一种GNSS/INS深耦合系统环路辅助切换方法

摘要

本发明提供了一种GNSS/INS深耦合系统环路辅助切换方法，该方法可以在INS出现故障时完成对GNSS/INS深耦合系统载波跟踪环路辅助状态的切换，有效地实现GNSS/INS深耦合系统中INS对GNSS接收机载波跟踪环路辅助状态的切换，当INS出现故障时可以通过该方法对GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态进行切换，避免INS故障所造成的深耦合系统的发散，有效地提高了深耦合系统的鲁棒性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航与通信领域，尤其是GNSS/INS组合导航。

背景技术

近年来随着GNSS技术的发展以及INS传感器技术水平的进步，GNSS/INS组合导航技术获得了长足的发展。GNSS/INS组合导航系统的数据融合算法已经得到了深入的研究。而INS辅助的跟踪环路的深耦合导航技术的提出使得GNSS接收机可以适应更加复杂的外部环境与动态性能。

GNSS/INS深耦合系统虽然可以提高两个系统各自的性能，但是随之而来的也提高了系统出错的风险。当INS单元出现故障，尤其是当故障为渐变式时，会导致辅助后的GNSS跟踪环路的失锁或误跟踪，GNSS跟踪环路的失锁与误跟踪会进而影响对INS的传递对准，最终导致整个系统的发散，严重影响了INS辅助的跟踪环路的深耦合系统的鲁棒性。在INS故障的情况下若直接切断INS对GNSS接收机跟踪环路的辅助会导致接收机的失锁，因此应该设计相应的GNSS/INS深耦合系统环路切换方法以实现GNSS/INS深耦合系统跟踪环路状态的切换。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明针对GNSS/INS深耦合系统环路跟踪状态切换中存在的问题，设计了一种GNSS/INS深耦合系统环路辅助切换方法，该方法可以在INS出现故障时完成对GNSS/INS深耦合系统载波跟踪环路辅助状态的切换，避免了由INS故障所造成的深耦合系统发散的问题，提高了系统的整体性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

步骤1：在组合导航接收机对卫星信号捕获完成后，GNSS/INS深耦合系统即转入INS辅助下的深耦合环路跟踪状态，载波跟踪环路辅助量f_Aid如下：

f_Aid＝K_Switch·(f_INS-f_Switch)+f_Cal(1)

其中K_Switch为INS辅助开关量，在初始状态下设置为1，f_INS为INS辅助下的载波频率估计量，f_INS是根据INS输出的接收机动态信息，结合GNSS接收机解算的卫星动态信息而计算出的卫星信号相对于接收机的多普勒频移，f_Switch为切换频率，在初始状态下设置为卫星信号的载波捕获频率，f_Cal为环路累加锁存频率，在初始状态下设置为0；

步骤2：当INS系统出现故障，则将GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态由辅助切换为不辅助，为了避免直接断开载波跟踪环路辅助量f_Aid所造成的GNSS信号失锁问题，载波跟踪环路辅助量f_Aid仍然按照公式(1)计算，但其中环路累加锁存频率f_Cal以及INS辅助开关量K_Switch按照公式(2)、公式(3)进行计算：

$>f_{Cal}=f_{{\mathrm{Cal}}^{(t-1)}}+f_{INS}-f_{Switch}---\left(2\right)$>

K_Switch＝0(3)

其中，公式(2)中为状态更新前的前一个时刻的环路累加锁存频率；

步骤3：当INS系统故障排除之后，将GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态由不辅助切换为辅助，载波跟踪环路辅助量f_Aid仍然按照公式(1)计算，但公式(1)中的切换频率f_Switch与INS辅助开关量K_Switch按照公式(4)、公式(5)进行计算：

f_Switch＝f_{C_Loop}(4)

K_Switch＝1(5)

其中f_{C_Loop}为切换时刻载波的跟踪频率；

由此，GNSS/INS深耦合系统根据INS系统根据是否存在故障在步骤2与步骤3之间进行切换，保证GNSS/INS深耦合系统可以对环路的辅助量进行控制。

本发明的有益效果是本发明所设计的GNSS/INS深耦合系统载波跟踪环路辅助的切换方法，可以有效地实现GNSS/INS深耦合系统中INS对GNSS接收机载波跟踪环路辅助状态的切换，当INS出现故障时可以通过该方法对GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态进行切换，避免INS故障所造成的深耦合系统的发散，有效地提高了深耦合系统的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明设计的模糊控制下的鲁邦深耦合跟踪方法方案图。

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例的鲁棒深耦合跟踪方法的具体实施方案如图1所示，INS辅助下的载波频率估计量f_INS，经过辅助状态切换单元后得到载波跟踪环路辅助量f_Aid，将载波跟踪环路辅助量f_Aid与环路滤波器的输出结果进行累加即完成了GNSS/INS深耦合系统中INS对GNSS接收机载波跟踪环路的辅助。

如图2本发明的切换方法的流程图所示，本发明的环路辅助切换方法的具体步骤为：

步骤1：在对卫星信号捕获完成后GNSS/INS深耦合系统即转入INS辅助下的深耦合环路跟踪状态，载波跟踪环路辅助量f_Aid如下式所示。其中f_INS为INS辅助下的载波频率估计量，K_Switch为INS辅助开关量，在初始状态下设置为1，f_Switch为切换频率，在初始状态下设置为卫星信号的载波捕获频率，f_Cal为环路累加锁存频率，在初始状态下设置为0。

f_Aid＝K_Switch·(f_INS-f_Switch)+f_Cal(1)

步骤2：若INS系统出现故障，则应将GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态由辅助切换为不辅助，为了避免直接断开载波跟踪环路辅助量f_Aid所造成的时所问题，此时仍然保持对载波跟踪环路辅助量f_Aid按照公式(1)计算，但对频率累加锁存量f_Cal以及INS辅助开关量K_Switch按照公式(2)、公式(3)所示进行更新，公式(2)中为状态更新前的前一个时刻的环路累加锁存频率：

$>f_{Cal}=f_{{\mathrm{Cal}}^{(t-1)}}+f_{INS}-f_{Switch}---\left(2\right)$>

K_Switch＝0(3)

步骤3：当INS故障排除之后，则应将GNSS/INS深耦合系统环路辅助状态由不辅助切换为辅助，此时仍然保持对载波跟踪环路辅助量f_Aid按照公式(1)计算，但应对切换频率f_Switch与INS辅助开关量K_Switch按照公式(4)、公式(5)所示进行更新：

f_Switch＝f_{C_Loop}(4)

K_Switch＝1(5)

其中f_{C_Loop}为切换时刻载波的跟踪频率，之后根据INS是否存在故障在步骤2与步骤3之间进行切换即可。