CDGPS-SINS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）相互組合，可以有效地改善各子系統(tǒng)的缺點，提升組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能指標(biāo)，是一種精度高、實時性好的導(dǎo)航方式。相對于偽距觀測量，GPS載波相位觀測量展現(xiàn)了更高的精度，將其與SINS通過數(shù)據(jù)融合有機地組合到一起，勢必會提升組合系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。通過差分技術(shù)可以有效地消除導(dǎo)航

2、解算過程中不必要的干擾項，將差分后的GPS載波相位觀測量(Carrier Phase Differential,CDGPS)與 SINS組合也是GPS、SINS緊組合研究的一個熱點。GPS載波相位歷元差分是一種高精度的觀測量，通過相鄰歷元間差分，消除各種誤差項后與SINS組合，使GPS載波信號更易于為導(dǎo)航服務(wù)，增加了系統(tǒng)的可靠程度。面向GPS載波相位歷元差分和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，圍繞著由二者組成的緊組合系統(tǒng)，本文對其中幾項關(guān)鍵的技術(shù)進行了研究

3、：
　　相對于常規(guī)的載波相位差分(利用衛(wèi)星和接收機之間的位置關(guān)系進行差分)，GPS載波相位歷元差分無需建立基站，可以作為GPS接收機直接輸出的觀測信息與其他導(dǎo)航方式相互組合。本文詳細(xì)地分析了各種載波相位差分方式進行解算的模型，給出載波相位歷元差分的觀測模型，在無整周模糊度的前提下，利用這樣一個高精度的原始觀測信息與SINS進行組合并建立了其與載體速度的求解關(guān)系。
　　周跳是載波相位測量中常見的誤差源，為了確保載波相位觀測量的

4、準(zhǔn)確性，要對周跳進行處理。針對本文的研究對象—GPS載波相位歷元差分，分析了相應(yīng)的周跳解決方案。面向獨立的單頻接收機，本文提出了一種利用接收機自主完好性監(jiān)測(RAIM，Receiver Autonomous Integrity Monitoring)的方法進行周跳探測，利用載波歷元差分構(gòu)造統(tǒng)計檢測量，設(shè)計了最小二乘殘差法，并利用多項式擬合的方式對周跳進行了修復(fù)，通過實驗驗證了算法。另一方面，針對載波相位歷元差分，可以綜合建立關(guān)于周跳和其

5、他噪聲的殘差，對周跳直接進行檢測，計算出周跳的大小。
　　分析了載波相位歷元差分誤差，推導(dǎo)了其定位方程，研究了采用不同運動方式下的定位結(jié)果，對比常規(guī)的總體方案和累計方案，設(shè)計了一種環(huán)形累計方案，有效地減小了利用歷元差分定位過程中的位置偏移，提高了定位精度。
　　濾波技術(shù)是實現(xiàn)GPS/SINS組合的必要手段，濾波方法精度的提高將降低系統(tǒng)硬件成本，提升系統(tǒng)的性能。闡述了CKF的基本原理，利用泰勒級數(shù)，在數(shù)學(xué)意義上分析了CKF的均

6、值和方差，并與 EKF進行比較。針對CKF無法處理非高斯和負(fù)定的協(xié)方差矩陣的問題，本文設(shè)計了相應(yīng)的改進方案，并將改進的濾波方法引入到雙環(huán)框架濾波結(jié)構(gòu)，完成了載波相位歷元差分與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的組合。
　　針對復(fù)雜環(huán)境下接收機時常失鎖給導(dǎo)航系統(tǒng)帶來不良的影響，研究了輔助捕獲的技術(shù)，分析了影響捕獲性能的因素和捕獲過程中關(guān)鍵的指標(biāo)。分析精確測定多普勒頻移對于捕獲的重要意義，引入捷聯(lián)慣導(dǎo)的相關(guān)信息協(xié)助接收機對衛(wèi)星信號進行捕獲，在理論上分析了算