Gnss/ins深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于GNSS/INS深組合系統(tǒng)實(shí)時(shí)評(píng)估的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GNSS/INS 深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] GNSS/INS組合導(dǎo)航技術(shù)利用GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）和INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng)） 二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)特性，對(duì)系統(tǒng)的連續(xù)性和完好性有很大的提高，在導(dǎo)航和定位領(lǐng)域應(yīng)用十 分廣泛。根據(jù)信息融合深度的不同，GNSS/INS組合導(dǎo)航技術(shù)分為松組合、緊組合和深組合。 松組合和緊組合均是GNSS與INS在數(shù)據(jù)處理層面上的融合，且主要是GNSS輔助INS。與 松組合、緊組合相比，深組合是GNSS與INS在信號(hào)處理層面上的信息融合，利用INS的動(dòng)態(tài) 特點(diǎn)輔助GNSS接收機(jī)信號(hào)跟蹤環(huán)路，使得載體動(dòng)態(tài)對(duì)GNSS接收機(jī)的影響明顯減小，增強(qiáng)了 GNSS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)捕獲和跟蹤性能。
[0003] GNSS/INS組合導(dǎo)航的性能不僅受到GNSS和INS自身誤差帶來(lái)的影響，同時(shí)受到 組合時(shí)兩類(lèi)信息不同步的影響。松組合系統(tǒng)和緊組合系統(tǒng)的研宄均表明：如果頂U(kuò)(慣性測(cè) 量單元）數(shù)據(jù)和GNSS數(shù)據(jù)在組合濾波器處理時(shí)時(shí)間不同步，則組合導(dǎo)航的性能將惡化。在 GNSS/INS深組合系統(tǒng)中，除了組合濾波器外，深組合跟蹤環(huán)也受到輔助信息延遲的影響。然 而，研宄人員大多在軟件平臺(tái)上通過(guò)數(shù)據(jù)后處理來(lái)實(shí)現(xiàn)GNSS/INS深組合，沒(méi)有考慮INS輔 助延遲誤差的影響，以至于還沒(méi)有評(píng)估輔助信息延遲對(duì)INS輔助的GNSS跟蹤環(huán)的影響的方 法，更沒(méi)有文獻(xiàn)指出INS輔助的GNSS跟蹤環(huán)路可接受的最大輔助延遲時(shí)間。
[0004] 不同的應(yīng)用需求，即使是相同的輔助信息延遲時(shí)間，對(duì)GNSS/INS深組合系統(tǒng)跟蹤 環(huán)性能惡化程度也不相同。對(duì)輔助信息延遲要求很?chē)?yán)格的應(yīng)用，比如高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，需要以提 高系統(tǒng)硬件成本為代價(jià)，減小慣性輔助延遲時(shí)間；而在輔助信息延遲影響不顯著的場(chǎng)景，比 如車(chē)載導(dǎo)航，則可以在滿足輔助信息延遲要求的前提下，降低硬件設(shè)計(jì)成本。研制GNSS/INS 深組合系統(tǒng)時(shí)，需要有一種評(píng)估INS輔助延遲對(duì)跟蹤環(huán)影響的方法，用于分析GNSS/INS深 組合系統(tǒng)能夠接受的最大輔助信息延遲時(shí)間，從而有利于折衷考慮系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)成本和系 統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種GNSS/INS深組合中輔助信息延遲 影響的評(píng)估方法，該方法可評(píng)估INS輔助GNSS跟蹤環(huán)的輔助信息延遲影響，從而可指導(dǎo) GNSS/INS深組合系統(tǒng)的跟蹤環(huán)設(shè)計(jì)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，包括：
[0008] 步驟1，根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)的原理結(jié)構(gòu)構(gòu)建拉氏域的INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型；
[0009] 步驟2,根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型，建立INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差間的誤 差傳遞模型，本步驟進(jìn)一步包括：
[0010] 2. 1從INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型中分離出INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差間的關(guān)系 結(jié)構(gòu)圖，并獲得INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系；
[0011] 2. 2基于INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，獲得INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤 誤差間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即誤差傳遞模型；
[0012] 步驟3,將誤差傳遞模型變換至?xí)r域，采用瞬態(tài)響應(yīng)分析法模擬INS輔助跟蹤環(huán)在 動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)下，INS輔助延遲帶來(lái)的環(huán)路跟蹤誤差的變化。
[0013] 子步驟2. 1中所述的INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是，包括步驟： 步驟1，根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)的原理結(jié)構(gòu)構(gòu)建拉氏域的INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型； 步驟2,根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型，建立INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差間的誤差傳 遞模型，本步驟進(jìn)一步包括： 2. 1從INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型中分離出INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差間的關(guān)系結(jié)構(gòu) 圖，并獲得INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系； 2. 2基于INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，獲得INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差 間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即誤差傳遞模型； 步驟3,將誤差傳遞模型變換至?xí)r域，采用瞬態(tài)響應(yīng)分析法模擬INS輔助跟蹤環(huán)在動(dòng)態(tài) 激勵(lì)信號(hào)下，INS輔助延遲帶來(lái)的環(huán)路跟蹤誤差的變化。
2. 如權(quán)利要求1所述的GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是： 子步驟2. 1中所述的INS輔助延遲與NCO輸出信號(hào)的函數(shù)關(guān)系如下： ((Oi(S)!!?.V *e Λ?") + (^,.(.v) -eu(s))K,,Ko * F(s))*- = O11(S) S 其中，表示INS輔助延遲，0。(8)表示NCO輸出信號(hào)，Gi(S)表示跟蹤環(huán)輸入信號(hào)， s表示拉氏域，Kd表示鑒別器增益，K。表示NCO控制增益，F(xiàn) (s)表示環(huán)路濾波器的系統(tǒng)函數(shù)， -表不NCO數(shù)學(xué)模型。 ?
3. 如權(quán)利要求1所述的GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是： 子步驟2. 2中所述的誤差傳遞模型如下：
其中，δ Θ (s)表示環(huán)路跟蹤誤差，表示INS輔助延遲，Qi(S)表示跟蹤環(huán)輸入信 號(hào)，H(S)表示跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)函數(shù)，Kd表示鑒別器增益，K。表示NCO控制增益，F(xiàn)(S) 表示環(huán)路濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，s表示拉氏域。
4. 如權(quán)利要求1所述的GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是： 步驟3進(jìn)一步包括： 3. 1采用拉普拉斯反變換將誤差傳遞模型變換至?xí)r域，得到INS輔助延遲和環(huán)路跟蹤 誤差間的時(shí)域數(shù)學(xué)模型； 3. 2在動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)下分析時(shí)域數(shù)學(xué)模型，獲得與環(huán)路跟蹤誤差相關(guān)的參數(shù)，記為相關(guān) 參數(shù)； 3. 3基于時(shí)域數(shù)學(xué)模型，在動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)下，采用瞬態(tài)響應(yīng)分析法模擬環(huán)路跟蹤誤差隨 相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律，并獲得最大環(huán)路跟蹤誤差。
5. 如權(quán)利要求4所述的GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是： 所述的相關(guān)參數(shù)為INS輔助延遲時(shí)間、運(yùn)動(dòng)載體加速度和環(huán)路帶寬。
6. 如權(quán)利要求4所述的GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，其特征是： 子步驟3. 3具體為： 取一相關(guān)參數(shù)為自變量相關(guān)參數(shù)，固定其他相關(guān)參數(shù)值，基于時(shí)域數(shù)學(xué)模型，在動(dòng)態(tài)激 勵(lì)信號(hào)下，采用瞬態(tài)響應(yīng)分析法模擬環(huán)路跟蹤誤差隨自變量相關(guān)參數(shù)的變化規(guī)律，并獲得 自變量相關(guān)參數(shù)在各不同取值下的最大環(huán)路跟蹤誤差。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種GNSS/INS深組合中輔助信息延遲影響的評(píng)估方法，包括：步驟1，根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)的原理結(jié)構(gòu)構(gòu)建拉氏域的INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型；步驟2，根據(jù)INS輔助跟蹤環(huán)數(shù)學(xué)模型，建立INS輔助延遲與環(huán)路跟蹤誤差間的誤差傳遞模型；步驟3，將誤差傳遞模型變換至?xí)r域，采用瞬態(tài)響應(yīng)分析法模擬INS輔助跟蹤環(huán)在動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)下，INS輔助延遲帶來(lái)的環(huán)路跟蹤誤差的變化。本發(fā)明可用于種評(píng)估輔助信息延遲誤差對(duì)INS輔助GNSS跟蹤環(huán)性能的影響，從而用于指導(dǎo)GNSS/INS深組合系統(tǒng)研制時(shí)的實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)及跟蹤環(huán)優(yōu)化。
【IPC分類(lèi)】G01S19-23
【公開(kāi)號(hào)】CN104833987
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510255837
【發(fā)明人】張?zhí)嵘? 章紅平, 張鵬輝, 班亞龍, 牛小驥
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日