[發明專利]基于環路狀態自檢測的SINS/GPS深組合導航方法

有效

• 申請號: 201210106107.5
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102636798A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 謝非;李榮冰;劉建業;孫永榮;王翌;武成峰;曾慶化;黃雋祎;曹進;徐昭
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/48
• 分類號: G01S19/48;G01S19/23
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種基于環路狀態自檢測的SINS/GPS深組合導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對捷聯慣性導航系統進行初始對準和GPS軟件接收機參數初始化設置；

步驟2、GPS軟件接收機對接收到的數字中頻信號進行捕獲、碼和載波跟蹤、導航電文解碼、偽距估算、位置和速度解算處理；

步驟3、在GPS軟件接收機各通道跟蹤環路中建立環路預處理擴展卡爾曼濾波器模型，該模型利用碼和載波跟蹤環路中相關運算后生成的六路相關積分值作為觀測量，利用跟蹤環路本地信號特征參量作為狀態量；環路預處理擴展卡爾曼濾波器對狀態變量進行更新，得到狀態估計值后通過參數轉換后得到GPS衛星和載體視線方向上的偽距偏差和偽距率偏差輸入到組合濾波器中；

步驟4、建立捷聯慣性導航系統和GPS導航系統深組合卡爾曼濾波器模型，該模型的狀態量為捷聯慣性導航系統在東、北、天地理坐標系下三維姿態誤差、三維速度誤差、三維位置誤差、三維陀螺常值漂移誤差、三維陀螺一階馬爾可夫漂移誤差和三維加速度計零偏，以及GPS接收機在地心地固坐標系(ECEF)下的等效時鐘誤差對應的距離，等效時鐘頻率誤差對應的距離率；該模型的觀測量為步驟(3)中所述的GPS衛星和載體視線方向上的偽距偏差和偽距率偏差，根據獲得的觀測量信息，對狀態量進行更新得到導航誤差參數；

步驟5、利用步驟4中所述的導航誤差參數對捷聯慣性導航系統進行狀態校正；

步驟6、利用校正后的捷聯慣性導航系統輸出的位置和速度結果結合同時刻衛星位置、速度狀態信息進行跟蹤環路中碼環及載波環的頻率控制量估算，以控制下一周期跟蹤環路中本地信號的生成，并利用環路預處理擴展卡爾曼濾波器估計得到的載波相位差最優估計值Δθ_carr對本地載波相位進行補償，完成對跟蹤環路中本地信號的反饋控制。

2.根據權利要求1所述的基于環路狀態自檢測的SINS/GPS深組合導航方法，其特征在于，步驟3具體包括：

(a)建立環路預處理擴展卡爾曼濾波器模型

觀測量為：跟蹤環路的六路相關積分值I_E，I_P，I_L，Q_E，Q_P，Q_L，其觀測模型為：

IE=AR(Δφca-τ)2Δωcarr[sin(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-sin(Δθcarr)]]]>

IP=AR(Δφca)2Δωcarr[sin(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-sin(Δθcarr)]]]>

IL=AR(Δφca+τ)2Δωcarr[sin(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-sin(Δθcarr)]]]>

QE=-AR(Δφca-τ)2Δωcarr[cos(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-cos(Δθcarr)]]]>

QP=-AR(Δφca)2Δωcarr[cos(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-cos(Δθcarr)]]]>

QL=-AR(Δφca+τ)2Δωcarr[cos(ΔωcarrΔT+Δθcarr)-cos(Δθcarr)]]]>

其中，I_E為同相支路的超前累加輸出、I_P為同相支路的即時累加輸出、I_L為同相支路的滯后累加輸出、Q_E為正交支路的超前累加輸出、Q_P為正交支路的即時累加輸出、Q_L為正交支路的滯后累加輸出，A為衛星星歷碼在一個積分周期內的積分值，由信號強度決定，并且與時間無關，Δφ_ca為本地碼與接收碼之間的相位差，τ為相關器間距，Δω_carr為本地載波與接收載波之間的角頻率差，Δθ_carr為本地載波與接收載波之間的相位差，ΔT為相關積分時間，R為最大值為1的碼自相關函數，具體表示形式如下：

R(x)=1-|x|,|x|≤10,|x|>1;]]>

狀態量為：Xloop=ΔφcaΔθcarrωrecω·rec,]]>狀態模型為：

Δφca,k+1=Δφca,k+(frec-fIFfrec-flocal-fIFflocal)×ΔT]]>

Δθcarr,k+1=Δθcarr,k+ωrec,k×ΔT+ω·rec,k×ΔT22]]>

ωrec,k+1=ωrec,k+ω·rec,k×ΔT]]>

ω·rec,k+1=ω·rec,k+1]]>

其中，ω_rec為接收載波角頻率，為接收載波角頻率變化率，k為k時刻的下標，為接收載波頻率，f_local為本地載波頻率，f_IF為載波中頻頻率；

(b)環路預處理擴展卡爾曼濾波器的輸出信息

利用環路預處理濾波器估計值Δφ_ca及Δω_carr推算出的GPS衛星和載體視線方向上的偽距偏差Δρ和偽距率偏差公式如下：

Δρ=cfcodeBasisΔφca]]>

Δρ·=cfLΔωcarr2π]]>

其中，c為光速，f_codeBasis＝1.023MHz為基準碼頻率，f_L＝1575.42MHz為衛星發射信號的調制載波頻率。