[发明专利]一种基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航、组合导航领域，特别是一种基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法。

背景技术

GNSS系统具有全天候、全时间的优点，但易受电磁干扰、高动态下可能出现丢星失锁情况；SINS系统是一种不依赖于任何外部信息、也不向外辐射能量的自主式导航系统，具有体积小、数据更新率高、短时精度高及不受气候条件限制等优点，但导航精度随时间降低。因此常将两者结合以构成SINS/GNSS组合导航系统。随着运载体对导航系统的综合性能提出的需求不断提高的同时，对GNSS/SINS组合导航技术方面的研究已从简单的松组合和紧组合转向深组合技术。

目前国内外主要研究基于传统的接收机跟踪环路的SINS辅助GNSS超紧组合导航系统和直接融合GNSS接收机的基带I/Q信息与惯性信息的集中式深组合导航系统。但是传统的接收机跟踪环路采用标量跟踪模式，该模式在高动态环境下易产生信号失锁，且在弱信号环境下易受电磁干扰；而集中式深组合虽使用了矢量跟踪算法，但由于模型中观测量与状态量呈高度非线性关系，所以难以付诸于工程实践。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、可靠性强的基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法，以提高GNSS信号跟踪的性能和卫星接收机对高动态运动载体的适应性。

本发明的技术解决方案为：一种基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法，包括以下步骤：

步骤1，建立基于预滤波器的矢量跟踪模型：相关器输出的同相、正交信号经过鉴相函数计算后，所得鉴相结果作为预滤波器的量测信息建立预滤波器模型，采用该预滤波器模型估计跟踪误差信息，根据跟踪误差信息得到GNSS跟踪通道伪距、伪距率；

步骤2，建立组合导航主滤波器模型：组合导航主滤波器根据GNSS跟踪通道与SINS系统输出的伪距、伪距率，处理得到伪距偏差和伪距率偏差，将伪距偏差和伪距率偏差作为量测量对导航误差状态变量进行更新，并将导航误差参数反馈回SINS系统中对SINS导航参数进行校正；

步骤3，惯性辅助反馈控制GNSS形成闭环回路：组合导航系统根据校正后的SINS导航参数和星历信息推测GNSS的信号跟踪参数，用以控制接收机的本地伪码、载波数控振荡器，以保持对输入信号的跟踪。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)采用矢量跟踪方法，取消了独立、并行的标量跟踪模式，充分利用了各卫星通道间的共享信息，可以同时跟踪所有可视卫星；(2)采用级联的方式分两步实现深组合：第一步为基带信号预处理滤波器，完成码/载波跟踪误差估计；第二步为主滤波器(即组合导航滤波器)，完成对SINS误差信息的估计借助于联邦滤波的思想，该方式减轻了集中式深组合中单一组合导航滤波器的处理负担；(3)采用惯性辅助技术，利用修正后的SINS导航参数和星历信息推测GNSS伪码相位和多普勒频移等信号跟踪参数，并将估计结果反馈到接收机内部对跟踪环路进行辅助，实现惯导对卫星的辅助，提高了GNSS信号跟踪的性能。

附图说明

图1是本发明基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法的系统结构框图。

图2是本发明基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法的流程图。

图3是实施例1中组合导航系统的高动态载体运动轨迹曲线图。

图4是实施例1中组合导航系统在标量跟踪与矢量跟踪两种模式下的码相位跟踪误差对比曲线图。

图5是实施例1中组合导航系统在标量跟踪与矢量跟踪两种模式下的载波相位跟踪误差对比曲线图。

图6是实施例1中组合导航系统在标量跟踪与矢量跟踪两种模式下的载波频率跟踪误差对比曲线图。

图7是实施例1中组合导航系统的位置误差曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例1，对本发明做进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明基于矢量跟踪的GNSS/SINS深组合导航方法，具体实现如下：

在不考虑噪声的情况下，GNSS接收机射频前端输出的中频信号模型S_IF(t)为：