SINS-GPS深組合方式下接收機信號跟蹤方法研究.pdf

1、組合導航系統(tǒng)是近代導航技術理論發(fā)展起來的新成果，基于慣性導航系統(tǒng)（INS）與全球定位系統(tǒng)（GPS）原理的基礎之上。由于兩者之間具有良好的信息互補性，功能特點上也具有許多互補性，捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)（SINS）與GPS深組合形式能夠有效的輔助SINS系統(tǒng)，克服其誤差隨著時間逐漸積累的缺陷，同時還能夠使得GPS的抗干擾能力得到提高，進而改善復雜環(huán)境下組合導航系統(tǒng)的跟蹤精度和工作性能，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到提高。目前我國正在建設的北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)

2、，預計2020年前后可以實現(xiàn)全球范圍內的導航定位輸出和通信工作。研制低成本的北斗/慣導組合導航系統(tǒng)將有利于我國導航事業(yè)更快、更好的向前發(fā)展，高精度導航系統(tǒng)將服務于我國的經濟建設與社會發(fā)展。
　　論文首先分析了組合導航系統(tǒng)中SINS和GPS基本原理，對于GPS信號組成及接收機內部結構設計進行了研究，分析了接收機中載波環(huán)和碼環(huán)中的鑒別器，列出了不同種類的鑒相方法，并給出其工作特性和鑒相性能。闡述了深組合系統(tǒng)三種典型的架構形式，并給出其

3、不同架構的結構框圖，研究了深組合系統(tǒng)內部不同的數(shù)據(jù)融合算法。深組合系統(tǒng)利用SINS輸出信息完成對GPS跟蹤環(huán)路輔助校正的任務，使得深組合系統(tǒng)擁有較強抵抗干擾的能力。非相關深組合系統(tǒng)利用跟蹤環(huán)路中的鑒頻器和鑒相器，通過比例求和運算得到偽距和偽距率量測更新值，隨后將其作為量測信息送入組合導航濾波器中參與濾波運算處理。相關深組合系統(tǒng)舍去了跟蹤環(huán)路中的鑒別器，直接利用I/Q支路輸出數(shù)據(jù)作為預濾波器的量測信息，對跟蹤環(huán)路中的狀態(tài)量進行聯(lián)合估算，有

4、效提高了信號參量的估計精度。
　　在基于深組合理論技術全面剖析、分類的基礎之上，本文設計了一種基于環(huán)路UKF濾波觀測的深組合算法，系統(tǒng)采用聯(lián)邦濾波結構，有效地改善了深組合系統(tǒng)設計的復雜性，詳細地推導了深組合方式下的預濾波器和主濾波器模型，并對跟蹤環(huán)路中的載波相位、載波頻率和碼相位等信號參量進行仿真分析。通過利用跟蹤環(huán)路中的相關器，將運算結果I/Q支路數(shù)據(jù)當作預濾波器的觀測信息，使用擅長處理非線性信號的UKF濾波算法來對預濾波器狀態(tài)

5、量與觀測量進行數(shù)據(jù)融合，很好的解決了系統(tǒng)觀測量與狀態(tài)量之間存在的非線性關系，并且給出了UKF濾波算法核心部分方程式的推導過程。然后把SINS和GPS系統(tǒng)各自輸出的載體姿態(tài)、位置、速度信息做差運算，結合衛(wèi)星自身星歷參數(shù)中的時鐘偏差和頻差，將其作為主濾波器的狀態(tài)量，通過使用預濾波器的輸出信息完成對深組合系統(tǒng)的狀態(tài)估算，進一步降低信號跟蹤過程中對于狀態(tài)量的估算誤差，從而顯著的改善了深系統(tǒng)跟蹤精度和工作性能。
　　便于能夠全面、準確的評估