[发明专利]INS控制GNSS基带的开环跟踪误差分析及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于GNSS/INS深组合导航与定位技术领域，涉及一种INS控制GNSS基带的开环跟踪误差分析及控制方法。

背景技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)泛指可以全天候、连续地向用户提供位置、速度、时间(Position Velocity and Time，PVT)信息的覆盖全球的卫星系统及其增强系统。自问世以来，GNSS已充分显示了其在导航与定位领域中的霸主地位，在军事和民用的许多领域由于GNSS的出现发生了革命性变化。随着GNSS应用范围的不断扩大，其应用场景也变得复杂多样，普通接收机技术已无法满足日益苛刻的应用需求。实际应用中会经常碰到卫星信号遮挡、多径等复杂场景(例如车载导航经常遇到高楼林立的城市“峡谷”、枝叶茂密的大树以及错综复杂的立交桥等环境)，由于遮挡情况随着位置变化而迅速变化，导航型接收机的定位精度、连续性损失严重，测量型接收机则无法提取连续的载波相位观测量信息。

近几年发展起来的信息辅助技术是解决普通接收机不能满足复杂场景需求问题的一种有效手段。惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS，简称惯导)具有动态响应特性好、短时精度高、信息输出率高、全自主工作等特点，与GNSS的特点形成鲜明互补。GNSS/INS组合导航技术利用GNSS和INS的优势互补特性，克服各自缺点，保证动态连续导航，提高系统完好性。其中GNSS/INS深组合(又称为深耦合、超紧耦合)导航技术是GNSS和INS在信号处理层面的信息融合，在GNSS辅助INS的松组合或者紧组合基础上，利用INS测量载体动态生成多普勒辅助信息，能够有效的改善GNSS接收机的捕获和跟踪性能。

在GNSS信号受到遮挡、干扰等环境影响时，普通跟踪环路不能持续跟踪卫星信号，接收机定位导航性能随之恶化。由于INS的短时精度较高，在GNSS信号短时间消失时，多普勒辅助信息可以估计出GNSS信号与接收机位置、速度的相对变化，所以在跟踪环路断开情况下可以采用多普勒辅助信息对数控振荡器(numerically controlled oscillator，NCO)进行短时间开环控制，即INS控制GNSS接收机基带信号跟踪环路的开环跟踪。一旦卫星信号恢复，接收机不需要重新经过捕获和牵引过程，便可以直接继续正常的闭环跟踪，同时也保证了观测量的持续有效，从而改善接收机观测量的连续性。例如行驶于城市环境的车辆导航时频繁出现信号断续的情况，普通接收机跟踪环路经常失锁进入重捕，若在GNSS/INS深组合接收机基带采用INS控制的开环跟踪策略，可以实现无缝导航与定位。

然而目前受限于研究需求和研究条件，国内外对于INS辅助GNSS接收机跟踪环的开环跟踪性能研究和具体设计仍存在较多不足：(1)没有基于INS控制GNSS基带的开环跟踪误差模型对误差发散规律进行定量分析、仿真和实测验证；(2)没有分析不同精度等级惯导的开环跟踪误差发散规律；(3)没有根据开环跟踪模型分析得到的结论，设计出合理的开环跟踪结构和控制切换机制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明基于GNSS/INS深组合导航技术，提出了一种可实现高精度的连续导航与定位的INS控制GNSS基带的开环跟踪误差分析及控制方法。

本发明思路为：

基于GNSS/INS深组合接收机的闭环跟踪环结构构建INS误差与开环跟踪误差间的拉氏域数学模型；采用拉氏域数学模型分析基于不同精度等级惯导的开环跟踪误差发散规律；基于开环跟踪误差发散规律提出合理的INS控制GNSS基带的开环跟踪控制机制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一、一种INS控制GNSS基带的开环跟踪误差分析方法，包括：

步骤1，构建INS误差与开环跟踪误差间的拉氏域数学模型，本步骤进一步包括：

1.1 根据GNSS/INS深组合接收机的闭环跟踪环结构，采用拉氏域构建GNSS/INS深组合接收机的闭环跟踪误差模型；

1.2 断开闭环跟踪误差模型中环路滤波器输出，仅保留INS误差，得INS控制GNSS基带的开环跟踪误差模型，INS误差包括IMU零偏类误差和IMU比例因子类误差；