SINS-GPS-GLONASS組合導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)是一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，其定位不受外界環(huán)境的影響，但由于其自身的工作原理，導(dǎo)航位誤差隨時(shí)間的延長(zhǎng)而累積，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在遠(yuǎn)航程、長(zhǎng)航時(shí)等方面還不能完全滿足導(dǎo)航需求。衛(wèi)星導(dǎo)航能夠全球性、全天候提供高精度定位信息，且定位精度不隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，但衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法提供載體姿態(tài)信息。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)組合導(dǎo)航技術(shù)的提出不僅可以有效抑制SINS導(dǎo)航誤差隨時(shí)間延長(zhǎng)而積累的問(wèn)題而且可以為載體實(shí)時(shí)提供高精度姿態(tài)、速

2、度信息。組合導(dǎo)航技術(shù)已在軍事、民用方面得到廣泛使用，未來(lái)組合導(dǎo)航技術(shù)仍然是大力發(fā)展的重要技術(shù)之一。全球定位系統(tǒng)(GPS)是研發(fā)的最早、市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，目前，SINS和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組合主要以SINS/GPS組合模式為主。
　　本文基于車(chē)載導(dǎo)航環(huán)境，對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組合導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了研究，其中，重點(diǎn)研究了由于城市中高樓密集、樹(shù)木較多的“城市峽谷”效應(yīng)，衛(wèi)星信號(hào)遮擋嚴(yán)重且信號(hào)質(zhì)量變差、可觀測(cè)到的GP

3、S衛(wèi)星數(shù)目少于4顆時(shí)，SINS/GPS組合導(dǎo)航精度下降的問(wèn)題。提出了SINS/GPS/GLONASS緊組合導(dǎo)航的方案，相對(duì)于SINS/GPS緊組合導(dǎo)航，GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)的加入使得可利用的衛(wèi)星信息增多，從而保證組合導(dǎo)航的精度和連續(xù)性。本文SINS/GPS/GLONASS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制如下:若在車(chē)載環(huán)境空曠、衛(wèi)星信號(hào)無(wú)遮擋的良好環(huán)境中，接收機(jī)接收到的可見(jiàn)GPS衛(wèi)星數(shù)目大于等于4顆的情況下采用松組合模式;若在高樓密集、樹(shù)木較多等

4、衛(wèi)星信號(hào)有部分遮擋的惡劣環(huán)境中，可見(jiàn)GPS衛(wèi)星數(shù)目少于4顆情況下，采用SINS/GPS/GLONASS緊組合模式;若在城市隧道、地下停車(chē)場(chǎng)等沒(méi)有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星，系統(tǒng)無(wú)法利用星歷信息進(jìn)行組合導(dǎo)航時(shí)，采用純捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模式。
　　本文首先對(duì)SINS/GPS/GLONASS組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及具體的運(yùn)行機(jī)制。其次，針對(duì)SINS/GPS/GLONASS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，該部分重點(diǎn)研

5、究了緊組合模式中衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理算法與組合導(dǎo)航結(jié)果數(shù)據(jù)平滑估計(jì)方法。其中，緊組合模式中衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理包括GPS、GLONASS兩套衛(wèi)星系統(tǒng)的廣播星歷解析、兩衛(wèi)星系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)空統(tǒng)一及衛(wèi)星選星算法等內(nèi)容;組合導(dǎo)航結(jié)果數(shù)據(jù)平滑估計(jì)主要針對(duì)衛(wèi)星信號(hào)精度低、組合導(dǎo)航模式切換導(dǎo)致的組合結(jié)果振蕩進(jìn)行處理。再次，本文建立了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差方程并設(shè)計(jì)了松、緊組合模型，進(jìn)行了純捷聯(lián)慣性導(dǎo)航、松組合及SINS/GPS/G

6、LONASS緊組合三種導(dǎo)航模式在靜基座、動(dòng)基座下的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了三種模式算法的正確性。最后，進(jìn)行了SINS/GPS/GLONASS的轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)及車(chē)載實(shí)驗(yàn)。轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)中，分別驗(yàn)證了SINS/GPS和SINS/GLONASS緊組合方案，并通過(guò)2顆、3顆GPS衛(wèi)星情況下SINS/GPS和SINS/GPS/GLONASS緊組合的對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了在GPS衛(wèi)星較少時(shí)GLONASS對(duì)GPS的有效輔助作用。轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)中也完成了純捷聯(lián)慣性導(dǎo)航、松組合及緊組合模