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卫星导航多径分析与LabVIEW平台的信号源设计

孙吉功  
【摘要】:全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是美国主导、以军事目的而建立,目前已经扩展到很多领域,在国防军事、航天航空、大地测量等领域有着广泛应用。在定位导航过程中,各种干扰可以看作卫星本信号的多径信号来处理。基于此,本文主要目的是设计一款多功能导航信号源,能够产生真实的GPS导航信号,并且能够模拟传播环境中多径信号的各种特性。首先,本文阐述了GPS系统的基本原理,从卫星导航系统的组成、卫星导航定位原理、卫星信号参数计算算法、接收机参数计算算法四个方面进行了详细分析,并对卫星参数和接收机参数进行了实际运算,给出了计算结果。然后,本文提出了实施多径干扰的系统模型,提出了多径信号的设计方法,从选星策略和干扰位置选取两个方面进行了论证,该方法主要依据接收机进行位置解算过程中对各卫星伪距变化的敏感程度不同而进行的。在选星策略方面,本文提出了伪距法、投影法两种方法,经证明,这两种方法本质上是一致,可依据不同的应用场景择优利用;在干扰位置选取上,本文从偏离方向选取和偏离值选取两个方面进行论证。因为导航卫星的空间分布不同,其对偏离方向的牵引也各不相同,基于此,本文提出了一种基于导航卫星空间分布选取牵引方向的方法。对偏离值的选取主要基于躲避接收机的RAIM检测进行论证。为了既要以最小的代价达到最大的偏离效果,同时还要尽可能避免被接收机检测出来。本文详细分析了接收机RAIM检测算法对多径干扰的影响,提出了躲避RAIM检测的多径信号生成算法。仿真结果显示,当利用3个多径信号时,就可以达到理想的偏离效果,并且能很好地躲避接收机的RAIM检测。最后,本文基于对LabVIEW平台的研究,设计出多功能信号源,对每个模块给出了详细的设计流程和设计方法,展示了软件设计界面,简单介绍了各部分参数设置,并对各部分功能进行了分析验证,并重点设计了多径信号生成部分。为了使接收机能充分演示多径干扰,设计了定点、圆周、直线、特定方向、轨迹共5种欺骗模式,在每种模式中,可以通过设置多径信号的增益、时延来控制接收机定位结果。通过使用安卓手机作为接收机进行测试,可以很好地达到干扰定位的目的,验证了多径信号理论设计的准确性和可行性。


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