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本研究主要针对导航信号的空时处理与矢量跟踪结合问题进行研究,以提高卫星导航接收机的抗干扰和复杂环境下的导航定位性能。主要内容包括:⑴研究了卫星导航阵列信号的空时过程,分析了载波和PRN空时处理过程的特性,提出了在空时信号延时累加波束赋形中和最优SINR等规则,改变了PRN码相位延时特性所引入的类多径效应所造成的PRN码相关相位准确度下降和定位精度劣化。⑵提出了空时相干约束的方法,在对阵列信号进行空时处理前,通过空时约束,固定卫星信号与接收机估计信号的相位关系,削弱空时处理对PRN码相关结果的影响,降低了空时处理引起的相位测量误差。⑶针对阵列信号的特征,建立了阵元信号差相位检测与阵列的位置姿态差的关系。使得阵列信号检测过程具有明确的空间位置、姿态意义,方便与其它空间测量传感器及卡尔曼滤波的融合。⑷研究了阵列导航信号和矢量跟踪条件下,状态向量、观测向量的选取策略与方法,推导了状态转移矩阵和观测矩阵。⑸研究了测距残差的影响因素以及矢量跟踪条件下的影响特性,在对测距残差分类的基础上,提出残差合并和估计方法,以剥离对阵列姿态和位置测量的影响。⑹提出了基于卡尔曼滤波的空时处理和矢量跟踪的融合方法,建立了相关算法的处理模型。通过空时相干约束、阵列位姿检测和观测量预处理与残差分类估计的方法,融合了卫星导航信号空间特性与导航解算过程,降低了卡尔曼滤波的复杂性,提高了递推滤波输入的可靠性和稳定性。同时,也降低了卡尔曼滤波融合其它导航定位传感器的复杂性。⑺设计了适用于导航信号阵列处理的硬件平台。论文选取了直接下变频射频前端、多通道AD和可编程SoC器件,搭建了实验平台,部署了相关算法,并进行了初步的定位精度测试。 本研究创新点在于:①提出了利用空时相干约束,解决由于阵列信号的空时处理造成的精度下降问题;②建立了天线阵列位置姿态偏差与导航信号相位检测的解析关系,获得了具有明确空间几何意义的观测量,对实现基于空间几何测量的异种导航定位传感器组合具有重要意义。③提出了空时处理与矢量跟踪融合的卫星导航定位解算方法,充分利用了卫星导航信号的空时特性,实现了信号处理过程与几何定位处理过程的深度融合,对发展新一代架构的卫星导航接收机具有积极作用。