惯性辅助的北斗卫星导航姿态测量技术研究

发布时间：2017-06-18 09:06

  本文关键词：惯性辅助的北斗卫星导航姿态测量技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：卫星导航利用一定几何分布的多个接收机天线,通过对载波相位差分技术可以实现海、陆、空各种载体的姿态测量。卫星导航姿态测量技术已经发展了很长时间,工程化应用日益普遍,但多天线卫星导航姿态技术往往存在易受环境因素影响、计算量大、更新率低、精度受基线长度影响等问题,并且这些技术大多数针对GPS卫星导航系统。随着我国北斗卫星的建设,北斗二代已经进入快速组网阶段。从国防建设的角度来看,针对北斗导航系统研究高精度、环境适应性强的姿态测量技术具有重要的理论价值与工程意义。本文针对北斗B1I频信号系统,应用于飞行器等高动态载体,以提高北斗导航姿态测量性能为目的,研究利用惯性信息辅助北斗测姿系统中整周模糊度解算技术和周跳探测与修复技术,将惯性信息与多天线北斗观测信息进行融合,并通过搭建的仿真系统进行算法性能验证分析。本文首先结合北斗双差载波相位观测模型,针对单独的卫星导航姿态测量系统存在着数据更新率低,稳定性差等问题,研究利用多天线北斗系统和惯导系统进行姿态融合的方法,推导出多天线北斗系统和惯导系统信息融合的状态方程和观测方程,并且针对标准卡尔曼滤波容易发散的问题,研究利用平方根滤波-Potter算法进行导航信息融合滤波的方法,该方法滤波稳定,能够提供高精度的测姿结果。接着,针对北斗系统中的晶振在高动态环境下对加速度的敏感性,研究了晶振加速度效应对北斗导航系统载波相位测量值的影响,在建立晶振加速度效应引入中频信号等效多普勒频率频移模型的基础上,研究了利用惯性信息补偿北斗载波跟踪环路中晶振加速度效应的方法,提高了在高动态环境下北斗导航系统中载波相位测量值的稳定性和准确性。然后,针对LAMBDA算法存在着运算复杂、解算时间长等缺陷,从减少整周模糊度求解时间、提高整周模糊度准确度和减少计算量等方面出发,研究了惯性辅助LAMBDA优化算法,该算法利用惯导输出姿态阵估算卫星基线矢量辅助求解模糊度浮点解,并且采用排序相关法提高模糊度去相关效率,能够缩小模糊度搜索空间,提高模糊度解算效率和可靠性;另外,针对单独利用卫星数据进行周跳的探测与修复存在动态适应性不强、对卫星观测值过度依赖性等问题,研究利用惯导估算基线矢量和北斗三差载波观测量一起构造检验量进行周跳探测与修复的方法,该方法简单易行,动态适应性强、提高了检测灵敏度。最后,本文搭建了惯性辅助的北斗导航姿态测量系统仿真平台,对文中研究的理论算法进行仿真验证及性能分析。
【关键词】：北斗卫星导航系统 姿态测量 B1I频信号 惯性导航系统 整周模糊度 周跳探测与修复 姿态融合
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 论文研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势14-19
• 1.2.1 北斗卫星导航系统发展概况14-16
• 1.2.2 卫星导航姿态测量技术国内外发展状况16-19
• 1.3 论文研究内容和安排19-22
• 第二章 北斗导航姿态测量模型及北斗/惯性姿态融合方案22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 北斗双差载波观测模型建立与误差分析22-25
• 2.2.1 北斗系统载波观测量分析22-23
• 2.2.2 北斗双差载波相位观测模型的建立23-25
• 2.3 北斗系统姿态测量模型建立与误差分析25-30
• 2.3.1 北斗系统姿态测量模型建立25-27
• 2.3.2 北斗系统姿态测量误差分析27-28
• 2.3.3 北斗系统姿态解算方法分析28-30
• 2.4 多天线北斗/惯性姿态融合方法研究30-35
• 2.4.1 组合系统状态方程和量测方程的建立30-33
• 2.4.2 组合系统滤波器的建立33-35
• 2.5 惯性辅助的北斗导航测姿系统主体方案设计35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 北斗系统中晶振加速度效应对载波相位测量影响分析及补偿方法研究37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 卫星接收机载波相位测量原理及误差分析37-42
• 3.2.1 卫星接收机载波相位测量原理分析37-38
• 3.2.2 卫星接收机载波相位测量误差分析38-42
• 3.3 晶振加速度效应对北斗系统载波跟踪环路性能影响分析42-48
• 3.3.1 晶体振荡器加速度效应机理42-43
• 3.3.2 晶振加速度效应对卫星接收机射频前端影响分析43-45
• 3.3.3 晶振加速度效应对北斗接收机载波跟踪环路影响分析45-48
• 3.4 惯性辅助的北斗载波环路晶振加速度效应补偿方法研究48-52
• 3.4.1 惯性辅助的北斗载波环路晶振加速度效应补偿方案设计48-50
• 3.4.2 试验验证与性能分析50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 惯性辅助北斗整周模糊度解算及周跳探测与修复方法研究53-73
• 4.1引言53
• 4.2 LAMBDA算法及局限性分析53-58
• 4.2.1 LAMBDA算法流程分析54-57
• 4.2.2 LAMBDA算法局限性分析57-58
• 4.3 惯性辅助LAMBADA优化算法研究58-66
• 4.3.1 惯性辅助LAMBDA优化算法设计58-62
• 4.3.2 惯性辅助LAMBDA优化算法性能分析62-66
• 4.4 惯性辅助周跳探测和修复算法研究66-72
• 4.4.1 传统周跳探测与修复方法分析66-68
• 4.4.2 惯性辅助的周跳探测与修复算法设计68-70
• 4.4.3 惯性辅助的周跳探测与修复算法性能分析70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 惯性辅助的北斗导航姿态测量系统仿真设计73-86
• 5.1 引言73
• 5.2 多天线北斗测姿观测量仿真系统设计73-78
• 5.2.1 多天线北斗测姿观测量仿真系统设计73-76
• 5.2.2 多天线北斗测姿观测量仿真系统性能分析76-78
• 5.3 惯性辅助的北斗导航姿态测量系统平台设计及性能分析78-85
• 5.3.1 惯性辅助的北斗导航姿态测量系统平台结构设计78-79
• 5.3.2 惯性辅助的北斗导航姿态测量系统平台方案设计79-81
• 5.3.3 惯性辅助的北斗导航姿态测量系统性能分析81-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 本文主要研究工作86-87
• 6.2 后续工作展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文92

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