慣性輔助GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科技的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的導(dǎo)航系統(tǒng)。單一導(dǎo)航系統(tǒng)很難滿足全球、全天候、各種復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航需求，利用兩種或多種系統(tǒng)組成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)成為了各國(guó)研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)主要采用GPS輔助SINS的松、緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)，仍然存在組合導(dǎo)航系統(tǒng)和接收機(jī)易受干擾、動(dòng)態(tài)性能差等問(wèn)題。通過(guò)慣性輔助GPS形成的深組合導(dǎo)航系統(tǒng)能提高接收機(jī)的抗干擾和動(dòng)態(tài)性能，為實(shí)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(dǎo)航系統(tǒng)提供切實(shí)可行的

2、方案。
　　 本文以國(guó)家"863"專題項(xiàng)目“國(guó)產(chǎn)化低成本CORS基準(zhǔn)站接收機(jī)技術(shù)”為研究背景，首先設(shè)計(jì)了一種高性能GPS接收機(jī)環(huán)路，實(shí)現(xiàn)了基于雙頻P碼的導(dǎo)航解算定位，成功研制開發(fā)了高性能GPS雙頻接收機(jī)工程樣機(jī)，為實(shí)現(xiàn)GPS/SINS深組合提供基礎(chǔ)。其次，開展GPS/SINS深組合一體化導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，借助數(shù)字保偏閉環(huán)干涉式光纖IMU的成功設(shè)計(jì)與研發(fā)，進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可用性，實(shí)現(xiàn)了SINS輔助GPS信號(hào)

3、捕獲、跟蹤基帶環(huán)路設(shè)計(jì)，GPS/SINS深組合導(dǎo)航算法的分析三項(xiàng)工作。文章最后給出了系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和解決方案，并進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。
　　 主要的工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 1)完成了基于小型光纖陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)的IMU設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了整體裝配；對(duì)光纖陀螺和石英加速度計(jì)分別進(jìn)行了分析和性能測(cè)試，對(duì)IMU進(jìn)行了整體標(biāo)定和補(bǔ)償，補(bǔ)償后的陀螺零偏穩(wěn)定性為0.5°/h、加速度計(jì)零偏穩(wěn)定性為0.5mg。
　　 2)以D

4、SP、FPGA為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了高性能通用GPS接收機(jī)，為提高通用接收機(jī)的捕獲效率，設(shè)計(jì)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(dá)到快速、高精度捕獲GPS信號(hào)的目的。針對(duì)不同動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)基帶環(huán)路的影響，設(shè)計(jì)了AFC二階環(huán)路輔助三階Costas-PLL的載波環(huán)路，通過(guò)環(huán)路自動(dòng)切換來(lái)保證對(duì)GPS信號(hào)的L1載波和C/A碼穩(wěn)定高精度跟蹤。
　　 3)在實(shí)現(xiàn)通用GPS接收機(jī)基帶環(huán)路基礎(chǔ)上，利用半無(wú)碼方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)現(xiàn)了雙頻雙碼信號(hào)處理，比通用型接收機(jī)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(gè)觀測(cè)量，使得后續(xù)導(dǎo)航解算能夠更加精確的計(jì)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(cè)量。
　　 4)通過(guò)對(duì)接收機(jī)信號(hào)捕獲性能影響因素的分析，研究了影響信號(hào)捕獲性能的捕獲概率、誤捕概率、捕獲時(shí)間和捕獲靈敏度之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了SINS輔助減小捕獲搜索范圍來(lái)減少捕獲時(shí)間，

6、增加積分時(shí)間來(lái)提高捕獲概率和靈敏度的捕獲方法。同時(shí)對(duì)接收機(jī)跟蹤環(huán)路的誤差性能進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了SINS輔助跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)，達(dá)到提高環(huán)路的動(dòng)態(tài)性、抗干擾性和抗多路徑的目的。
　　 5)實(shí)現(xiàn)了雙頻雙碼偽距觀測(cè)量對(duì)電離層的誤差修正和載波ADR平滑減弱多路徑技術(shù)，同時(shí)對(duì)GPS/SINS之間的三種不同層次深組合導(dǎo)航濾波算法進(jìn)行了分析，給出了不同層次深組合算法的性能優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 6)搭建了高性能雙頻接收機(jī)的測(cè)試、試驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果

7、驗(yàn)證了所研制的高性能雙頻接收機(jī)工程樣機(jī)的性能。同時(shí)搭建了慣性輔助GPS深組合導(dǎo)航的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)基于偽距、偽距率Kalman濾波器的深組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了靜、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明慣性輔助深組合導(dǎo)航系統(tǒng)比松、緊組合系統(tǒng)擁有更好的抗干擾、抗動(dòng)態(tài)性能。為今后GPS/SINS深組合系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　 論文雖以GPS為研究實(shí)例，由于基于星基的衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)(