短一些,以减小动态应力测量误差 dyn amic 以及晶振测量误差 Allan 。
这两方面相互矛盾和相互制约,限制了传统PLL 性能的提高。
参考文献[5]对传统PLL 的灵敏度进行了理论分析,在给定的相干积分时间T coh 前提下,首先得到对B 下限的约束,接着得到对C /N 0下限的约束。