高动态下深耦合系统多载波矢量相位跟踪环设计与实现

摘要

随着科学技术的飞速发展，载体动态性能也将越来越强，这给导航定位技术带来新的机遇和挑战，尤其是在军事应用领域上。然而传统跟踪环在高动态下的劣势决定了其不能满足在高动态环境下的定位需求。因此，如何实现高动态环境下的准确实时定位是急迫需要解决的问题。本文在此背景下，利用惯性导航技术和 GNSS接收机的深耦合技术，深入研究跟踪环路的设计，寻求实现高动态下载体定位的解决方案。
　　本文首先对课题研究背景和意义进行了介绍，并阐述了矢量跟踪技术、GNSS/INS深耦合组合导航技术以及高动态导航技术国内外的研究现状。然后分别对惯性导航技术和传统跟踪环路原理进行了分析，并指出传统跟踪环路锁相环阶数和跟踪环鲁棒性之间的矛盾以及为适应高动态环境的环路带宽设计和热噪声的引入之间的矛盾，从而得出了传统跟踪环在高动态环境下的局限性。并通过仿真证明了矢量相位跟踪环相较标量相位跟踪环的优越性。
　　在矢量相位跟踪的基础上，本文接着深入研究 GNSS/INS深耦合跟踪环的信息融合算法和系统架构。在高动态环境下 GNSS/INS深耦合跟踪环路滤波处理过程将表现出强非线性性。于是本文分别对常用的几种非线性卡尔曼滤波算法原理进行了分析，并利用异常观测方差膨胀抗差模型来自适应调整量测噪声，最后仿真分析得到抗差CKF其滤波性能最优。文章对GNSS/INS深耦合几种不同的系统架构原理进行了详细分析，结合仿真总结了其各自不同的优缺点，并得出了非相干型级联式GNSS/INS深耦合系统更适合在低载噪比、高动态情况下使用的结论，为后续研究打下了基础。
　　接着，本文针对非相干级联式 GNSS/INS深耦合系统定位精度不足的缺点，提出了利用多载波模型来消除电离层误差的方法，并设计出两种不同的GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环，并且提出利用多载波模型获得的电离层误差信息以及接收机钟差信息加入NCO估计参数中并结合基于预测的本地信号生成方法，并在仿真条件下证明了方法的有效性。
　　最后，结合前面研究成果，并对载体轨迹产生、IMU测量模块、信息同步等问题进行了分析说明，实现了 GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环的仿真平台，并通过在高动态环境下的仿真证明了平台的有效性。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究动态

1.3论文的研究内容和组织结构

第二章 惯导系统与接收机跟踪环路原理分析

2.1惯导系统

2.2卫星导航接收机跟踪环技术概述

2.3矢量相位跟踪环

2.4本章小结

第三章 高动态下GNSS/INS深耦合跟踪环路信息融合算法设计及架构研究

3.1高动态运动模型

3.2高动态下深耦合系统非线性信息融合算法设计

3.3 GNSS/INS深耦合矢量相位跟踪系统架构研究

3.4本章小结

第四章 高动态GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环路设计

4.1 GNSS/INS深耦合系统伪距/伪距率观测量研究

4.2高动态GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环设计

4.3跟踪环NCO控制量计算

4.4高动态深耦合系统多载波矢量相位跟踪环仿真结果

4.5本章小结

第五章 高动态GNSS/INS深耦合系统多载波矢量相位跟踪环仿真平台实现

5.1平台总体设计

5.2数据产生部分实现

5.3信息同步问题研究

5.4平台仿真实现及分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果