论文部分内容阅读
本文主要研究的是INS与GNSS组合导航技术，对INS和GNSS各自的解算及其组合导航的流程、方法进行了研究验证，重点研究的是INS辅助GNSS信号捕获跟踪的原理以及实现方式，分析评估了不同等级INS在辅助GNSS信号捕获中的性能表现并依据此设计了INS等级选择策略；另外还设计了INS辅助PLL的最优环路带宽并分析了不同等级INS对于环路带宽的改善情况。 首先，本文对INS解算进行了研究，分析了一种基于传统粗对准的改进对准算法，利用GNSS双历元信息进行对准辅助，并对基于四元数的姿态解算、速度解算和位置解算方法进行了研究；对GNSS的伪距定位定速算法进行了研究，以及对INS与GNSS的松组合导航算法进行了推导，并用实测数据验证了上述各研究的可行性并进行了性能分析。 其次，分析了INS辅助GNSS信号捕获的原理以及GNSS信号捕获性能评估的相关指标和影响因素，对不同等级的INS进行误差建模和速度测量误差分析，针对不同的载体动态情况评估了不同等级INS对于GNSS信号捕获的性能表现，设计制定了一种热启动下基于不同载体动态情况下的INS等级选定策略，得到结论：低动态载体无需使用INS辅助捕获；对中动态载体，短时内捕获只需机动车级INS，长时可使用战术级或导航级INS；对于高动态载体，短时捕获消费级或机动车级INS都可使用，长时战术级和导航级都能有效辅助捕获。此外，INS辅助捕获后使得检测概率有较大提升，平均捕获时间有较大压缩，在不同动态情况下检测概率提升了20%以上，平均捕获时间压缩60%以上，当INS测速误差较小时（5m/s），平均捕获时间最高可压缩99%左右。 然后，针对高动态和弱信号情况下的信号跟踪问题分析了INS对GNSS信号跟踪的原理以及环路带宽设计中载体动态与环路噪声的矛盾，使用INS辅助环路后可有效解决此问题，并基于INS辅助的PLL设计了一种最小化环路跟踪误差的最优环路带宽。分析不同等级INS在GNSS信号跟踪后得到此最优环路带宽的改善结论：在载噪比为20dB-Hz及以上时，战术级INS能将PLL环路带宽相对传统环路最高压缩68.69%，导航级精度的INS最高能压缩97.84%，但机动车级INS和消费级INS由于其本身器件误差较大不能有效减小环路带宽。 最后，对全文中的工作做了总结，针对其中的不足提出了下一步需要进行研究的问题。本文主要评估分析了不同等级INS在GNSS信号捕获跟踪中的性能表现，并提出了INS辅助信号捕获的等级选择策略，设计了基于INS辅助PLL的最优环路带宽，能对深组合导航系统的工程实现起到指导作用。