GNSS-INS深組合跟蹤環(huán)路設計及濾波方法研究.pdf

1、GNSS/INS(Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System)組合導航既可以提高衛(wèi)星導航接收機的抗干擾能力,也能夠定期對慣性系統(tǒng)的導航參數(shù)進行補償校正。衛(wèi)星導航系統(tǒng)以GPS(Global Positioning System)為例,GPS/INS組合導航的發(fā)展歷程經(jīng)歷了松組合、緊組合和深組合(超緊組合)三個階段。松組合通常以慣性導航系統(tǒng)為主,而在緊組合和深組

2、合中,INS所提供的多普勒頻移可以用來輔助GPS接收機進行衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤,因此GPS接收機的內部結構需要做出一定的改變。
　　本文的衛(wèi)星導航系統(tǒng)以GPS為例,首先分析了GPS/INS組合導航子系統(tǒng)的基本工作原理,在GPS信號結構的基礎上介紹了偽距量測原理和載波相位量測原理;在慣性導航系統(tǒng)中,以捷聯(lián)慣導系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)為例,介紹了該系統(tǒng)的工作原理,分析了

3、求解姿態(tài)矩陣的計算方法,并對SINS的誤差狀態(tài)進行分析,為建立GPS/INS組合導航的狀態(tài)方程奠定了基礎。接著闡述了GPS接收機跟蹤環(huán)路的工作原理,對碼延遲鎖定環(huán)路(Delay Lock Loop,DLL)和載波鎖相環(huán)(Phase Lock Loop,PLL)的跟蹤誤差特性進行了研究,仿真分析了載體動態(tài)應力誤差、噪聲誤差與環(huán)路帶寬之間的關系。研究了經(jīng)過慣性信息輔助后的跟蹤環(huán)路特性,在INS輔助碼環(huán)路中,設計了一種高斯碼相位鑒別器來提高碼

4、跟蹤環(huán)路在多徑干擾下的跟蹤精度。
　　本文在傳統(tǒng)接收機跟蹤環(huán)路基礎上研究了一種矢量跟蹤環(huán)路結構。跟蹤環(huán)路得到碼相位誤差和載波相位誤差后,這些誤差不再直接作為校正量反饋給本地信號發(fā)生器來調節(jié)復制信號的頻率,而是被統(tǒng)一輸入到擴展kalman濾波器中來解算出載體的位置和速度,利用解算出的位置和速度來更新載體與衛(wèi)星間的單位觀測矢量。從而預測出下一時刻載體與衛(wèi)星間的偽距和偽距率,在下一刻與接收到的信號進行相關運算得到新的偽距誤差、偽距率誤差