慣性輔助GPS深組合導航系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著科技的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的導航系統(tǒng)。單一導航系統(tǒng)很難滿足全球、全天候、各種復雜環(huán)境下的導航需求，利用兩種或多種系統(tǒng)組成的組合導航系統(tǒng)成為了各國研究的熱點。目前國內(nèi)主要采用GPS輔助SINS的松、緊組合導航系統(tǒng)，仍然存在組合導航系統(tǒng)和接收機易受干擾、動態(tài)性能差等問題。通過慣性輔助GPS形成的深組合導航系統(tǒng)能提高接收機的抗干擾和動態(tài)性能，為實現(xiàn)低成本、小體積、低功耗、高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、高完整性的組合導航系統(tǒng)提供切實可行的

2、方案。
　　 本文以國家"863"專題項目“國產(chǎn)化低成本CORS基準站接收機技術”為研究背景，首先設計了一種高性能GPS接收機環(huán)路，實現(xiàn)了基于雙頻P碼的導航解算定位，成功研制開發(fā)了高性能GPS雙頻接收機工程樣機，為實現(xiàn)GPS/SINS深組合提供基礎。其次，開展GPS/SINS深組合一體化導航系統(tǒng)關鍵技術研究，借助數(shù)字保偏閉環(huán)干涉式光纖IMU的成功設計與研發(fā)，進一步增強導航系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可用性，實現(xiàn)了SINS輔助GPS信號

3、捕獲、跟蹤基帶環(huán)路設計，GPS/SINS深組合導航算法的分析三項工作。文章最后給出了系統(tǒng)的具體設計和解決方案，并進行了對比試驗。
　　 主要的工作包括以下幾個方面：
　　 1)完成了基于小型光纖陀螺儀和石英撓性加速度計的IMU設計，并進行了整體裝配；對光纖陀螺和石英加速度計分別進行了分析和性能測試，對IMU進行了整體標定和補償，補償后的陀螺零偏穩(wěn)定性為0.5°/h、加速度計零偏穩(wěn)定性為0.5mg。
　　 2)以D

4、SP、FPGA為基礎設計了高性能通用GPS接收機，為提高通用接收機的捕獲效率，設計了高效的GPS L1載波和C/A碼快速捕獲方法，并利用二次精捕達到快速、高精度捕獲GPS信號的目的。針對不同動態(tài)環(huán)境對基帶環(huán)路的影響，設計了AFC二階環(huán)路輔助三階Costas-PLL的載波環(huán)路，通過環(huán)路自動切換來保證對GPS信號的L1載波和C/A碼穩(wěn)定高精度跟蹤。
　　 3)在實現(xiàn)通用GPS接收機基帶環(huán)路基礎上，利用半無碼方式實現(xiàn)了對GPS L1-

5、P碼、L2載波和L2-P碼的捕獲、跟蹤解調(diào)處理，從而實現(xiàn)了雙頻雙碼信號處理，比通用型接收機增加了L2載波頻率、載波相位、L1-P碼相位和L2-P碼相位四個觀測量，使得后續(xù)導航解算能夠更加精確的計算出電離層誤差，并為載波整周模糊度的解算提供了更多的觀測量。
　　 4)通過對接收機信號捕獲性能影響因素的分析，研究了影響信號捕獲性能的捕獲概率、誤捕概率、捕獲時間和捕獲靈敏度之間的關系，設計了SINS輔助減小捕獲搜索范圍來減少捕獲時間，

6、增加積分時間來提高捕獲概率和靈敏度的捕獲方法。同時對接收機跟蹤環(huán)路的誤差性能進行了分析，實現(xiàn)了SINS輔助跟蹤環(huán)路的設計，達到提高環(huán)路的動態(tài)性、抗干擾性和抗多路徑的目的。
　　 5)實現(xiàn)了雙頻雙碼偽距觀測量對電離層的誤差修正和載波ADR平滑減弱多路徑技術，同時對GPS/SINS之間的三種不同層次深組合導航濾波算法進行了分析，給出了不同層次深組合算法的性能優(yōu)缺點。
　　 6)搭建了高性能雙頻接收機的測試、試驗系統(tǒng)，測試結(jié)果

7、驗證了所研制的高性能雙頻接收機工程樣機的性能。同時搭建了慣性輔助GPS深組合導航的實驗系統(tǒng)，對基于偽距、偽距率Kalman濾波器的深組合導航系統(tǒng)進行了靜、動態(tài)實驗。測試結(jié)果表明慣性輔助深組合導航系統(tǒng)比松、緊組合系統(tǒng)擁有更好的抗干擾、抗動態(tài)性能。為今后GPS/SINS深組合系統(tǒng)的進一步實驗研究奠定了良好的基礎。
　　 論文雖以GPS為研究實例，由于基于星基的衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有完全相同的工作原理，故研究成果同樣適用于其它衛(wèi)星導航系統(tǒng)(