專利名稱：一種基于sins/gps深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法，可用于提高飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船或車輛用SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。
背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)是一種完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以連續(xù)、實時地提供位置、速度和姿態(tài)信息，其短時精度很高，且具有隱蔽性好，不受氣候條件限制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海等領(lǐng)域。但是，SINS誤差隨時間增長，因此常與GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)組合構(gòu)成SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS和SINS在性能上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，將兩者組合不僅可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，而且隨著組合程度的加深，SINS/GPS組合系統(tǒng)的總體性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于各獨(dú)立系統(tǒng)。
按照組合程度的不同，SINS和GPS的組合纟莫式可分為松散組合、緊密組合和深組合。目前松散組合和緊密組合這兩種組合模式應(yīng)用較為廣泛。然而，隨著高機(jī)動性飛行器的發(fā)展和GPS應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，為滿足高動態(tài)載體(殲擊機(jī)、導(dǎo)彈等)及強(qiáng)噪聲干擾條件下的應(yīng)用需求，并進(jìn)一步提高組合系統(tǒng)的可靠性，深組合逐漸成為SINS/GPS組合系統(tǒng)的新一代設(shè)計模式。
在松散、緊密組合系統(tǒng)中，接收機(jī)內(nèi)部仍采用傳統(tǒng)的跟蹤結(jié)構(gòu)。在這種傳統(tǒng)跟蹤結(jié)構(gòu)中，每個通道由鑒相器、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器(NCO)組成，各通道之間相互獨(dú)立，因此這種跟蹤方式也稱為"標(biāo)量跟蹤"。在標(biāo)量跟蹤過程中，每個通道的偽碼NCO和載波NCO是由環(huán)路濾波器輸出的信號來驅(qū)動，而所有通道的量測信息則用于導(dǎo)航解算。傳統(tǒng)的標(biāo)量跟蹤方式存在以下缺陷 一方面，由于環(huán)路濾波器的增益和帶寬是固定的，對所有的相位誤差都按照相同的禾又重處理，從而無法適應(yīng)信號載噪比變化；另一方面，因不同跟蹤通道之間相互獨(dú)立，使已有的導(dǎo)航信息沒有得到充分利用。因此，在信號衰減、無意或人為射頻干擾等導(dǎo)致的低載噪比環(huán)境中，這種標(biāo)量跟蹤方法性能較差甚至無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法，該方法提高了 GPS接收機(jī)在信號發(fā)生中斷和低載噪比情況下的跟蹤性能。
8本發(fā)明的一種基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法，該方法利用組合卡爾曼濾波器反饋回路取代了傳統(tǒng)GPS接收機(jī)中獨(dú)立、并行的跟蹤環(huán)路，能夠同時完成所有可視衛(wèi)星信號跟蹤和SINS/GPS組合導(dǎo)航信息處理的任務(wù)；利用相關(guān)器殘差來更新導(dǎo)航參數(shù)狀態(tài)，同時根據(jù)已有的導(dǎo)航參數(shù)和星歷信息推測GPS偽碼相位和多普勒頻移參數(shù)，用以控制接收機(jī)的本地偽碼數(shù)控振蕩器和載波數(shù)控振蕩器，使本地偽碼相位和載波頻率與輸入信號保持一致，具體包括下列步驟
(1) 建立通道濾波器的系統(tǒng)模型，根據(jù)鑒相函數(shù)對相關(guān)器輸出信號的鑒別結(jié)果，對偽碼相位和載波頻率、載波相位跟蹤誤差進(jìn)行估計得到狀態(tài)估計值；通道濾波器的狀態(tài)估計值經(jīng)過參數(shù)轉(zhuǎn)換后，作為量測信息輸入到主濾波器中；
(2) SINS/GPS深組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合；
建立SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)主濾波器的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)GPS系統(tǒng)與SINS系
統(tǒng)輸出的量測信息，對載體狀態(tài)變量進(jìn)行更新，得到導(dǎo)航誤差參數(shù)和時鐘誤差估計。
(3) SINS系統(tǒng)對導(dǎo)航誤差參數(shù)進(jìn)行校正。
(4) 根據(jù)校正后的導(dǎo)航誤差參數(shù)、時鐘誤差估計以及衛(wèi)星的位置、速度參數(shù)確定偽碼相位和載波頻率參數(shù)，用來驅(qū)動接收機(jī)內(nèi)部各跟蹤通道的數(shù)控振蕩器，生成本地參考信號，以保持對所有可視GPS衛(wèi)星信號的跟蹤；
所述步驟(1)中相關(guān)器輸出為
& A '雖,-^^^^'sin^yr十坤)
& +外^(^^) .sin(;r^r+納
其中，^為同相支路的即時累加輸出，^為同相支路的超前累加輸出，^為同
相支路的滯后累加輸出，込s為正交支路的即時累加輸出，a^為正交支路的超前累加輸
出，込s為正交支路的滯后累加輸出，^為信號幅值，A為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，r為預(yù)檢測積分時
間，f,為該積分間隔內(nèi)的Coarse/acquisition (C/A)碼相位誤差，5為本地C/A碼(偽碼)超前滯后的間隔，《和^ 分別為積分間隔起始時刻本地參考信號與輸入信號之間的載波頻率差和相位差，及(')為C/A碼的自相關(guān)函數(shù)。
9偽碼跟蹤選擇歸一化超前滯后包絡(luò)鑒相函數(shù)，以消除幅度敏感性，當(dāng)輸入誤差在1.5碼元的范圍內(nèi)時，鑒相函數(shù)可以表示為
根據(jù)超前滯后兩路相關(guān)器的輸出，可得反正切函數(shù)對相關(guān)器輸出信號的載波相位鑒別結(jié)果為
所述步驟(1)中建立的通道濾波器系統(tǒng)模型包括狀態(tài)方程和量測方程
|_Z2=tanH)
其中，& ^r為通道濾波器的狀態(tài)變量，s為C/A碼相位誤差，《和<^分別為載波頻率差和相位差，&為載波頻率變化率誤差，^為信號幅值，《為通道濾波器系統(tǒng)矩陣，W為通道濾波器的系統(tǒng)噪聲矢量，
「o o y;仏o 0—
尺=
0 00 00 00 0
2;r000
0 0
1 00 00 0
其中，/a為Ll載波的頻率，,為采樣頻率。
所述步驟(1)中通道濾波器的狀態(tài)估計值經(jīng)過參數(shù)轉(zhuǎn)換后， 一個GPS跟蹤通道輸
入到主濾波器的偽距A;、偽距率A;量測信息為
- /丄1
其中，C。、 /。分別為本地信號發(fā)生器中的C/A碼相位和載波頻率的基準(zhǔn)值，￡和《分別為通道濾波器對C/A碼相位誤差和載波頻率誤差的估計值。
所述步驟(4)中，GPS衛(wèi)星信號的矢量跟蹤方法為一種利用已知載體信息推測跟
蹤參數(shù)、并驅(qū)動本地所有跟蹤通道中偽碼數(shù)控振蕩器和載波數(shù)控振蕩器的信號跟蹤方法，該方法的具體實現(xiàn)步驟為
(1)接收機(jī)內(nèi)部n個跟蹤通道工作，每個通道對應(yīng)一顆可視衛(wèi)星，射頻前端輸出
的中頻信號輸送到各個通道的相關(guān)器，與本地參考載波的正弦、余弦信號混頻后，與偽碼數(shù)控振蕩器生成的超前、即時和滯后碼進(jìn)行相關(guān)處理，并在預(yù)檢測積分間隔內(nèi)累加平
均，每個通道共輸出六路信號；
(2) 分別利用偽碼、載波鑒相函數(shù)對相關(guān)器輸出信號進(jìn)行鑒相計算，并將偽碼、載波相位鑒別結(jié)果作為量測信息輸入到通道濾波器；
(3) 每個通道內(nèi)的濾波器根據(jù)偽碼和載波的相位鑒別結(jié)果，更新通道內(nèi)偽碼相位、載波頻率以及載波相位跟蹤誤差的估計信息；
(4) 將通道1至通道n的n個通道濾波器的偽碼相位、載波頻率估計信息轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的偽距、偽距率信息，由此得到2n維的觀測矢量，并將其傳送到主濾波器中；
(5) 主濾波器接收來自GPS系統(tǒng)和SINS系統(tǒng)的偽距、偽距率信息，并將n個通道的量測信息分別與SINS系統(tǒng)的量測信息作差，由此得到2n維的量測矢量[初,艇，…,敘，啦，極,…，取f,然后對載體的位置、速度、姿態(tài)以及元件誤差和本地時鐘誤差進(jìn)行估計；
(6) 主濾波器將誤差狀態(tài)估計反饋回SINS系統(tǒng)中，對載體參數(shù)進(jìn)行校正和補(bǔ)償；同時，根據(jù)校正后的載體位置、速度參數(shù)以及接收機(jī)提供的衛(wèi)星星歷信息，得到載體與n顆衛(wèi)星的偽距、偽距率估計信息，并將其作為跟蹤矢量反饋回GPS系統(tǒng)n個通道的偽
碼和載波數(shù)控振蕩發(fā)生器；
(7) GPS各通道根據(jù)偽距估計信息調(diào)整C/A碼數(shù)控振蕩器的碼相位，根據(jù)偽距率
信息來調(diào)整C/A碼數(shù)控振蕩器和載波數(shù)控振蕩發(fā)生器的頻率變化，以使本地C/A碼相位和載波頻率與輸入信號保持一致，從而完成n個通道信號跟蹤回路的閉合。
本發(fā)明的原理是載體通過GPS基帶信號處理所獲得的偽距、偽距率觀測信息是由載體的位置、速度和衛(wèi)星的幾何位置決定的。衛(wèi)星的幾何位置可以根據(jù)衛(wèi)星預(yù)報星歷推測得到，而載體的位置和速度可以由已接收的信號確定。因此，接收的衛(wèi)星信號跟蹤參數(shù)也可以根據(jù)載體的位置、速度以及衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推測出來。由已知的載體導(dǎo)航狀態(tài)參數(shù)推測得到GPS信號參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)器輸出來更新載體的導(dǎo)航狀態(tài)是深組合的核心思想。深組合系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的跟蹤環(huán)路，而用特定的算法同時完成GPS信號跟蹤與組合導(dǎo)航信息處理兩個任務(wù)。
在矢量跟蹤環(huán)節(jié)中，只對衛(wèi)星信號的偽碼相位和載波頻率進(jìn)行跟蹤。信號矢量跟蹤回路的閉合是通過通道濾波器和主濾波器完成的。主濾波器的主體為一個卡爾曼濾波器。這個卡爾曼濾波器根據(jù)組合導(dǎo)航參數(shù)以及衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)對GPS接收信號的偽距和偽距率進(jìn)行估計，并將估計信息送入載波、偽碼數(shù)控振蕩器；估計信息的偽距信息用來調(diào)整偽碼數(shù)控振蕩器的偽碼相位，而偽距率信息則用于調(diào)整載波、偽碼數(shù)控振蕩器的頻率；由于矢量跟蹤過程中并未估計載波相位，所以載波數(shù)控振蕩器中的載波相位不加調(diào)整，仍按獨(dú)立
iiCostas載波相位跟蹤環(huán)的方式運(yùn)行。而每個積分清零周期的相關(guān)器輸出用于生成偽碼相 位、載波頻率跟蹤誤差的量測信息，對通道濾波器進(jìn)行更新。而通道濾波器得到偽碼相位、 載波頻率跟蹤誤差的估計信息后，將其轉(zhuǎn)化為偽距、偽距率信息輸入到主濾波器中，用于 對導(dǎo)航誤差狀態(tài)進(jìn)行更新。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
本發(fā)明利用通道濾波器和組合導(dǎo)航濾波器(也叫主濾波器)組成的回路估計載體的導(dǎo) 航參數(shù)，并根據(jù)導(dǎo)航參數(shù)確定所有可視衛(wèi)星的跟蹤參數(shù)，用來驅(qū)動相應(yīng)跟蹤通道的偽碼 和載波數(shù)控振蕩器，從而實現(xiàn)對所有可視衛(wèi)星信號的矢量跟蹤。
本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)融合方法，一方面使濾波器增益和帶寬隨接收信號載噪比的變化而 改變，從而提高了GPS接收機(jī)在低載噪比條件下的跟蹤性能；另一方面，利用更新的載 體位置、速度參數(shù)和星歷信息推測所有衛(wèi)星的跟蹤參數(shù)，充分利用了已有的導(dǎo)航信息， 保證了在信號發(fā)生短暫中斷情況下GPS接收機(jī)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法實現(xiàn)流程
圖3為通道濾波器信息融合步驟流程圖； 圖4本發(fā)明的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法原理框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟 蹤方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供一種SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該組合系統(tǒng)主要包括 以下部分天線1、射頻前端2、混頻器3、相關(guān)器4、鑒相函數(shù)單元5、通道濾波器6、 參數(shù)轉(zhuǎn)換單元7、主濾波器(也記作組合導(dǎo)航濾波器)8、慣性測量單元(IMU) 9、 SINS 導(dǎo)航解算單元IO、衛(wèi)星參數(shù)計算模塊ll、跟蹤參計算模塊12、載波數(shù)控振蕩器13和 偽碼數(shù)控振蕩器14。其中，慣性測量單元9和SINS導(dǎo)航解算單元IO構(gòu)成了SINS系 統(tǒng)，而混頻器3、相關(guān)器4、鑒相函數(shù)單元5、通道濾波器6、參數(shù)轉(zhuǎn)換單元7、主濾波 器8、跟蹤參數(shù)計算模塊12、載波數(shù)控振蕩器13和偽碼數(shù)控振蕩器14構(gòu)成了 GPS衛(wèi) 星信號矢量跟蹤回路。
所述的天線1用于接收GPS衛(wèi)星信號，射頻前端2對天線1接收的GPS衛(wèi)星信號 進(jìn)行濾波、下變頻處理后，輸出GPS數(shù)字中頻信號；
所述的載波數(shù)控振蕩器13產(chǎn)生正弦和余弦兩種信號，GPS數(shù)字中頻信號與正弦信號進(jìn)入到混頻器3進(jìn)行混頻處理得到正交信號，與余弦信號進(jìn)行混頻處理得到同相信號。 所述的偽碼數(shù)控振蕩器14生成C/A碼并輸出給相關(guān)器4。
相關(guān)器4對正交信號、同相信號和C/A碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，并在預(yù)檢測積分時間進(jìn)行 累加、平均，然后輸出給鑒相函數(shù)單元5;
鑒相函數(shù)單元5根據(jù)相關(guān)器4輸出信號，得到偽碼和載波的鑒相結(jié)果，并將其作為
量測信息輸入到通道濾波器6中；
通道濾波器6根據(jù)偽碼和載波鑒相結(jié)果,對狀態(tài)變量C/A碼相位誤差和載波頻率差、 相位差進(jìn)行更新，得到C/A碼相位誤差估計值、載波頻率差估計值和載波相位差估計值,
并將載波相位差的估計值反饋給載波數(shù)控振蕩器13;
參數(shù)轉(zhuǎn)換單元7將C/A碼相位誤差估計值和載波頻率差估計值轉(zhuǎn)換為偽距A和偽 距率A輸出到主濾波器8中。
慣性測量單元9獲取載體的比力和角速度信息后,經(jīng)SINS導(dǎo)航解算單元10解算得 到載體的位置、速度和姿態(tài)信息，并轉(zhuǎn)換為偽距A、偽距率A輸出到主濾波器8中。
主濾波器8接收所有GPS系統(tǒng)輸出的偽距Pc 、偽距率々c與SINS系統(tǒng)輸出的偽距A 和偽距率A量測信息，對狀態(tài)變量進(jìn)行更新并將接收機(jī)的時鐘誤差估計信息傳遞給跟蹤 參數(shù)計算模塊12;同時將導(dǎo)航誤差參數(shù)反饋回SINS系統(tǒng)中的SINS導(dǎo)航解算單元10 中加以校正，校正后導(dǎo)航參數(shù)發(fā)送到跟蹤參數(shù)計算模塊12;
衛(wèi)星參數(shù)計算模塊ll根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，計算GPS衛(wèi)星的位置和速度參數(shù)，并發(fā) 送給跟蹤參數(shù)計算模塊12。
跟蹤參數(shù)計算模塊12根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)、時鐘誤差估計信息與GPS衛(wèi) 星的位置和速度參數(shù)，確定GPS偽碼相位和載波頻率等跟蹤參數(shù)，用來驅(qū)動接收機(jī)內(nèi)部 的載波數(shù)控振蕩器13和偽碼數(shù)控振蕩器14,生成本地偽碼和正弦、余弦載波信號，以 保持對輸入GPS信號的跟蹤。
基于上述的SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)，本發(fā)明提供一種基于SINS/GPS深組合 數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤的實現(xiàn)方法，方法流程如圖2所示，具體步驟如下 (1)通道濾波器信息融合；
所述的信息融合是指建立通道濾波器6的系統(tǒng)模型，根據(jù)鑒相函數(shù)對相關(guān)器4輸出 信號的鑒別結(jié)果，對偽碼相位和載波頻率、載波相位跟蹤誤差進(jìn)行估計，具體融合步驟 流程如圖3所示，具體如下
a.建立相關(guān)器輸出信號模型；
接收機(jī)天線1接收的GPS衛(wèi)星信號經(jīng)射頻前端2處理后，得到的中頻信號離散形 式為
13<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，^為信號幅值，D(O為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，C(，)為C/A碼，^為采樣時間間隔，A為計 數(shù)點，《&為信號中頻，P為載波相位。
所述的中頻信號與本地載波數(shù)控振蕩器13產(chǎn)生的正弦、余弦信號分別在兩個混頻器 3中進(jìn)行混頻相乘，濾除高頻成分后，得到同相、正交兩支路的輸出為
&=0.5 J.D(&).C(").cos^ (2) Se=0.5H>(").C(A,s).s—e (3)
其中，^為本地載波與輸入中頻信號之間的相位差，A=(t%-A)'^+(p-叫、％ 為本地載波的角頻率和相位，叫"P為輸入信號的中頻和載波相位。
在相關(guān)器4內(nèi)，同相、正交兩個支路的輸出信號與本地偽碼數(shù)控振蕩器14生成的 即時碼P、超前碼E和滯后碼L進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，并在預(yù)檢測積分時間內(nèi)累加求和。假設(shè) 積分間隔內(nèi)，載波頻率差和相位差都近似不變，則取均值后的相關(guān)器4輸出為
2 冗《/
^iD,.雄,+辱)
込一"'D,'雄,-外^^lsin(wyr + ^)
其中，/w為同相支路的即時累加輸出，4s為同相支路的超前累加輸出，^為同
相支路的滯后累加輸出，a^為正交支路的即時累加輸出，込s為正交支路的超前累加輸
出，2u為正交支路的滯后累加輸出；^為信號幅值，A為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，r為預(yù)檢測積分時 間，s為該積分間隔內(nèi)的c/A碼相位誤差，^為本地c/A碼超前滯后的間隔，y和^， 分別為積分間隔起始時刻本地參考信號(即本地載波和偽碼信號)與輸入信號之間的載 波頻率差和相位差，及0為c/A碼的自相關(guān)函數(shù)，可表示為
(4)
刷=
1-,、
化 (5)
L—1/丄
其中，Z為C/A碼序列長度，t為碼元寬度，r為相關(guān)間隔。 b.偽碼和載波鑒相計算；
偽碼跟蹤環(huán)節(jié)中，歸一化超前減滯后包絡(luò)函數(shù)的鑒相函數(shù)可以表示為
14(6)
V(^+QL)+V(忍+G2s)
將同相、正交支路輸出信號經(jīng)相關(guān)器4得到的超前、滯后累加輸出^、 /w、込s和 込s代入式(6),可得
對s-力+i^ + 。 、；
載波跟蹤環(huán)節(jié)中，根據(jù)同相、正交支路輸出信號經(jīng)相關(guān)器4得到的即時累加輸出/^ 和込〃 反正切函數(shù)的鑒相結(jié)果為
(8)
PS
載波相位誤差的鑒別結(jié)果A與載波頻率差《、相位差^>之間的關(guān)系為
(9)
即在積分間隔內(nèi)載波相位跟蹤誤差為起始時刻載波相位差與頻率差在積分間隔內(nèi) 所導(dǎo)致的相位誤差之和。
c.通道濾波器6建模及狀態(tài)變量更新；
建立通道濾波器6的系統(tǒng)模型，并根據(jù)步驟b中得到的偽碼和載波的鑒相結(jié)果，對 通道濾波器6內(nèi)的跟蹤誤差狀態(tài)變量進(jìn)行更新。 通道濾波器6的狀態(tài)方程為
X-尸d + ^ (10) 其中，Xr = [s *《& ^r為通道濾波器6的狀態(tài)變量，e為C/A碼相位誤差，^和 ^^分別為積分間隔起始時刻本地參考信號與輸入信號之間的載波頻率差和相位差，&為 載波頻率變化率誤差，^為信號幅值，《為通道濾波器6的系統(tǒng)矩陣，W為通道濾波器 6的系統(tǒng)噪聲矢量，
—0 0 乂仏0 0—
0 0 0 0 0 0 0 0
2;r 0 0 0
0 0
1 0 0 0 0 0
其中，幾為L1載波的頻率，乂為采樣頻率。
以偽碼和載波的鑒相結(jié)果e和A為量測信息，則通道濾波器6的量測方程可以表示
為
,Z2=tanU)
(11)
d.通道跟蹤信息輸出；
根據(jù)通道濾波器6的狀態(tài)方程和量測方程對狀態(tài)變量進(jìn)行更新，得到狀態(tài)估計值，狀態(tài)估計值通過參數(shù)轉(zhuǎn)換單元7進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換后得到偽距A;和偽距率A量測信息輸出 到主濾波器8，所述的偽距A、偽距率A量測信息如下
<formula>formula see original document page 16</formula>
(12)
其中，C。、 /。分別為C/A碼相位和載波頻率的基準(zhǔn)值，s和《分別為通道濾波器6 對C/A碼相位誤差和載波頻率誤差的估計值。 (2) SINS/GPS深組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合；
SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)中主濾波器8的數(shù)學(xué)模型由狀態(tài)方程和量測方程構(gòu)成， 其中狀態(tài)方程包括SINS和GPS誤差狀態(tài)方程兩部分。
a. SINS系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程
義,-i^ + C^ (13)
其中，X,為SINS系統(tǒng)狀態(tài)矢量，^為SINS系統(tǒng)噪聲矢量，巧為SINS系統(tǒng)狀態(tài) 矩陣，G,為SINS系統(tǒng)噪聲矩陣，SINS的誤差狀態(tài)包括位置誤差(&，永&)、速度誤 差(&^5v&z)、姿態(tài)誤差角(A4A)、加速度計零偏、加速度計系數(shù) 誤差(U一LU。2,人2z)、陀螺儀系數(shù)誤差(H,，U和陀螺儀常值漂移
<formula>formula see original document page 16</formula>
在發(fā)射點慣性坐標(biāo)系下，SINS系統(tǒng)狀態(tài)矩陣i^的形式如下 _0
<formula>formula see original document page 16</formula>
其中，《為引力加速度對位置坐標(biāo)的雅克比矩陣，G為本體坐標(biāo)系到發(fā)射點慣性系
的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換陣，[// // "r和[w《^r分別為加速度計和陀螺儀輸出的比力和角速度
信息°
b. GPS誤差狀態(tài)方程；》G = FGXG+GG『G (14) 其中，^為誤差狀態(tài)變量，^為GPS系統(tǒng)噪聲矢量，&為GPS系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，Gc 為GPS系統(tǒng)噪聲矩陣，GPS的誤差狀態(tài)包括兩個與時間有關(guān)的誤差與時鐘誤差等效 的距離誤差A(yù),與時鐘頻率誤差等效的距離率誤差^5L， 7;為相關(guān)時間，
<formula>formula see original document page 17</formula>
c. SINS/GPS深組合系統(tǒng)狀態(tài)方程；
將SINS、 GPS誤差狀態(tài)方程合并，得到深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程
i^尸Z+G『 (15) 其中，X為SINS/GPS系統(tǒng)狀態(tài)矢量，F(xiàn)為SINS/GPS系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，『為 SINS/GPS系統(tǒng)噪聲矢量，G為SINS/GPS系統(tǒng)噪聲矩陣，
<formula>formula see original document page 17</formula>
d. SINS/GPS深組合系統(tǒng)量測方程；
在深組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，以偽距、偽距率為量測信息， 一個跟蹤通道內(nèi)的偽距、偽距 率量測方程在協(xié)議地球系中可表示為
]^/^A—Aj-ei汲+e2多+e3汔-^7,-"》 、 ,
其中，》和^分別為SINS和GPS的偽距差、偽距率差，&左f和[汰多^f為
協(xié)議地球系中的載體位置、速度誤差，["p^r為量測噪聲，h e2 為載體和衛(wèi)星之間
視線方向上的單位矢量。
由于SINS導(dǎo)航解算在發(fā)射點慣性坐標(biāo)系下進(jìn)行，而GPS則以協(xié)議地球系為基準(zhǔn)坐
標(biāo)系，因此在建立量測模型時，需將所有的觀測量轉(zhuǎn)換到協(xié)議地球坐標(biāo)系中。 將發(fā)射點慣性系下的位置、速度轉(zhuǎn)換到協(xié)議地球系中
pfe=cce.(c;.jr,+x0)
其中，x,、 K分別為發(fā)射點慣性系下的載體位置和速度，x。為發(fā)射點在地心慣性系 中的位置坐標(biāo)，c、 c,e分別為發(fā)射點慣性系到協(xié)議地球系、地心慣性系到協(xié)議地球 系、發(fā)射點慣性系到協(xié)議地球系的轉(zhuǎn)換矩陣，K為地球自轉(zhuǎn)角速度在協(xié)議地球系中的叉 乘矩陣。
因此，協(xié)議地球系中的位置、速度誤差從e和^;為j雙e = Cf ■議, M R 、
We =Cf - W -Cce《-欲, 其中，*^,、 ^分別為載體在發(fā)射點慣性系下的位置和速度誤差。
將所有可視衛(wèi)星跟蹤通道內(nèi)的偽距、偽距率方程合并，得到組合系統(tǒng)的量測方程
Z-股+ P (19) 其中，Z為觀測矢量，//為觀測矩陣，F(xiàn)為量測噪聲序列，
Z:[(^敘扭…敘缺私啦…取f
H = 五 C,04x3 04xl8 - /4xl 04xi
五.Cc.W^.C, ￡.C, 04xl8 04xl -7似—2kx26
《11 612 613 五=& e23
其中，&，啦(/ = 1，2,-，")分別為第/顆可視衛(wèi)星對應(yīng)的偽距差、偽距率差。 主濾波器8接收n個GPS跟蹤通道與SINS導(dǎo)航計算單元10輸出的偽距、偽距率
信息[An，A^，…，A7"，A^，A^，…，A7nr和[A，Ar，并將n個跟蹤通道的量測信息分別與
SINS導(dǎo)航計算單元10的量測信息作差，得到2n維量測矢量
fe,扭，…，敘,執(zhí)，極,…，取r ，然后根據(jù)主濾波器8的數(shù)學(xué)模型和卡爾曼濾波器方程，對 通道內(nèi)狀態(tài)變量進(jìn)行更新，同時將相應(yīng)的導(dǎo)航誤差參數(shù)反饋回SINS導(dǎo)航計算單元10中 進(jìn)行校正；并將接收機(jī)的本地時鐘誤差估計信息傳遞給跟蹤參數(shù)計算模塊12。
所述的狀態(tài)變量包括載體的位置、速度、姿態(tài)以及慣性元件誤差和本地時鐘誤差進(jìn) 行估計。
(3) SINS系統(tǒng)對導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行校正。
SINS導(dǎo)航解算單元10根據(jù)主濾波器8反饋的導(dǎo)航誤差參數(shù)信息，對慣性元件誤差 進(jìn)行補(bǔ)償，對當(dāng)前計算周期的位置、速度參數(shù)進(jìn)行校正，從而得到更為精確的導(dǎo)航參數(shù)， 并發(fā)送給跟蹤參數(shù)計算模塊12。
(4)根據(jù)偽碼相位和載波頻率參數(shù)，驅(qū)動載波和偽碼數(shù)控振蕩器，生成本地參考 信號，以保持對所有可視GPS衛(wèi)星信號的跟蹤。
跟蹤參數(shù)計算模塊12根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)與GPS衛(wèi)星的位置、速度參數(shù) 確定偽碼相位和載波頻率參數(shù)，用來驅(qū)動接收機(jī)內(nèi)部各跟蹤通道的載波數(shù)控振蕩器13 和偽碼數(shù)控振蕩器14,生成本地參考信號，以保持對所有可視GPS衛(wèi)星信號的跟蹤； 所述的本地參考信號為偽碼數(shù)控振蕩器14生成的本地偽碼和載波數(shù)控振蕩器13生成的 正弦、余弦載波信號。GPS衛(wèi)星的位置、速度參數(shù)由衛(wèi)星參數(shù)計算模塊ll根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)計算得到。 上述方法中利用通道濾波器6和主濾波器8構(gòu)成的回路同時完成對GPS衛(wèi)星信號
的矢量跟蹤和SINS/GPS組合導(dǎo)航信息處理。圖5為衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法的原理框圖，
GPS衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法的具體實現(xiàn)步驟如下
a. 假設(shè)GPS接收機(jī)的可視衛(wèi)星數(shù)目為n,射頻前端2輸出的中頻信號通過第一通
道、第二通道........第n通道，與載波數(shù)控振蕩器13生成的正弦、余弦信號相乘，
由低通濾波器濾除髙頻成分后，輸送到第一相關(guān)器、第二相關(guān)器、……、第n相關(guān)器， 在相關(guān)器內(nèi)與偽碼數(shù)控振蕩器14生成的超前、即時和滯后碼進(jìn)行相關(guān)處理，并在預(yù)檢測 積分間隔內(nèi)累加平均，每個通道共輸出六路信號。
b. 分別利用鑒相函數(shù)單元5中的偽碼、載波鑒相函數(shù)對超前、滯后和即時相關(guān)器4 的輸出進(jìn)行計箅，并將偽碼、載波鑒相結(jié)果作為量測信息輸入到通道濾波器6;
c. 每個通道濾波器6根據(jù)偽碼和載波的鑒相結(jié)果，更新通道內(nèi)偽碼相位、載波頻率 以及載波相位跟蹤誤差的估計信息，反饋給本地信號發(fā)生器中的載波數(shù)控振蕩器13;
d. 將通道1到通道n的n個通道濾波器6的偽碼相位、載波頻率估計信息經(jīng)參數(shù) 轉(zhuǎn)換單元7轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的偽距、偽距率信息，跟蹤通道/(/ = 1，2,—")輸出的量測信息為
, \ (20)
其中，C。,、 /。,分別為跟蹤通道Z中本地信號發(fā)生器中的C/A碼相位和載波頻率的 基準(zhǔn)值，f,和《分別為第/通道濾波器6對C/A碼相位誤差和載波頻率誤差的估計值。 由此得到2n維的量測信息[An，A^，…,AW^,A^,…，Aj ，并將其傳送到主濾波器8
中；
e. 主濾波器8接收來自GPS跟蹤通道和SINS系統(tǒng)的偽距、偽距率信息 [An,A2，…，A^，々。，A^，…,Aj和[A，Af ,并將n個通道的量測信息分別與SINS系統(tǒng)的量 測信息作差，由此得到2n維的量測矢量[初,敘,…，敘，啦,極,…，敞f，然后對載體的位 置、速度、姿態(tài)以及慣性測量元件誤差和本地時鐘誤差進(jìn)行估計；
f. 主濾波器8將SINS誤差狀態(tài)估計信息反饋回SINS系統(tǒng)中，進(jìn)行相應(yīng)的校正和 補(bǔ)償；同時，根據(jù)校正后的載體位置、速度參數(shù)以及接收機(jī)提供的衛(wèi)星星歷信息，得到 載體與n顆衛(wèi)星的偽距、偽距率估計信息，并將跟蹤矢量[A,A，…，A,A,/4，…,AJ反饋回 GPS接收機(jī)n個通道的本地信號發(fā)生器；
g. 各通道根據(jù)偽距估計信息調(diào)整偽碼的碼相位，根據(jù)偽距率信息來調(diào)整C/A碼和 載波的頻率變化，以使本地C/A碼相位和載波頻率與輸入信號保持一致，從而完成n個
19通道信號跟蹤回路的閉合。所述的本地信號發(fā)生器為載波數(shù)控振蕩器13和偽碼數(shù)控振蕩 器14。
權(quán)利要求
1、一種基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法，其特征在于步驟如下(1)通道濾波器信息融合；建立通道濾波器的系統(tǒng)模型，根據(jù)鑒相函數(shù)對相關(guān)器輸出信號的鑒別結(jié)果，對偽碼相位和載波頻率、載波相位跟蹤誤差進(jìn)行估計；通道濾波器的狀態(tài)估計值經(jīng)過參數(shù)轉(zhuǎn)換后，作為量測信息輸入到主濾波器中；(2)SINS/GPS深組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合；建立SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)中主濾波器的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)GPS系統(tǒng)與SINS系統(tǒng)輸出的量測信息，對載體狀態(tài)變量進(jìn)行更新，得到導(dǎo)航誤差參數(shù)和時鐘誤差估計；(3)SINS系統(tǒng)對導(dǎo)航誤差參數(shù)進(jìn)行校正；(4)根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)、時鐘誤差估計以及GPS衛(wèi)星的位置、速度參數(shù)確定偽碼相位和載波頻率參數(shù)，用來驅(qū)動接收機(jī)內(nèi)部各跟蹤通道的載波數(shù)控振蕩器和偽碼數(shù)控振蕩器，生成本地參考信號，以保持對所有可視GPS衛(wèi)星信號的跟蹤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方 法，其特征在于步驟(1)建立通道濾波器的系統(tǒng)模型并對跟蹤誤差進(jìn)行估計，具體步 驟為(a)建立相關(guān)器輸出信號模型； 接收機(jī)天線接收的衛(wèi)星信號經(jīng)射頻前端處理后，得到的中頻信號離散形式為其中，J為信號幅值，"(0為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，C(0為C/A碼，^為采樣時間間隔，A為計 數(shù)點，叫F為信號中頻，P為載波相位；中頻信號與本地載波混頻后同相、正交兩支路的輸出為其中，A為本地載波與輸入中頻信號之間的相位差，A).化％、 ％ 為本地載波的角頻率和相位，(％、 P為輸入信號的中頻和載波相位；同相、正交兩個支路的輸出信號分別與本地偽碼數(shù)控振蕩器生成的即時碼P、超前碼 E和滯后碼L在相關(guān)器內(nèi)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，運(yùn)算后輸出為& =0.5H>(&s)-C(itO.cosA(2)(3)<formula>formula see original document page 3</formula>(4)<formula>formula see original document page 3</formula>其中，/^為同相支路的即時累加輸出，4s為同相支路的超前累加輸出，L為同相支路的滯后累加輸出，fi^為正交支路的即時累加輸出，fi^為正交支路的超前累加輸出，2"為正交支路的滯后累加輸出，^為信號幅值，A為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，r為預(yù)檢測積分時間，f,為該積分間隔內(nèi)的C/A碼相位誤差，5為本地C/A碼超前滯后的間隔，cf和^，分別為積分間隔起始時刻本地參考信號與輸入信號之間的載波頻率差和相位差，及(O為C/A碼的自相關(guān)函數(shù)；(b)偽碼和載波鑒相計算； 偽碼跟蹤環(huán)節(jié)中，鑒相函數(shù)表示為 _<formula>formula see original document page 3</formula> (5)根據(jù)超前滯后兩路相關(guān)器的輸出，得載波跟蹤環(huán)節(jié)中，反正切函數(shù)對相關(guān)器輸出信號的載波相位鑒別結(jié)果為<formula>formula see original document page 3</formula>(c)通道濾波器建模及狀態(tài)變量更新； 通道濾波器的狀態(tài)方程為X = d+『c (8) 其中，J^=[s *《& 4為通道濾波器的狀態(tài)變量，e為C/A碼相位誤差，^和^ 分別為積分間隔起始時刻本地信號與輸入信號之間的載波頻率差和相位差，&為載波頻 率變化率誤差，^為信號幅值，《為通道濾波器的系統(tǒng)矩陣，^為通道濾波器的系統(tǒng)噪聲矢量，其中，A,為L1載波的頻率，乂為采樣頻率；以偽碼和載波的相位鑒別結(jié)果e和^為量測信息，則通道濾波器的量測方程表示為'—及(e—3)+i^s+5) (9) LZ2=tanU)(d)通道跟蹤信息輸出；通道濾波器對狀態(tài)變量進(jìn)行更新，得到狀態(tài)估計值，狀態(tài)估計值通過參數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換后得到偽距A和偽距率A量測信息輸出到主濾波器，所述的偽距化、偽距率A量測信息如下/ G=(C0 + ￡).i(10)其中，C。、 /。分別為C/A碼相位和載波頻率的基準(zhǔn)值，s和^分別為通道濾波器對 C/A碼相位誤差和載波頻率誤差的估計值。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法， 其特征在于步驟(2)所述的SINS/GPS深組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合過程具體為 (a)建立SINS系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程義,巧X,+C^ (11) 其中，X,為SINS系統(tǒng)狀態(tài)矢量，^為SINS系統(tǒng)噪聲矢量，F(xiàn),為SINS系統(tǒng)狀態(tài) 矩陣，G,為SINS系統(tǒng)噪聲矩陣，SINS的誤差狀態(tài)包括位置誤差(&,&,&)、速度誤 差(&,，(5iv&z)、姿態(tài)誤差角(A,Oz)、加速度計零偏(V,，V,，Vz)、加速度計系數(shù) 誤差(H,，UU。2,，D 、陀螺儀系數(shù)誤差(、u，^,，U和陀螺儀常值漂移 (,人2少，&?！猳,,Ax3 Ax3 。3x3 - 0i5x3 015x3」24x6在發(fā)射點慣性坐標(biāo)系下，SINS系統(tǒng)狀態(tài)矩陣F,的形式如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中，《為引力加速度對位置坐標(biāo)的雅克比矩陣，G為本體坐標(biāo)系到發(fā)射點慣性系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換陣，["http:// //r和[w < "r分別為加速度計和陀螺儀輸出的比力和角速度信息；(b)建立GPS誤差狀態(tài)方程；》G = FGXG+GG『G (12) 其中，義c為誤差狀態(tài)變量，K為GPS系統(tǒng)噪聲矢量，&為GPS系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，Gc 為GPS系統(tǒng)噪聲矩陣，GPS的誤差狀態(tài)包括兩個與時間有關(guān)的誤差與時鐘誤差等效 的距離誤差&，與時鐘頻率誤差等效的距離率誤差^L， 7;為相關(guān)時間，<formula>formula see original document page 5</formula>(c)建立SINS/GPS深組合系統(tǒng)狀態(tài)方程； 將SINS、 GPS誤差狀態(tài)方程合并，得到深組合導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差狀態(tài)方程義=/^+( 『 (13) 其中，義為SINS/GPS組合系統(tǒng)狀態(tài)矢量，F(xiàn)為SINS/GPS組合系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，『 為SINS/GPS組合系統(tǒng)噪聲矢量，G為SINS/GPS組合系統(tǒng)噪聲矩陣，<formula>formula see original document page 5</formula>(d) SINS/GPS深組合系統(tǒng)量測方程；其中，z為觀測矢量，H為觀測矩陣，r為量測噪聲序列，Z:[t^艇艇…敘欲極啦…取f<formula>formula see original document page 5</formula>五=《ii e12 e13 e2i e22 e23nx3其中，49,，勁(/=1，2,—,")分別為第；顆可視衛(wèi)星對應(yīng)的偽距差、偽距率差；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方 法，其特征在于步驟(4)所述的GPS衛(wèi)星信號的矢量跟蹤方法為一種利用已知載體 信息推測跟蹤參數(shù)、并同時驅(qū)動本地所有跟蹤通道中數(shù)控振蕩器的信號跟蹤方法，該方 法的具體實現(xiàn)步驟為(a) 接收機(jī)內(nèi)部n個跟蹤通道工作，每個通道對應(yīng)一顆可視衛(wèi)星，射頻前端輸出的中頻信號輸送到各個通道的相關(guān)器，與載波數(shù)控振蕩器生成的正弦、余弦信號相乘，由 低通濾波器濾除高頻成分后，與偽碼數(shù)控振蕩器生成的超前、即時和滯后碼進(jìn)行相關(guān)處 理，并在預(yù)檢測積分間隔內(nèi)累加平均，每個通道共輸出六路信號；(b) 分別利用偽碼、載波鑒相函數(shù)對相關(guān)器輸出信號進(jìn)行鑒相計算，并將偽碼、載 波相位鑒別結(jié)果作為量測信息輸入到通道濾波器；(c) 每個通道濾波器根據(jù)偽碼和載波的相位鑒別結(jié)果，更新通道內(nèi)偽碼相位、載波 頻率以及載波相位跟蹤誤差的估計信息，并將載波相位誤差估計信息反饋給本地信號發(fā) 生器中的載波數(shù)控振蕩器；(d) 將通道1至通道n的n個通道濾波器的偽碼相位、載波頻率估計信息轉(zhuǎn)換為 對應(yīng)的偽距、偽距率信息，由此得到2n維的觀測矢量，并將其傳送到主濾波器中；(e) 主濾波器接收來自GPS跟蹤通道和SINS系統(tǒng)的偽距、偽距率信息，并將n 個通道的量測信息分別與SINS系統(tǒng)的量測信息作差，由此得到2n維的量測矢量 [初,輛，…,敘，欲,極，…,^f,然后對載體的位置、速度、姿態(tài)以及慣性測量元件誤差和 本地時鐘誤差進(jìn)行估計；(f) 主濾波器將誤差狀態(tài)估計反饋回SINS系統(tǒng)中，對SINS參數(shù)進(jìn)行校正和補(bǔ)償； 同時，根據(jù)校正后的載體位置、速度參數(shù)以及衛(wèi)星星歷信息，得到載體與n顆衛(wèi)星的偽 距、偽距率估計信息，并將其作為跟蹤矢量反饋回GPS接收機(jī)n個通道的本地信號發(fā)生 器；(g) 各通道根據(jù)偽距估計信息調(diào)整C/A碼的碼相位，根據(jù)偽距率信息來調(diào)整C/A 碼和載波的頻率變化，以使本地C/A碼相位和載波頻率與輸入信號保持一致，從而完成 n個通道信號跟蹤回路的閉合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方 法，其特征在于步驟(4)所述的本地參考信號為偽碼數(shù)控振蕩器生成的本地偽碼和載波數(shù)控振蕩器生成的正弦、余弦載波信號。
6、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟 蹤方法的SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于該組合系統(tǒng)主要包括以下部分天 線、射頻前端、混頻器、相關(guān)器、鑒相函數(shù)單元、通道濾波器、參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、主濾波 器、慣性測量單元、SINS導(dǎo)航解算單元、衛(wèi)星參數(shù)計算模塊、跟蹤參數(shù)計算模塊、載波 數(shù)控振蕩器和偽碼數(shù)控振蕩器，其中，慣性測量單元和SINS導(dǎo)航解算單元構(gòu)成了 SINS 系統(tǒng)，而混頻器、相關(guān)器、鑒相函數(shù)單元、通道濾波器、參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、主濾波器、跟 蹤參數(shù)計算模塊、載波數(shù)控振蕩器和偽碼數(shù)控振蕩器構(gòu)成了衛(wèi)星信號矢量跟蹤回路； GPS衛(wèi)星信號由天線接收后，經(jīng)過射頻前端的濾波、下變頻處理后，得到GPS數(shù)字中頻信號；GPS數(shù)字中頻信號與載波數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的本地正弦信號進(jìn)入到混頻器進(jìn)行混頻處 理，得到正交信號；與載波數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的余弦信號進(jìn)行混頻處理得到同相信號；同 相、正交兩路信號與偽碼數(shù)控振蕩器生成的C/A碼一起輸入到相關(guān)器；相關(guān)器對其進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，并在預(yù)檢測積分時間進(jìn)行累加、平均，然后輸出給鑒相函數(shù)單元；鑒相函數(shù)單元根據(jù)相關(guān)器輸出信號，得到偽碼和載波的鑒相結(jié)果，并將其作為量測信息輸入到通道濾波器中；通道濾波器根據(jù)偽碼和載波鑒相結(jié)果，對狀態(tài)變量C/A碼相位誤差和載波頻率差、相位差進(jìn)行更新，得到C/A碼相位誤差、載波頻率差和相位差的估計值，并將載波相位差的估計值反饋給載波數(shù)控振蕩器；參數(shù)轉(zhuǎn)換單元將C/A碼相位誤差和載波頻率差的估計值轉(zhuǎn)換為偽距Pc和偽距率々c輸出到主濾波器中；慣性測量單元獲取載體的比力和角速度信息后，傳遞到SINS導(dǎo)航解算單元，解算 得到載體的位置、速度和姿態(tài)信息，并轉(zhuǎn)換為偽距A、偽距率々,輸出到主濾波器中；主濾波器接收偽距A、偽距率A;與偽距A和偽距率A量測信息，對狀態(tài)變量進(jìn)行 更新，將接收機(jī)的時鐘誤差估計信息傳遞給跟蹤參數(shù)計算模塊；同時將導(dǎo)航誤差參數(shù)反 饋回SINS導(dǎo)航解算單元中加以校正，校正后發(fā)送到跟蹤參數(shù)計算模塊；衛(wèi)星參數(shù)計算模塊根據(jù)衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，計算GPS衛(wèi)星的位置和速度參數(shù)，并發(fā)送給 跟蹤參數(shù)計算模塊；跟蹤參數(shù)計算模塊根據(jù)校正后的SINS導(dǎo)航參數(shù)、時鐘誤差估計信息與GPS衛(wèi)星的 位置和速度參數(shù)，確定GPS偽碼相位和載波頻率等跟蹤參數(shù)，用來驅(qū)動接收機(jī)內(nèi)部的偽碼數(shù)控振蕩器和載波數(shù)控振蕩器，生成本地偽碼和正弦、余弦載波信號，以保持對輸入 GPS信號的跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于SINS/GPS深組合數(shù)據(jù)融合的衛(wèi)星信號矢量跟蹤方法，該方法基于SINS/GPS深組合導(dǎo)航系統(tǒng)，通過通道濾波器信息融合；SINS/GPS深組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合；以及SINS系統(tǒng)對慣性元件誤差進(jìn)行補(bǔ)償，對當(dāng)前計算周期的位置、速度參數(shù)進(jìn)行校正，得到精確的導(dǎo)航參數(shù)，生成本地參考信號，保持對所有可視GPS衛(wèi)星信號的跟蹤；利用通道濾波器和主濾波器構(gòu)成的回路同時完成對GPS衛(wèi)星信號的矢量跟蹤和組合導(dǎo)航信息處理。本發(fā)明具有優(yōu)良的噪聲抑制能力和動態(tài)跟蹤性能，不僅在GPS信號發(fā)生短暫中斷期間，能夠保證組合系統(tǒng)的導(dǎo)航精度和可靠性，在低載噪比環(huán)境中能夠維持較好的偽碼相位和載波頻率跟蹤性能。
文檔編號G01S1/00GK101666868SQ20091009380
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者潔 于, 王新龍 申請人:北京航空航天大學(xué)