一种分布滤波式全球定位及捷联惯导组合导航方法技术

本发明专利技术属于组合导航和卫星导航领域，具体涉及的是一种具有联合校正功能的组合式卫星导航定位方法。分布滤波式全球定位及捷联惯导组合导航方法，包括天线单元(1)，射频前端单元(2)，信号捕获单元(3)，信号跟踪单元(4)，位同步、帧同步单元(5)，惯性测量单元(6)，捷联解算单元(7)，观测量转换单元(8)，组合滤波单元(9)，以及校正触发单元(10)。本发明专利技术提高了全球定位子系统的抗动态和抗干扰能力，进而改善组合系统的定位精度，增强系统在复杂环境下的工作性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于组合导航和卫星导航领域，具体涉及的是一种具有联合校正功能的组合式卫星导航定位方法。
技术介绍
卫星导航系统(GPS)和惯性导航系统(SINS)具有互补的优势，因此GPS和SINS的组合导航被认为是实现连续、实时、精确定位的有效技术途径之一，二者的结合充分发挥了GPS定位精度不随时间改变，和SINS完全自主导航的优势。利用GPS的信息，通过最优估计可以周期性的补偿陀螺仪和加速度计的误差，克服了 SINS中惯性测量器件的误差随时间漂移的致命缺点。与此同时，在GPS受到干扰的时间里，SINS可以提供相对准确的位置、速度信息，改善弱信号和高动态环境下的GPS的定位性能，并可帮助GPS快速恢复正常工作。同时，不同子系统观测同一信息源，使得测量值冗余，某种程度上也提高了导航系统的可靠性。组合GPS/SINS系统作为保障定位精度和系统可靠性的导航手段之一，充分利用了 GPS和SINS子系统各自的优势。依据数据挖掘程度的深入情况，逐渐出现了松散组合、紧组合，以及超紧组合等架构。松散组合是将位置、速度和时间观测量作为系统组合的基准，通过组合滤波处理器将GPS和SINS的定位信息进行数据融合，计算出载体的导航系统位置、速度等信息的最佳或次佳估算值。紧组合系统中GPS接收机和SINS不再是以独立的导航系统实现，它们分别提供GPS接收机的伪距和伪距变化率信息，以及SINS中的加速度、角速度、位置、速度等信息；超紧组合则深入到GPS接收机基带处理部分的跟踪环路内部，利用GPS的I，Q信号和SINS的输出位置、速度进行组合。综合系统实现难易程度和组合性能考虑，紧组合是目前采用较多的方案之一，其利用GPS的伪距、伪距率和SINS的位置、速度之间的关系，建立二者之间的数据融合，因此如何利用已有的伪距、伪距率的信息融合框架上进行更深层次的信息挖掘和融合，提高GPS子系统的信号处理能力是组合导航领域和GPS接收机领域的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用非线性滤波的GPS信号跟踪和组合数据融合的分布滤波导航方法。本专利技术的目的是这样实现的分布滤波式全球定位及捷联惯导组合导航方法，包括天线单元(I )，射频前端单元(2)，信号捕获单元(3)，信号跟踪单元(4)，位同步、帧同步单元(5)，惯性测量单元(6)，捷联解算单元(7)，观测量转换单元(8),组合滤波单元(9),以及校正触发单元(10),包括如下步骤 (I)天线单元接收卫星信号，将信号发送至射频前端单元；(2)射频前端单元将信号通过功率放大、频率转换和模数转换变为中频数字信号并发送至信号捕获单元和信号跟踪单元；(3)信号捕获单元对卫星信号进行捕获、重捕获，根据输入的中频数字信号获得粗略的载波频率和码相位估计区间，对信号跟踪单元进行初始化；(4)信号跟踪单元由跟踪环路滤波通道组成，根据中频数字信号获得精确的载波频率和码相位的估计值并发送至位同步、帧同步单元；(5)位同步、帧同步单元根据信号跟踪单元发送的信息解调出导航电文，获得卫星的伪距和伪距率信息并发送给观测量转换单元和组合滤波单元； (6)捷联解算单元对惯性测量单元的输出信号进行转换，输出位置和速度信息并发送给信号跟踪单元及观测量转换单元；(7)观测量转换单元将捷联解算单元输出的位置和速度信息转化为卫星的伪距和伪距率信息并发送给组合滤波单元；(8)组合滤波单元对位同步、帧同步单元和观测量转换单元输出的信息进行数据融合，对捷联解算单元进行选择性反馈校正，对信号捕获单元的全球定位系统信号重捕获进行辅助校正。根据中频数字信号获得精确的载波频率和码相位的估计值的方法包括如下步骤(I)将射频前端单元输出的中频数字信号和本地的同向、正交信号相乘，得到同向支路信号和正交支路信号；(2)将同向支路信号和正交支路信号与滞后码和超前码信号相乘，分别得到同向滞后信号，同向超前信号，正交滞后信号和正交超前信号；(3)将积分时间内的同向支路信号，正交支路信号，同向支路的超前和滞后信号的差值，以及正交支路的超前和滞后信号的差值作为信号跟踪单元中非线性滤波器的观测向量，同时选取信号参数作为状态向量，构建基于非线性滤波的信号跟踪环路。组合滤波单元根据系统状态进行选择性反馈校正，在组合信息融合的初期采取无反馈校正，组合结果趋于稳定时，反馈校正回路闭合。本专利技术的有益效果在于本专利技术分别应用非线性滤波实现GPS的信号跟踪和组合数据融合，构建了基于分布滤波形式的组合结构，以及GPS和SINS子系统交互校正的工作方法，其中组合滤波单元输出的信息完成对SINS系统的选择性校正和GPS的信号重捕获,捷联解算单兀输出信息实现对载体运动多普勒频移的预测，并辅助GPS跟踪参数的精确估计，实现对SINS子系统误差随时间累积的抑制，提高GPS子系统的抗动态和抗干扰能力，进而改善组合系统的定位精度，增强系统在复杂环境下的工作性能。附图说明图I为分布滤波式全球定位及捷联惯导组合导航方法示意图；图2为卫星运动信息的获取过程；图3为SINS误差修正的选择性反馈流程；图4为信号跟踪单元信息传递与处理的具体方式。具体实 施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。结合图1，本专利技术中的分布滤波式全球定位及捷联惯导组合导航方法，包括天线单元(1)，射频前端单元(2),信号捕获单元(3),信号跟踪单元(4),位同步、巾贞同步单元(5)，惯性测量单元(6)，捷联解算单元(7)，观测量转换单元(8)，组合滤波单元(9)，以及校正触发单元(10)。其中，天线单元，射频前端单元，信号捕获单元，信号跟踪单元和位同步、帧同步单元构成了 GPS子系统，惯性测量单元和捷联解算单元构成了 SINS子系统，观测量转换单元和组合滤波单元实现组合系统的数据融合。信号跟踪单元和组合滤波单元构成了分布滤波形式的组合系统；捷联解算单元对信号跟踪单元的信息辅助，组合滤波单元对捷联解算单元的选择性校正，以及组合滤波单元对信号捕获单元的信号重捕获辅助，构成了交互信息辅助校正形式的组合系统。本专利技术的具体流程为天线接收到的微弱的GPS信号，通过射频前端单元的功率放大、功率转换和模数转换，变为中频数字信号，之后经过信号捕获获得粗略的载波频率和码相位估计区间，转入信号跟踪单元，在信号跟踪单元中将射频前端输出的中频数字信号和本地的同向、正交信号相乘，得到同向支路信号和正交支路信号，将同向支路信号和正交支路信号与滞后延迟和超前码信号相乘，分别得到同向滞后信号，同向超前信号，正交滞后信号和正交超前信号后，利用非线性滤波完成GPS信号的参数估计。在信号跟踪单元中，不同通道建立的非线性信号参数估计的状态向量包括( I)真实载波和本地复现载波的相位差X41 ；(2)载波相位漂移(即载波多普勒频率漂移)χω，(3)载波相位漂移变化率(即载波多普勒频率漂移变化率)Xa, =X6,；(4)真实码相位和本地码相位的差Xt。在信号跟踪单元中，不同通道建立的非线性信号参数估计的观测向量包括积分时间内的同向支路信号，正交支路信号，同向支路的超前和滞后信号的差值，以及正交支路的超前和滞后信号的差值。在经过位同步和帧同步后，即可获得不同卫星的伪距和伪距率信息。惯性测量单元的输出经过捷联解算后，获得位置、速度等信息，利用GPS输出的星历信息将其转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琳，高帅和，丁继成，郝勇，李亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：