INS辅助GNSS环路跟踪及完好性监测技术研究

摘要

随着全球卫星导航技术（GNSS）不断发展，对导航系统性能要求逐步提高。但现阶段卫星导航系统仍存在在弱信号下接收机信号跟踪能力弱、定位误差大以及对卫星导航系统故障监测反馈慢等问题。针对卫星导航系统在弱信号下信号跟踪能力弱、定位误差大以及单独卫星导航系统完好性监测告警时间长、不能检测出慢变故障的问题，本文以GPS为例，并基于国家自然基金项目《基于MEMS的联邦式GPS/MIMU深组合跟踪环路信号处理方法研究》对GPS接收机中环路跟踪技术和GPS信号完好性监测技术进行了研究。
　　本文首先深入分析了传统卫星导航接收机跟踪环路的结构以及载波环误差和码环误差，在此基础上分析了基于Kalman滤波的接收机跟踪环路，并重点分析了基于EKF的接收机跟踪环路；然后针对传统接收机在弱信号下跟踪能力弱甚至经常失锁的问题，提出了一种惯性导航信息辅助下的EKF跟踪环路，并通过仿真与传统环路相对比，验证了其在弱信号下较强的跟踪能力；接着在研究接收机跟踪环路的基础上，对于卫星导航接收机定位误差密不可分的完好性监测技术进行研究，并在分析传统最小二乘残差法的基础上进一步考虑了观测矩阵误差分析总体最小二乘残差法，并提出一种多卫星故障识别方法，仿真结果表明本文的多星故障识别方法能够准确识别出多星故障；最后针对单独卫星导航系统完好性监测算法不能识别慢变故障以及其完好性告警时间长的问题，提出一种基于惯性信息辅助的完好性速率监测算法，通过仿真验证，证明了该算法不仅能够检测出卫星导航系统慢变故障，还能够检测出惯性导航系统的故障，并且能够有效缩短完好性监测的告警时间。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 主要研究内容与章节安排

第2章 GNSS接收机基础

2.1 GPS信号组成

2.2 GPS接收机信号捕获

2.3 GPS接收机跟踪环路

2.4 GPS定位原理

2.5 本章小结

第3章 INS辅助接收机信号跟踪方法研究

3.1 基于Kalman滤波的接收机跟踪环路

3.2 基于I/Q支路相干积分观测信号跟踪

3.3 INS辅助的GNSS接收机跟踪环路

3.4 性能仿真分析

3.5本章小结

第4章 GNSS完好性监测技术

4.1接收机自主完好性监测技术基础

4.2 基于总体最小二乘的RAIM

4.3 总体最小二乘RAIM仿真分析

4.4本章小结

第5章 INS辅助GNSS完好性监测技术

5.1 GNSS/INS组合结构

5.2 INS辅助GNSS完好性监测算法

5.3仿真分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢