GPS-INS耦合結構和融合算法研究.pdf

1、GPS/INS組合導航系統(tǒng)因GPS和INS優(yōu)勢互補特性,成為導航界被廣泛關注的課題之一。本文從數(shù)據(jù)處理的角度對 GPS/INS松、緊和深耦合導航系統(tǒng)進行了系統(tǒng)研究,深入分析了三種耦合結構數(shù)據(jù)處理特點,并給出了對應結構環(huán)路閉合方法;在GPS/INS緊耦合系統(tǒng)的設計中引入了INS頻率輔助信息,縮短了平均捕獲時間,減小了跟蹤環(huán)路帶寬,實現(xiàn)了高動態(tài)載體快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤;結合濾波外推的方法,提出了相應耦合結構數(shù)據(jù)時間同步方案,解決了耦合環(huán)路數(shù)據(jù)

2、更新頻率不一致問題,實現(xiàn)了相應耦合環(huán)路的閉合;改進了標準無跡粒子濾波(Ucented Particle Filter,UPF),并將改進的UPF應用到GPS/INS深耦合非線性信息融合中,輸出的定位信息滿足定位需求。具體內容包括:
　　(1)給出了一種GPS/INS松耦合信號捕獲、跟蹤的實現(xiàn)方法,利用基于kalman外推的方法實現(xiàn)了數(shù)據(jù)時間同步,并設計了并行碼相位捕獲算法和二階跟蹤環(huán)路,實測實驗數(shù)據(jù)驗證了設計的松耦合系統(tǒng)捕獲、跟蹤

3、功能。
　　(2)給出了一種INS輔助GPS捕獲/跟蹤緊耦合方案,探討了緊耦合數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)更新率不一致問題,提出了基于UKF外推的方法實現(xiàn)了數(shù)據(jù)時間同步方案,設計了基于 INS頻率輔助的并行碼相位捕獲算法和三階載波跟蹤環(huán)路,并給出了與之相適應的捕獲、跟蹤性能評估方法。實驗表明:冷啟動環(huán)境下,INS頻率的輔助GPS捕獲在保證檢測概率的同時,將平均捕獲時間縮短了至少20％;載體加加速度為10g且載噪比為25dB-Hz時,將INS頻率輔

4、助的三階載波跟蹤環(huán)路帶寬設為2Hz,即能將跟蹤誤差限制在±15°以內。
　　(3)給出了基于矢量跟蹤環(huán)路GPS/INS深耦合系統(tǒng)各跟蹤通道預置濾波非線性模型及跟蹤環(huán)路的控制方法,探討了深耦合數(shù)據(jù)處理過程數(shù)據(jù)更新率不一致性問題,提出了利用外推和 CIC濾波相結合方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)時間同步方案,完成了深耦合矢量跟蹤環(huán)路設計。實驗表明:設計的深耦合跟蹤環(huán)路將各通道碼和載波相位偏差分別限制在±0.1chip和±0.1rad以內,滿足跟蹤環(huán)路鎖定