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GPS/INS组合导航系统因GPS和INS优势互补特性,成为导航界被广泛关注的课题之一。本文从数据处理的角度对GPS/INS松、紧和深耦合导航系统进行了系统研究,深入分析了三种耦合结构数据处理特点,并给出了对应结构环路闭合方法;在GPS/INS紧耦合系统的设计中引入了INS频率辅助信息,缩短了平均捕获时间,减小了跟踪环路带宽,实现了高动态载体快速捕获和稳定跟踪;结合滤波外推的方法,提出了相应耦合结构数据时间同步方案,解决了耦合环路数据更新频率不一致问题,实现了相应耦合环路的闭合;改进了标准无迹粒子滤波(Ucented Particle Filter,UPF),并将改进的UPF应用到GPS/INS深耦合非线性信息融合中,输出的定位信息满足定位需求。具体内容包括:(1)给出了一种GPS/INS松耦合信号捕获、跟踪的实现方法,利用基于kalman外推的方法实现了数据时间同步,并设计了并行码相位捕获算法和二阶跟踪环路,实测实验数据验证了设计的松耦合系统捕获、跟踪功能。(2)给出了一种INS辅助GPS捕获/跟踪紧耦合方案,探讨了紧耦合数据处理数据更新率不一致问题,提出了基于UKF外推的方法实现了数据时间同步方案,设计了基于INS频率辅助的并行码相位捕获算法和三阶载波跟踪环路,并给出了与之相适应的捕获、跟踪性能评估方法。实验表明:冷启动环境下,INS频率的辅助GPS捕获在保证检测概率的同时,将平均捕获时间缩短了至少20%;载体加加速度为10g且载噪比为25dB-Hz时,将INS频率辅助的三阶载波跟踪环路带宽设为2Hz,即能将跟踪误差限制在±15°以内。(3)给出了基于矢量跟踪环路GPS/INS深耦合系统各跟踪通道预置滤波非线性模型及跟踪环路的控制方法,探讨了深耦合数据处理过程数据更新率不一致性问题,提出了利用外推和CIC滤波相结合方法实现数据时间同步方案,完成了深耦合矢量跟踪环路设计。实验表明:设计的深耦合跟踪环路将各通道码和载波相位偏差分别限制在±0.1chip和±0.1rad以内,满足跟踪环路锁定要求。(4)针对标准UPF滤波缺点提出了两点改进:一方面针对UKF环节针对估计误差协方差极易非正定的问题进行了强制正定化处理;另一方面针对粒子滤波环节针对重采样导致的粒子多样性降低的问题,增加了MCMC移动步骤。实验表明:利用改进的UPF设计了深耦合信息融合系统,能够解决系统非线性问题,定位精度明显优于EKF和UKF。