一種慣性信息輔助gnss跟蹤環(huán)路方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法。步驟如下：根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供的載體位置、速度、加速度信息，結(jié)合本地時(shí)間、衛(wèi)星星歷等信息，實(shí)時(shí)計(jì)算GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的多普勒頻移、多普勒頻移變化率，將跟蹤環(huán)路載波頻移量測(cè)值和相應(yīng)多普勒頻移計(jì)算值的差分信息作為觀測(cè)量，采用α-β濾波方法計(jì)算載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂等造成的頻率偏移，最終得到載波頻移預(yù)測(cè)值對(duì)跟蹤環(huán)路進(jìn)行前饋校正，完成慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路。本發(fā)明方法降低了高動(dòng)態(tài)對(duì)跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用，消除了載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂等造成的頻率偏移，提高了GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和導(dǎo)航穩(wěn)定性，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】一種慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航、組合導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種慣性信息輔助GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))跟蹤環(huán)路方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)彈、火箭彈等精確制導(dǎo)武器在飛行過程中，衛(wèi)星信號(hào)從衛(wèi)星傳到載體會(huì)使載波產(chǎn)生較大的頻率偏移及其變化率，其主要影響因素有衛(wèi)星和載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)、載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂和衛(wèi)星時(shí)鐘頻漂等，高動(dòng)態(tài)環(huán)境下采用常規(guī)跟蹤環(huán)路難以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤，可能會(huì)信號(hào)失鎖甚至失去導(dǎo)航能力。
[0003]目前為了滿足現(xiàn)代精確制導(dǎo)武器對(duì)導(dǎo)航性能要求的不斷提高，采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供的載體位置、速度、加速度等慣性信息來提高接收機(jī)的導(dǎo)航性能，結(jié)合本地時(shí)間、衛(wèi)星星歷等信息，實(shí)時(shí)計(jì)算GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移及其變化率，但是實(shí)際跟蹤環(huán)路中即使有精確慣性信息予以輔助，由于載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂等因素，仍然存在一定的頻率偏移，無法完全消除高動(dòng)態(tài)對(duì)跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用和載體機(jī)械振動(dòng)、時(shí)鐘漂移等造成的頻率偏移，因此GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和導(dǎo)航穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，以消除高動(dòng)態(tài)對(duì)跟蹤環(huán)路的動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用和載體機(jī)械振動(dòng)、時(shí)鐘漂移等造成的頻率偏移，提聞GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和導(dǎo)航穩(wěn)定性。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，采用串口實(shí)時(shí)接收慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供的載體慣性信息，根據(jù)慣性信息滯后時(shí)間確定觀測(cè)時(shí)刻載體位置、速度、加速度信息；
[0007]步驟2，確定GNSS接收機(jī)各通道狀態(tài)，從GNSS接收機(jī)各通道跟蹤環(huán)路中獲取載波頻移量測(cè)值，根據(jù)本地時(shí)間、衛(wèi)星星歷信息實(shí)時(shí)確定GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置、速度和加速度信息；
[0008]步驟3，根據(jù)步驟I所得的觀測(cè)時(shí)刻載體的位置、速度和加速度，結(jié)合步驟2所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信息，實(shí)時(shí)確定觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移、多普勒頻移變化率；
[0009]步驟4，將觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道跟蹤環(huán)路的載波頻移量測(cè)值和相應(yīng)通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移值進(jìn)行差分作為觀測(cè)量，采用α-β濾波方法確定載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂造成的頻率偏移、頻率偏移變化率；
[0010]步驟5，根據(jù)步驟3所得的觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道多普勒頻移、多普勒頻移變化率，以及步驟4中采用α-β濾波方法所得到的頻率偏移、頻率偏移變化率，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道的載波頻移值，并將該載波頻移預(yù)測(cè)值作為跟蹤環(huán)路中心頻率對(duì)跟蹤環(huán)路進(jìn)行前饋校正。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)采用慣性信息對(duì)載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道多普勒頻移及其變化率，提高了 GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性；(2)采用濾波方法估計(jì)載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂等造成的頻率偏移，采用載波頻移預(yù)測(cè)值作為跟蹤環(huán)路中心頻率對(duì)跟蹤環(huán)路進(jìn)行前饋校正，提高了 GNSS接收機(jī)的導(dǎo)航穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明慣性信息輔助前后載波跟蹤環(huán)路相位誤差對(duì)比圖。
[0013]圖2是本發(fā)明慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法的流程圖。
[0014]圖3是實(shí)施例1中無慣性信息輔助的GNSS接收機(jī)定位效果圖。
[0015]圖4是實(shí)施例1中有慣性信息輔助的GNSS接收機(jī)定位效果圖。
[0016]圖5是實(shí)施例1中慣性信息輔助第9號(hào)衛(wèi)星載波頻偏誤差圖。
[0017]圖6是實(shí)施例1中慣性信息輔助第26號(hào)衛(wèi)星載波頻偏誤差圖。
[0018]圖7是實(shí)施例1中慣性信息輔助GNSS接收機(jī)定位誤差圖。
[0019]圖8是實(shí)施例1中慣性信息輔助GNSS接收機(jī)測(cè)速誤差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]GNSS接收機(jī)載波鎖相環(huán)通過檢測(cè)其復(fù)制載波與輸入載波之間的相位差異，相應(yīng)地調(diào)節(jié)復(fù)制載波的相位，使兩者的相位保持一致，其相位測(cè)量誤差源主要包括接載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)熱噪聲、接收機(jī)晶振頻漂和動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用。
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，采用串口實(shí)時(shí)接收慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供的載體慣性信息，根據(jù)慣性信息滯后時(shí)間確定觀測(cè)時(shí)刻載體位置、速度、加速度信息； 步驟2，確定GNSS接收機(jī)各通道狀態(tài)，從GNSS接收機(jī)各通道跟蹤環(huán)路中獲取載波頻移量測(cè)值，根據(jù)本地時(shí)間、衛(wèi)星星歷信息實(shí)時(shí)確定GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星的位置、速度和加速度信息； 步驟3，根據(jù)步驟I所得的觀測(cè)時(shí)刻載體的位置、速度和加速度，結(jié)合步驟2所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信息，實(shí)時(shí)確定觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移、多普勒頻移變化率； 步驟4，將觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道跟蹤環(huán)路的載波頻移量測(cè)值和相應(yīng)通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移值進(jìn)行差分作為觀測(cè)量，采用α-β濾波方法確定載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂造成的頻率偏移、頻率偏移變化率； 步驟5，根據(jù)步驟3所得的觀 測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道多普勒頻移、多普勒頻移變化率，以及步驟4中采用α-β濾波方法所得到的頻率偏移、頻率偏移變化率，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道的載波頻移值，并將該載波頻移預(yù)測(cè)值作為跟蹤環(huán)路中心頻率對(duì)跟蹤環(huán)路進(jìn)行前饋校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，其特征在于，步驟3中所述根據(jù)步驟I所得的觀測(cè)時(shí)刻載體的位置、速度和加速度，結(jié)合步驟2所得的GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信息，實(shí)時(shí)確定觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移、多普勒頻移變化率，具體步驟如下: (3.1)根據(jù)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，確定觀測(cè)時(shí)刻載體的位置、速度和加速度，所述數(shù)學(xué)模型如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，其特征在于，步驟4中所述采用α-β濾波方法確定載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂造成的頻率偏移、頻率偏移變化率，即采用α - β濾波方法確定載體機(jī)械振動(dòng)、接收機(jī)晶振頻漂因素對(duì)GNSS接收機(jī)i通道跟蹤環(huán)路造成的頻率偏移Δ&+1、頻率偏移變化率Δ$+1,具體如下: 將觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)i通道跟蹤環(huán)路的載波頻移量測(cè)值//和相應(yīng)通道衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻移值進(jìn)行差分，將差分結(jié)果4?'作為觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)i通道載體機(jī)械振動(dòng)、GNSS接收機(jī)晶振頻漂造成的頻率偏移觀測(cè)量，則有:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性信息輔助GNSS跟蹤環(huán)路方法，其特征在于，步驟5中所述根據(jù)步驟3所得的觀測(cè)時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道多普勒頻移、多普勒頻移變化率，以及步驟4中采用α-β濾波方法所得到的頻率偏移Δ#+1、頻率偏移變化率4^+1,預(yù)測(cè)下一時(shí)刻GNSS接收機(jī)各通道的載波頻移值，即:
【文檔編號(hào)】G01S19/26GK103995269SQ201410226718
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】陳帥, 金磊, 常耀偉, 王磊杰, 鐘潤(rùn)伍, 劉亞玲, 丁翠玲, 徐芹麗, 趙鵬 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)