北斗軟件接收機及慣性-衛(wèi)星超緊組合導航關鍵技術研究.pdf

1、衛(wèi)星導航系統(tǒng)以授時、測距及空間交會定位為基礎，可以向全球用戶提供全天候、連續(xù)、高精度三維位置、速度及時間信息，但仍因受到信號干擾及動態(tài)等因素影響而制約其工作性能。慣性導航系統(tǒng)具有不受外部環(huán)境影響特性而被作為可靠的導航信息來源，基于慣性和衛(wèi)星系統(tǒng)互補特性而構(gòu)建的慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)一直在不斷發(fā)展與完善。近年來，慣性/衛(wèi)星超緊組合逐漸被提出并引起廣泛關注，為改善衛(wèi)星導航抗干擾及高動態(tài)適應性能提供了新的技術途徑。因此，深入研究與分析超緊組合

2、技術中涉及的信號處理、架構(gòu)設計、組合模型及濾波方法等關鍵問題，對提升接收機及慣性/衛(wèi)星組合導航性能具有重要理論意義及應用參考價值。
　　本文在針對北斗導航軟件接收機核心捕獲、跟蹤等基帶信號處理算法進行研究的基礎上，進一步開展了慣性/衛(wèi)星超緊組合典型架構(gòu)、耦合機理及組合模型等內(nèi)容研究，并針對高動態(tài)擾動影響研究了基于抗差自適應濾波的超緊組合算法，最后進行基于FPGA+DSP超緊組合接收機試驗系統(tǒng)設計研究工作，主要工作包括了以下幾個方面

3、：
　　首先，開展了北斗軟件接收機核心捕獲算法分析及實現(xiàn)研究，在分析GPS L1及北斗B1信號調(diào)制特點基礎上，研究了經(jīng)典信號捕獲原理及方法，提出了可同時對多顆衛(wèi)星進行搜索、捕獲的多星聯(lián)合捕獲算法，并對多星捕獲算法進行了參數(shù)優(yōu)化與運算效率分析，最后利用實際采集衛(wèi)星中頻信號對多種捕獲算法進行了試驗性能對比及耗時分析，結(jié)果表明，聯(lián)合捕獲方法可有效提高軟件接收機盲捕狀態(tài)下對可見星的搜索與捕獲效率。
　　接著，開展了北斗軟件接收機信號

4、跟蹤及解調(diào)原理研究工作，分析了各通道信號相位及頻率變化與接收機動態(tài)之間的內(nèi)在關聯(lián)，研究了矢量跟蹤原理及環(huán)路模型設計方法，在分析矢量跟蹤算法中信號處理耗時特點基礎上，進一步提出基于位運算優(yōu)化的多通道信號矢量跟蹤算法，研究了基于抗差估計的參數(shù)優(yōu)化方法，最后，試驗結(jié)果表明矢量跟蹤算法相對于標量跟蹤方法可有效提高接收機在弱信號及動態(tài)環(huán)境下的跟蹤和導航性能，驗證了基于位運算矢量跟蹤算法相對原矢量跟蹤算法的信號處理速度提升作用。
　　然后，由

5、于矢量跟蹤方法僅利用接收機自身狀態(tài)對環(huán)路復制信號生成進行反饋控制，在較高動態(tài)情況下仍會出現(xiàn)環(huán)路失鎖現(xiàn)象，因此進一步開展了慣性/衛(wèi)星超緊組合技術研究，在針對國外典型超緊組合架構(gòu)進行調(diào)研分析基礎上，總結(jié)出超緊組合的核心特點，并深入分析了超緊組合接收機環(huán)路信號與慣性信息間的耦合機理及IMU精度對組合導航性能的影響作用，進一步提出基于矢量環(huán)路相關信息的超緊組合算法，研究了超緊組合中環(huán)路復制信號的慣性控制生成方法，通過構(gòu)建的超緊組合半物理仿真試驗

6、平臺驗證了超緊組合算法在高動態(tài)環(huán)境下的高動態(tài)應力適應性能及抗干擾能力。
　　另外，為了減輕動態(tài)應力幅值過大及信號干擾因素對超緊組合導航結(jié)果的擾動影響問題，進一步開展了基于抗差自適應濾波的慣性/衛(wèi)星超緊組合算法研究，提出了基于優(yōu)化因子的抗差自適應超緊組合算法，并利用高機動、高過載及信號干擾等特性對多種超緊組合算法導航性能進行了試驗分析與對比，結(jié)果表明基于抗差自適應超緊組合算法可有效減輕高動態(tài)及弱信號對超緊組合導航結(jié)果的擾動影響。

7、r>　　最后，在軟件接收機及超緊組合技術理論研究的基礎上，進行了基于FPGA+DSP超緊組合接收機硬件開發(fā)研究及超緊組合試驗系統(tǒng)設計，研究了超緊組合接收機硬件系統(tǒng)中 FPGA及DSP單元各自負責的信號處理任務及功能，開展了FPGA中負責衛(wèi)星基帶信號處理的本地載波生成模塊、本地偽碼生成模塊、相關器模塊、位同步/幀同步模塊等功能模塊的設計研究，并協(xié)同高速DSP完成衛(wèi)星星歷參數(shù)解調(diào)、本地信號控制及后續(xù)導航定位解算等功能，最后利用采集實測數(shù)據(jù)驗