[发明专利]GNSS/MEMS紧组合导航系统中动态突变识别方法

说明书

本发明公开了GNSS/MEMS紧组合导航系统中动态突变识别方法，通过计算各个卫星相邻时刻的多普勒差值来确定接收机端测量的加速度，并比较接收机端测量的加速度与MEMS加速度计所测量到的加速度来确定二者的不一致性；根据当前载体运动状态及所接收的卫星状态来识别该不一致性是否为动态突变；接收机发生动态突变时，在紧组合滤波器中的时钟漂移项叠加额外处理噪声用以补偿减弱该动态突变带来的影响。该方法不受载体运动动态的限制，有助于实现GNSS/MEMS紧组合系统在各种高动态、存在干扰和温度环境不稳定的载体上的批量化应用。

技术领域

本发明属于惯性导航与卫星导航技术领域，具体涉及一种GNSS/MEMS紧组合导航系统中动态突变识别方法。

背景技术

北斗卫星导航系统与美国GPS、俄罗斯GLONASS以及欧洲GALILEO统称星基导航系统(GNSS)。随着北斗三期布网的逐步完善，北斗系统正逐步普及应用于海陆空各类军民载体。卫星导航系统的显著特点是直接提供绝对定位坐标，且误差不随时间积累，但存在无线电信号易受遮挡和干扰的不足。惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)能够自主隐蔽地进行连续的三维空间导航与测姿，不存在信号的电磁干扰，能跟踪和反映运动载体的机动且输出平稳。但惯性导航的不足在于其导航误差会随时间积累，当外界不给予其修正时，误差增长无界。

微机电系统MEMS(Micro Electronic Mechanical System)惯性传感器主要指MEMS加速度计和MEMS陀螺仪这两种惯性传感器，分别用于测量运动载体的线加速度和旋转角速度。由MEMS惯性传感器组成的惯性导航系统继承了传统惯性传感器的完全自主性、保密性强、不存在信号的电磁干扰等特点，同时又具有尺寸小、重量轻、成本低、功耗小、可靠性高等传统惯性传感器无法比拟的优点。

GNSS与惯性传感器相结合的组合导航系统充分发挥了二者的优势，形成有机互补。优势在于：惯导在短时间内能够保持较高的精度，且由于其不受外界工作环境影响，可以补偿GNSS定位过程中产生的误差；同时，GNSS提供的绝对定位测速信息可以补偿惯导随时间累积的误差，而保证长距离运行中的测量精度；短时间内惯导的动态信息可以有助于改善GNSS高动态及有干扰环境中的信号失锁和跳变问题。

惯性导航系统通过加速度计测量载体的三维的线性运动，陀螺测量载体的三维角运动，从而在导航坐标系上进行积分来获取速度、位置和姿态。GNSS导航接收机是以空间在固定轨道上运行的卫星为参照，计算近地球表面运动载体的的位置和速度。接收机中位置的计算是通过在本地复制卫星传播信号来确定信号传播延迟而得到，速度的计算是根据多普勒原理来测量在相对运动中的本地复制信号的频率变化。载体的动态在时域上变现为载体的加速度分量，对应于接收机中的多普勒频率变化。

在紧组合导航系统中，接收机的伪距和多普勒用于组合滤波器观测输入，当存在动态突变时，多普勒观测输入将出现较大误差，进而致使组合系统的导航定位性能下降。在存在干扰情况下，接收机本地复制的频率信号将偏离真实信号到达接收机短的频率，形成多普勒观测量的误差；另一方面，本地信号的复制依赖于接收机的晶体振荡器(晶振)的稳定性，该振荡器是温度敏感器件，当环境温度发生突变时,如旋翼式飞行载体起飞时螺旋桨煽动气流带来的环境温度变化,本地复制的频率信号也将发生偏移。在时域中，存在干扰和环境变化时都表现为非预期的较大的加速度分量的出现，即载体动态发生突变。因此，有效识别出载体的动态突变对于保持GNSS/MEMS惯导组合系统的性能至关重要。常规GNSS接收机的定位解算滤波中，本地晶振漂移的处理噪声参数通常设定为一个能够响应载体动态范围的一个常值，用于对应接收机所复制本地多普勒频率的变化范围。但当动态发生突变时，仍依赖于该常值的解算将提供偏差较大的多普勒观测量，该观测量引入组合导航系统的滤波器后会造成滤波器较大的估计误差，从而影响系统性能。

发明内容