GPS-INS耦合結(jié)構(gòu)和融合算法研究.pdf

1、GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)因GPS和INS優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)特性,成為導(dǎo)航界被廣泛關(guān)注的課題之一。本文從數(shù)據(jù)處理的角度對(duì) GPS/INS松、緊和深耦合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,深入分析了三種耦合結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理特點(diǎn),并給出了對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)環(huán)路閉合方法;在GPS/INS緊耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中引入了INS頻率輔助信息,縮短了平均捕獲時(shí)間,減小了跟蹤環(huán)路帶寬,實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)載體快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤;結(jié)合濾波外推的方法,提出了相應(yīng)耦合結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí)間同步方案,解決了耦合環(huán)路數(shù)據(jù)

2、更新頻率不一致問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)耦合環(huán)路的閉合;改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)無(wú)跡粒子濾波(Ucented Particle Filter,UPF),并將改進(jìn)的UPF應(yīng)用到GPS/INS深耦合非線(xiàn)性信息融合中,輸出的定位信息滿(mǎn)足定位需求。具體內(nèi)容包括:
　　(1)給出了一種GPS/INS松耦合信號(hào)捕獲、跟蹤的實(shí)現(xiàn)方法,利用基于kalman外推的方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)時(shí)間同步,并設(shè)計(jì)了并行碼相位捕獲算法和二階跟蹤環(huán)路,實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的松耦合系統(tǒng)捕獲、跟蹤

3、功能。
　　(2)給出了一種INS輔助GPS捕獲/跟蹤緊耦合方案,探討了緊耦合數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)更新率不一致問(wèn)題,提出了基于UKF外推的方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)時(shí)間同步方案,設(shè)計(jì)了基于 INS頻率輔助的并行碼相位捕獲算法和三階載波跟蹤環(huán)路,并給出了與之相適應(yīng)的捕獲、跟蹤性能評(píng)估方法。實(shí)驗(yàn)表明:冷啟動(dòng)環(huán)境下,INS頻率的輔助GPS捕獲在保證檢測(cè)概率的同時(shí),將平均捕獲時(shí)間縮短了至少20％;載體加加速度為10g且載噪比為25dB-Hz時(shí),將INS頻率輔

4、助的三階載波跟蹤環(huán)路帶寬設(shè)為2Hz,即能將跟蹤誤差限制在±15°以?xún)?nèi)。
　　(3)給出了基于矢量跟蹤環(huán)路GPS/INS深耦合系統(tǒng)各跟蹤通道預(yù)置濾波非線(xiàn)性模型及跟蹤環(huán)路的控制方法,探討了深耦合數(shù)據(jù)處理過(guò)程數(shù)據(jù)更新率不一致性問(wèn)題,提出了利用外推和 CIC濾波相結(jié)合方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)間同步方案,完成了深耦合矢量跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明:設(shè)計(jì)的深耦合跟蹤環(huán)路將各通道碼和載波相位偏差分別限制在±0.1chip和±0.1rad以?xún)?nèi),滿(mǎn)足跟蹤環(huán)路鎖定