用于精确估计多普勒频移的GPS/SINS紧组合导航系统研究

发布时间：2021-04-09 02:38

　　针对SINS信息辅助的GPS/SINS超紧组合形式,为减小GPS内部载波环路的跟踪带宽,提升环路的动态性和抗干扰能力,本文提出基于GPS/SINS紧组合系统精确估计多普勒频移的方法。在提高导航系统精度的基础上,通过紧组合系统的高精度导航性能计算GPS信号的多普勒频移,并对其中的随机误差进行ARMA建模估计,完成多普勒频移的精确估计。论文主要研究内容如下:（1）分析推导SINS工作原理,建立SINS误差方程,并对SINS导航算法进行仿真验证,着重对SINS初始对准进行实际数据的验证分析。研究GPS导航定位测速原理,通过采集真实GPS数据,完成GPS定位和测速实验,验证其正确性。（2）分析推导GPS/SINS组合导航的滤波算法,根据GPS/SINS组合深度的不同,分别建立松组合与紧组合导航系统的模型,以及对应的信息融合算法,并通过静态半物理仿真实验进行对比验证。（3）分析GPS中多普勒效应产生的原因,建立GPS多普勒估计模型,由此推导出紧组合系统估计的多普勒误差模型。在紧组合系统估计多普勒频移的基础上,对其中存在的随机误差进行ARMA建模,完成多普勒频移的精确估计。本文通过户外跑车实验收集... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１超紧组合对ＧＰＳ环路的辅助??超紧组合需要利用ＳＩＮＳ信息估计的多普勒频移，来辅助ＧＰＳ接收机载波环路中??

当前对ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合导航系统的研究己经日趋成熟，为了满足不同的导航应用需??求，根据ＧＰＳ接收机与ＳＩＮＳ的组合深度，可以将其分为松组合、紧组合和超紧组合三??种模式［１２］。三者分别在定位域、观测量域和导航器件结构层面实现信息融合，如图１．２??所示。??ＧＰＳ?又?７??１??天线ｊ?环路辅助??—？！捕获环路跟踪环路＾ｘ??１?前端?ｐｉ＿＿＿ｒｎ＿＿＿＼?超紧??伪距、紧组???伪距率?＇?ＧＰＳ／ＳＩＮＳ?Ｐ?Ｈ??／?组合导航??士?松组滤波器??导航解算＾＾????Ｐｙ?Ａ??ＩＭＵ??？?ＳＩＮＳ解算?＾?？???１??ＳＩＮＳ误差修正??图１．２?ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合导航系统模式示意图??超紧组合通常在ＧＰＳ接收机内部结构层面上实现组合，将ＧＰＳ跟踪环路中的／、０??信号与ＳＩＮＳ输出的导航信息相融合，并利用修正后的导航信息辅助ＧＰＳ跟踪环路。超??紧组合提高了跟踪环的动态跟踪性能，有效降低了载波环的噪声带宽，从而提高了载波??环和码环的跟踪精度，然而其实现较为复杂［１３］。??松组合直接将ＧＰＳ和ＳＩＮＳ在定位域（位置、速度）层面进行组合，对ＳＩＮＳ的长时??间工作积累的导航误差进行修正。松组合系统增强了导航系统可靠性，提高了导航精度，??但这种结构一般要求ＧＰＳ同时成功观测到４颗以上的卫星，因此限制了松组合系统的??应用范围［１４］。??紧组合则是根据卫星的星历

图２．１?？系到６系的转动示意图??述三次转动，分别对应三个转换矩阵，即??ｃｏｓｙ／?－ｓｉｎｉ／／?０?１０?０?ｃｏｓ／?０?－ｓｉｎ／???－ｓｉｎ＾?ｃｏｓ＾?０?，Ｃ，２?＝?０?ｃｏｓ沒?ｓｉｎ６?，Ｃｂ２?＝?０?１０??０?０?１?０?－ｓｉｎ?汐?ｃｏｓ?汐?ｓｉｎ＾?０?ｃｏｓ，??三个矩阵依次相乘，可得由〃系到６系的转动矩阵：??ｃｏｓ／?０?一?ｓｉｎ／?１?０?０?ｃｏｓ（／／?－ｓｉｎｉ／／?０??＼Ｃ］Ｃ＼?－?０?１?０?？?０?ｃｏｓ９?ｓｉｎ０?？－ｓｉｎ?ｖ?ｃｏｓｙ?０ｓｉｎ／?０?ｃｏｓ?／?０?－ｓｉｎ＾?ｃｏｓ?汐?０?０?１??得：??ｃｏｓ?ｙ?ｃｏｓ?＾?＋?ｓｉｎ?／?ｓｉｎ?ｙ／?ｓｉｎ?６?一?ｃｏｓ?ｙ?ｓｉｎ?ｙ?＋?ｓｉｎ?／?ｃｏｓ?ｙ?ｓｉｎ?０?－ｓｉｎ／ｃｏｓ?＾ｓｉｎ?＾?ｃｏｓ＾?ｃｏｓｙ／?ｃｏｓ?６?ｓｉｎ＾ｓｉｎ?ｙ?ｃｏｓ?ｙ／?－?ｃｏｓ?／?ｓｉｎ?＼／／?ｓｉｎ?６?－?ｓｉｎ?＾?ｓｉｎ?＾?－?ｃｏｓ?Ｘ?ｃｏｓ?＼ｊ／?ｓｉｎ?９?ｃｏｓ／ｃｏｓ?＾系到６系的转动过程中坐标系的三个轴始终保持相互垂直，所以ｃ？６义姿态矩阵即??ｃｏｓ?ｙ?ｃｏｓ?＾?＋?ｓｉｎ?７?ｓｉｎ?ｙ／?ｓｉｎ?６?ｓｉｎ?＜／／?ｃｏｓ?９?ｓｉｎ?ｙ?ｃｏｓ?＼ｊ／?－?ｃｏｓ?／?ｓｉｎ?ｙ／?ｓｉｎ?６??

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3126747