河北省唐山市丰南区稻地镇 安机寨建寨600多年。 心态好，运气就好小哥俩心态表示一个人的精神状态，只要有良好的心态，你才能每天保持饱满的心情。　　精神打起来，好运自然来。记住做任何事情一定要有积极的心态，一旦失去他，就跳出去，要学会调整心态, 有良好的心态工作就会有方向，人只要不失去方向就 安机寨北街村有一家小哥俩20年来从未分家，全家10口人和睦相处。也应了那句老古语，家和万事兴！小哥俩起初以承包本村土地；种植安机寨特产花心大萝卜、绿心大萝卜、红皮大萝卜为生；走自产自销之路；远销唐山市区，天津市等经过多年摸爬滚打后成立了[小 姓名：李娜，女，出生在开平区越河镇王盼庄村，小学时随母改嫁到丰南区西葛镇沙坨村（印象中的村庄，也许不准确）。原来她家的电话号码是8422263，现在已经是空号了。在开平体校和唐山市体育运动学校上学，中专毕业后失去联系，我是她开平体校的队友，  ICC中国人保推出“百万身价惠民保险”你我若是穷光蛋， 怎值身价一百万。只要投保心不变， 人保推出新保险。每年只需2670元，连续保险存5年，保险期间三十年，车里车外保险全，自驾乘车保百万，一般意外二十万，期满返还有利钱，意外伤残 明天上午9点选村书记有很多人竞争 河北省唐山市丰南区大新庄镇郭岭坨村定于日上午八点在村委会召开党员和村民代表参加的会议,推荐新一届党组织委员会委员候选人初步人选. 赞公庄张国恩那的板面真好吃！ 赞公庄钻井队---乙级资质钻井，15年钻井经验。用能力保证质量，用服务保证满意钻井、打桩---请联系 闫继成 2014年八月初，中国人民大学“千人百村”调研团队一行五人田翔宇、林宁宁、贾琼、唐佳琪、赵继鹏，前往河北省唐山市丰南区王兰庄镇高先甸村，开展了为期五天的暑期社会调研活动。“千人百村”社会调研活动主要依托中国人民大学社会学理论与方法研究中心、 前几日在石家庄经贸大学外，拾到身份证及其他东西，失主身份证显示是中五里屯的户口，叫王志成，有人认识的话，让他家里或是他联系我一下。我的QQ 电话： 环渤海新闻网专稿 5月13日下午，去丰南建村最晚的村子三沟村。一路是平整的水泥板路，又是顺风，很是惬意。半途停下自行车，坐在路边柳阴下，静心读了一会儿安妮宝贝的《清醒纪》。彼时四周是广袤的田野，远处是云雀的清音，手中是清冽的文字，便觉神仙生 太阳能热水器待销 批发太阳能热水器 有大量面粉，批发销售 有大量面粉销售河北省唐山市丰南区黄各庄镇 姓名：李娜，女，出生在开平区越河镇王盼庄村，小学时随母改嫁到丰南区西葛镇沙坨村（印象中的村庄，也许不准确）。原来她家的电话号码是8422263，现在已经是空号了。在开平体校和唐山市体育运动学校上学，中专毕业后失去联系，我是她开平体校的队友，  ICC中国人保推出“百万身价惠民保险”你我若是穷光蛋， 怎值身价一百万。只要投保心不变， 人保推出新保险。每年只需2670元，连续保险存5年，保险期间三十年，车里车外保险全，自驾乘车保百万，一般意外二十万，期满返还有利钱，意外伤残 明天上午9点选村书记有很多人竞争 河北省唐山市丰南区大新庄镇郭岭坨村定于日上午八点在村委会召开党员和村民代表参加的会议,推荐新一届党组织委员会委员候选人初步人选. 赞公庄张国恩那的板面真好吃！ 赞公庄钻井队---乙级资质钻井，15年钻井经验。用能力保证质量，用服务保证满意钻井、打桩---请联系 闫继成 2014年八月初，中国人民大学“千人百村”调研团队一行五人田翔宇、林宁宁、贾琼、唐佳琪、赵继鹏，前往河北省唐山市丰南区王兰庄镇高先甸村，开展了为期五天的暑期社会调研活动。“千人百村”社会调研活动主要依托中国人民大学社会学理论与方法研究中心、 前几日在石家庄经贸大学外，拾到身份证及其他东西，失主身份证显示是中五里屯的户口，叫王志成，有人认识的话，让他家里或是他联系我一下。我的QQ 电话： 环渤海新闻网专稿 5月13日下午，去丰南建村最晚的村子三沟村。一路是平整的水泥板路，又是顺风，很是惬意。半途停下自行车，坐在路边柳阴下，静心读了一会儿安妮宝贝的《清醒纪》。彼时四周是广袤的田野，远处是云雀的清音，手中是清冽的文字，便觉神仙生 太阳能热水器待销 批发太阳能热水器 有大量面粉，批发销售 有大量面粉销售 安机寨建寨600多年。 心态好，运气就好小哥俩心态表示一个人的精神状态，只要有良好的心态，你才能每天保持饱满的心情。　　精神打起来，好运自然来。记住做任何事情一定要有积极的心态，一旦失去他，就跳出去，要学会调整心态, 有良好的心态工作就会有方向，人只要不失去方向就 安机寨北街村有一家小哥俩20年来从未分家，全家10口人和睦相处。也应了那句老古语，家和万事兴！小哥俩起初以承包本村土地；种植安机寨特产花心大萝卜、绿心大萝卜、红皮大萝卜为生；走自产自销之路；远销唐山市区，天津市等经过多年摸爬滚打后成立了[小第９卷第２期２０１０年５月导航与控制ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ．ＶｏＬ ９ Ｎｏ．２ Ｍａｖ．２０１０文章编号：１６７４－５５５８（２０１０）０１－００５７１ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航的性能分析王朋辉范胜林刘建业
（南京靛空航天大学导航研究中心，南京２１００１６） 摘要：ＧＰＳ接收机在高动态环境下很容易失锁，特别是载体的高动态造成的应力对接收机 载波跟踪环影响很大。为了解决高动态环境下的组合导航，分析了ＧＰｓ接收机载波跟踪环的测 量误差和跟踪门限，采用惯导速度辅助ＧＰＳ接收机跟踪环路的超紧组合结构。超紧组合需要涉 及到ＧＰＳ接收机跟踪环内部编排及高动态环境下的实验数据，难度较大。针对超紧组合仿真专 门开发了ＧＰＳ实时软件接收机、高动态ＧＰＳ中频信号仿真器和惯导模拟器并构建了一个完整的 ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合仿真系统。仿真结果表明，该超紧组合导航系统可以跟踪５０９的加速度和１０ 倍音速： 关键词：全球定位系统；捷联惯导；超紧组合；锁相环；多普勒 中图分类号：ＴＪ７６５．３；Ｖ２４９．３２ 文献标识码：ＡＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＧＰＳ／ＳＩＮＳ Ｕｌｔｒａ－ｔｉｇｈｔ Ｃｏｕｐｌｅｄ ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＷａｎｇ Ｐｅｎｇｈｕｉ，Ｆａｎ Ｓｈｅｎｇｌｉｎ，Ｉｊｕ Ｊｉａｎｙｅ（ＮａｖｉｇａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｉｎ ｈｉ【ｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｌｏｓｅ ｔｈｅ ｌｏｃｋ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃｏｂｊｅｃｔｃａｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅｅｒｒｏｒｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｈｒｅｓｈ―ｏｌｄ ｏｆ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｔｉｇｈｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｏｒｍ ＩＮＳ ｔｏ ａｉｄ ｔｈｅ ＧＰＳ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｈｉｇｈｔｈｅ ｕｌｔｒａ―ｔｉｇｈｔ ｃｏｕｐｌｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｎｅｅｄ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｎａｍｉｃ ＧＰＳ ＩＦｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎＬ，ａ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄｈｉｇｈｄｙ―ｓｉｇｎａｌｓｉｍｕｌａｔｏｒ ａｎｄ ＩＮＳ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｈｅ ＧＰＳ／ＳＩＮＳｕｌｔｒａ―ｔｉｇｌｌｔｃｏｕｐｌｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｒａｔｉｏｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＣａｌｌｔｒａｃｋ ５０９ ｏｆ ａｃｃｅｌ―ａｎｄ１ ０ ｔｉｍｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｓｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；ＳＩＮＳ；ｕｌｔｒａ―ｔｉｇｈｔ；ＰＩＪＬ；ｄｏｐｐｌｅｒ 难，削弱了ＧＰＳ接收机的抗干扰能力，严重时噪 声引起的跟踪误差亦会使捕获的信号丢失，为了解 决环路的机动动态响应性能和噪声响应对环路带宽 的矛盾要求，采取在ＧＰＳ接收机的跟踪环路中接 人ＳＩＮＳ速度信息为跟踪环路的辅助信息，从而达 到既满足大机动输入信号的带宽增大的要求，又使 环路滤波器的带宽足够的小，以满足噪声滤除的要０引言在高动态环境下，由于跟踪的ＧＰＳ信号变化范围较大，因此要求ＧＰＳ接收机的跟踪环路具有 较宽的带宽，以减少动态响应误差，提高跟踪环路 性能，不使卫星信号失锁：然而，跟踪环路带宽的 增大，又增加了接收机环路对于扰噪声的滤除困收稿Ｅｔ期：２００９－１１ 修订日期：２０１０－０２作者简介：王朋辉，男．硕士研究生，主要研究方向为卫星导航及组合导航。 通信地址：南京御道街２９号南航１９７信箱（２１００１６）万方数据?２?导航与控制２０１０年第２期求。１，这种利用ＳＩＮＳ提供的速度信息辅助ＧＰＳ接 收机跟踪环即为ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航。 １２ＧＰＳ接收机跟踪环ＧＰＳ接收机的天线接收所有视界范围内的ＧＰＳＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合结构在组合导航结构方面，ＧＰＳ／ＳＩＮＳ组合模式一卫星信号，这些射频信号经过低噪声放大器放大后 进入射频前端，在射频前端中经过多级下变频后量 化成中频数字信号：中频信号然后送到接收机的每 个相关通道：一旦某颗卫星被捕获，通道的载波跟 踪环将跟踪载波信号的频率和相位，同时码跟踪环 跟踪ＣＡ码的频率和相位：般分为三种，即松组合、紧组合和超紧组合：在松 组合中对ＧＰＳ和ＳＩＮＳ各自独立输出的位置、速度 等信息进行滤波处理：紧组合中利用ＧＰＳ的伪距、 伪距率信息与惯导器件产生的测量信息进行组合， 由于ＧＰＳ伪距、伪距率等基本观测量没有位置、 速度信息的相关性强，因此滤波精度更高。２。 不论是松组合还是紧组合，由于并没有改变 ＧＰＳ接收机内部结构，因此ＧＰＳ接收机的一些固 有缺陷依然得不到改善：如在高动态环境下容易失 锁和对噪声干扰的敏感：而超紧组合结构将组合概 念应用到ＧＰＳ接收机跟踪环中，这种组合方式改 变了传统的ＧＰＳ接收机跟踪环，如图ｌ所示：图２ＧＰＳ接收机载波跟踪环图２为一般的ＧＰＳ接收机载波跟踪环方框图， 其中预检测积分器（积分和清零确定了预检测积 分的时间）、鉴相器和环路滤波器确定了接收机载 波跟踪环的特性：其中最重要的两个特性分别是载 波环的热噪声误差和最大视线方向的动态应力图１ ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合结构门限： ２．１测量误差和跟踪门限超紧组合结构由于采用了惯导信息辅助ＧＰＳ 接收机跟踪环，有效地提高了跟踪环路的等效带 宽，也改善了接收机的捕获性能和抗干扰性：特别 是载体的动态造成的多普勒变化由ＳＩＮＳ提供给接 收机跟踪环，大大消除了载体的动态应力对ＧＰＳ 接收机跟踪环的影响，因此ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导 航在高动态环境下也能很好的工作： 超紧组合涉及到ＧＰＳ接收机内部的编排，而 目前ＧＰＳ接收机的核心芯片主要由国外厂商生产， 大部分ＧＰＳ接收机处于黑匣子状态，无法对接收 机内部进行编排‘３。采用ＧＰＳ软件接收机是研究 超紧组合导航的一个重要方向：因此针对超紧组合 的研究专门开发了实时ＧＰＳ软件接收机、高动态 ＧＰＳ中频信号模拟器及ＳＩＮＳ模拟器：软件接收机 可以捕获跟踪真实或仿真的ＧＰＳ中频数据，内部 １２个相关通道可以对数据进行实时跟踪处理，载 波跟踪环和码跟踪环提供编程接口可由外部控制。ＧＰＳ接收机载波跟踪环的测量误差和跟踪门限 是紧密相连的，当测量误差超过一定界限时接收机 便失锁：跟踪环的主要相位误差源是相位颤动和动 态应力误差，对于二象限反正切鉴相器，ＰＬＬ跟踪 环的１仃经验门限为。４：盯眦＝￣／盯ｋ＋矿；＋一＋：｝≤１５。Ｊ式中仃，眦表示ｌ仃热噪声，ｏｒ。表示ｌ盯由振动引起的 振荡器噪声，ｐ。表示由阿伦偏差引起的振荡器颤 动：０，表示ＰＬＬ跟踪环的动态应力误差： ＧＰＳ的Ｌ１载波的波长为０．１９０３ｍ，因此１５。的 跟踪门限相当于０．００８ｍ：振动引起的振荡器噪声 和阿伦方差引起的振荡器颤动较小，在高动态环境 下，动态应力误差更容易造成跟踪环失锁，因此下 面主要考虑热噪声和动态应力误差： ＰＬＬ跟踪环的热噪声颤动计算如下。４：一，）（１）万方数据第２期王明辉等：ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航的性能分析?３?盯ｆ眦２，。＋万丽Ｊ‘纠 ‰＝２－ｋ－－；，厢”。７ １＋志）（２）式中Ａ。表示载波波长，Ｂ。表示跟踪环带宽（Ｈｚ），应的跟踪性能，带宽应越大越好，因此锁相环中环 路滤波器的设计只能在带宽和噪声抑制性能上作一 个平衡：典型的带宽范围为１５Ｈｚ一３０Ｈｚ。 ２．２超紧组合ＰＬＬ模型 ＧＰＳ接收机载波跟踪环原理如图５所示。鉴相 器对ＧＰＳ输人信号与数控振荡器的输出信号之间 进行相位比较，输出的相位差经过环路滤波器降低 噪声并精确的估计出频率差，然后调整压控振荡器 的频率。使输入、输出信号间的频差消失且相位差 几乎为零，从而达到锁定输入信号的目的。Ｃ／Ｎｏ表示信号载噪比（舷），Ｃ／Ｎｏ：１０华，（ｃ／Ｎｏ）ｄＢ用抬一胁来表示。丁表示预检测积分时间： 假设预检测积分时间为１ｍｓ情况下，对于５Ｈｚ 和２０Ｈｚ两种噪声带宽来说，ＰＬＬ热噪声颤动与 ｃ／＾『０的关系如图３所示。图５跟踪环原理图环路滤波器的阶数和噪声带宽决定了环路滤波 器对信号的动态响应。ＧＰＳ载波环常采用二阶锁相 环回路，理想二阶积分滤波器和压控振荡器的传递 函数为ｊ。：图３ ＰＬＬ热噪声颤动，（ｓ）：Ｋｏ二生生Ⅳ（ｓ）：一１Ｓ（４） （５）动态应力误差对ＰＬＬ跟踪环有重要影响，对 于一个二阶锁相环，其动态应力误差为：４：”警＝兹／笛∞ｏ ～Ｄｎ ｕ?）ｊ，（３）式中Ｋ为滤波器的增益，ｒ，、ｒ：为滤波器的时间常 数。其闭环传递函数为：式中ｄＲ！／ｄｔ！表示最大视线方向加速度（ｍ／ｓ２）。 对于５Ｈｚ和２０Ｈｚ两种噪声带宽来说，动态应 力误差与最大视线方向加速度的关系如图４所示。…＝考篆戋ｒ１ Ｓ㈣＋＾ｎ下，Ｓ＋＾ｏＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合载波锁相环结构如图６所示：ｊＬ是用来限制惯性传感器的带宽的低通滤波器‘６。通过这种前馈模型惯导系统对载波锁相 环提供外部频率辅助，使超紧组合比单纯的锁相环 获得更加优异的性能，使等效环路带宽大大增大， 对载体的动态跟踪能力更强。 系统的闭环传递函数为：（÷）ｒｌｓ２＋Ｋｒ２ｓ＋岛巩。）－÷砉面ｉ瓦一．（７）丁ｔＳ十Ａｎ丁，Ｓ十Ａｎ由式（７）可以看出。当惯导系统的带宽越来越大时图４ ＰＬＬ动态应力误差（口一∞），系统传递函数日：（ｓ）一１，这说明只要惯 导系统的带宽足够大，超紧组合的跟踪环就可以跟 踪载体的任何机动运动。环路滤波器的设计可以不由图３、图４可以看出，为了减少锁相环的热 噪声，带宽应该越小越好，但是为了提高对动态响万方数据?ｄ?导航与控制２０１０年第２期图６超紧组合锁相环模型考虑载体的高动态应力，因此，对于同样的载体动 态，超紧组合的跟踪环的带宽可以设计的更小，因此 抑制噪声的能力也更强。通过对具体锁相环参数的分析可以更加清楚的看到超紧组合跟踪环对带宽的改善。滤波器的设计图７锁相环传递函数分析 高动态飞行 轨迹发生器可以按照以下几个关系式。旷器ｒ１＝砀／山：，ｆ２＝２（／ｔｏ。＝０．７０７，ｆＯ。为自然频率。㈣（９）ＧＰＳ卫星星历式中曰为环路滤波器的带宽，ｆ为阻尼比，一般取ｆ下面考虑两组具体的接收机环路设计。第一组为普通的接收机跟踪环，环路带宽Ｂ＝２０Ｈｚ，滤波 器增益Ｉｑ＝ｌ，阻尼比ｆ＝０．７０７＝第二组为ＳＩＮＳ速 度辅助的接收机环路，环路带宽Ｂ＝５Ｈｚ，滤波器增 益岛＝１，阻尼比ｆ＝０．７０７，ＳＩＮＳ带宽５００Ｈｚ，即ａ＝２订?５００Ｈｚ。――Ｔ一星历――ＴＧＰＳ中频信号模拟ＩＳＩＮＳ模拟器 ＯＰＳ软件接收机 ＳＩＮＳ导航解算 多普勒图７为传递函数的幅频分析，玩（ｓ）为普通接收机的闭环传递函数，日２（ｓ）为ＳＩＮＳ速度辅助接收 机环路的传递函数。图中可以看出，相对于普通的 接收机环路，ＳＩＮＳ速度辅助接收机环路的跟踪带 宽更大而噪声抑制能力更好。固圈 囤囡辅助土竺里：竺里型导航卡尔曼滤波器惯导校正ｌ ◆导航输出３超紧组合仿真系统构建为了验证上述的超紧组合理论分析，构建了如图８的超紧组合仿真方框图。超紧组合的物理仿真 很困难，不但要涉及到ＧＰＳ接收机内部编排，高图８超紧组合仿真方框图程中的输出值： ＧＰＳ软件接收机具有１２个通道，可以捕获跟 踪可见卫星的信号，内部跟踪环可以通过程序接口 控制：ＳＩＮＳ导航解算根据ＳＩＮＳ模拟器输出的陀螺 和加速度计值，通过力学编排得到当前载体的位 置、速度、姿态等导航信息，根据载体的位置和速 度结合卫星星历可以生成载体相对于卫星的多普勒 频移，然后对ＧＰＳ接收机的跟踪环进行辅助：动态的载体试验费用也很高。因此针对超紧组合专 门设计了ＧＰＳ软件接收机和各种模拟器。高动态飞行轨迹发生器根据用户的设定生成载体的位置、 姿态和速度等信息；根据同样的飞行轨迹结合卫星 星历生成ＧＰＳ中频数据；ＳＩＮＳ模拟器根据实际ＳＩＮＳ的精度等级，模拟陀螺和加速度计在飞行过导航卡尔曼滤波器采用ＧＰＳ／ＳＩＮＳ伪距、伪距万方数据第２期乇朋辉等：ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航的性能分析?５－率组合，同时提供给ＳＩＮＳ的校正信息，提高ＳＩＮＳ对多普勒估计的精确度。４超紧组合导航仿真高动态飞行轨迹的设定为：用户初始位置为 Ｎ３４．０００００，Ｗ１１８．０００００，高度０．０ｍ；航向初始为９０。。俯仰、滚转初始为０。；在０―１６ｓ内，载体静止， １６―２６ｓ内，载体机头方向加速度４９０ｍ／ｓ２，俯仰角变化率为２．５。／ｓ，２６―４０ｓ内，载体机头方向加速度Ｏ，俯仰角变化率为０。ＧＰＳ中频信号仿真的参数设置如下：信号中频 １．４０５３９６８ＭＨｚ，采样频率５．７１４２８５ＭＨｚ，仿真时间 长度４０ｓ，载噪比４６ｄＢ―Ｈｚ。星历采用真实的ＧＰＳ星历（ＧＰＳ周：１４３０。秒：２６３３９４）。图９超紧组合接收机跟踪环输出惯导系统的初始误差为：水平姿态角误差３００”，方位误差角６００”；东北天各方向速度误差２ｍ／ｓ；经度、纬度位置误差２０ｍ，高度误差５０ｍ。仿真ＩＭＵ器件的噪声参数如表ｌ所示。表１仿真ＩＭＵ器件的噪声参数 噪声类型 陀螺随机常数 陀螺白噪声 陀螺一阶马尔可夫噪声 噪声参数０．Ｉ。／ｂ方差０．１ｏ／ｈ相关时间１８００ｓ，驱动白 噪声方差０．１。／ｈ 相关时间３６００ｓ，驱动白 加速度计～阶马尔可夫噪声 噪声方差１０“ｇ 图ｌＯ常规接收机跟踪环输出图１１―１３分别为ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航输出的姿态、速度和位置误差曲线。在０―１３ｓ期间，当ＧＰｓ软件接收机输出位置、速度导航信息 后，卡尔曼滤波器开始工作并同时提供给ＳＩＮＳ校ＧＰＳ接收机未完成启动，导航系统主要靠ＳＩＮＳ输出，从图１１―１３中可以看到ＳＩＮＳ初始姿态、速度 及位置误差，其中位置误差有较快速度的积累，图 １３中可以看出，在第１３ｓ时经度、纬度误差接近正信息：ＳＩＮＳ更新频率１００Ｈｚ，ＧＰＳ软件接收机导航信息输出频率１０Ｈｚ，卡尔曼滤波器更新频率 １０Ｈｚ：软件接收机采用温启动，在第１３ｓ时就可以５０ｍ，高度误差约８０ｍ。第１３ｓ后ＧＰＳ接收机完成启动并输出导航信息，组合导航滤波器开始工作， 迅速对ＳＩＮＳ进行校正，同时ＳＩＮＳ对ＧＰＳ接收机跟输出导航信息。 图９、图１０分别为超紧组合接收机和常规接收机的通道２跟踪环的输出，ＧＰＳ接收机跟踪环更 新频率为１０００Ｈｚ。跟踪环Ｉ、Ｑ路数据量很大，这踪环提供多普勒辅助。图中可以看出，组合导航后的速度、位置具有较高的精度，但是对姿态未能提里只显示１５―１７ｓ时的环路输出。从超紧组合接收机跟踪环输出可以看出，在１６ｓ时的阶跃加速度对 接收机环路基本上没有影响；常规接收机由于载体 动态应力对跟踪环的影响，跟踪相位误差越来越供有效的校正信息。第１６ｓ后进入高动态环境．此 时ＧＰＳ接收机仍能正常工作，组合导航具有较高的精度。大，从第１６ｓ开始，Ｉ路输出逐渐变小，Ｑ路输出逐渐变大，最后直至失锁。５结论ＧＰＳ／ＳＩＮＳ超紧组合导航是继松组合、紧组合万方数据－６?导航与拄制２０１０年第２期图１ １超紧组合导航姿态角误差图１３超紧组合导航位置误差ＧＰＳ接收机跟踪环的测量误差和跟踪门限决定 了ＧＰＳ接收机对载体的动态跟踪能力。跟踪环的带宽设计要在动态响应能力和噪声抑制方面做出折中考虑，而超紧组合通过加入惯导速度的辅助，可以使跟踪环的等效带宽大大增大：通过对整个超紧组合 仿真系统的分析表明，超紧组合很好的解决了ＧＰＳ接 收机对高动态载体的跟踪问题且保持较高的精度：参考文献 ［１］王惠南．ＧＰＳ导航原理与应用：Ｍ］．北京：科学出版社，２００３：２０６―２０７．［２］刘建业，赵伟．熊智．等．导航系统理论及应用：Ｍ］．南 京：南京航空航天大学出版社．２００５：２７０－２７２． ［３］周坤芳，吴唏．孔键．累耦合ＧＰＳ／ＩＮＳ组合特性及其关 键技术：Ｊ］．中国惯性技术学报，２００９．１７（１）：４２―４５．图１２超紧组合导航速度误差［４］寇艳红译．ＧＰＳ原理与应用（第二版）：Ｍ］．北京：电子 工业出版社．２００７：１３４―１３９．之后一种新的组合方式，超紧组合实现了对ＧＰＳ 接收机内部跟踪环的重新编排，采用惯导信息提供 的速度信息辅助跟踪环，改变了ＧＰＳ接收机对动 态应力和噪声干扰的敏感特性，在高速高动态的载［５］Ｐｅｔｅｒ甩ｎｄｅｒ．ＮｉｃｏｌａｊｆＢｅｒｔｅｌｓｅｎ．Ｄｅｓｉｇｎ ０ｆａｓｉ，ｃｌｅ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙｃＰｓ．ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ：Ｄ］．Ａａｌｂｏｒｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉＯ＂．２００４． ６］Ａｌｂａｎ Ｓ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｍｄｖｓｉｓ ａｎｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ＩＮＳ― ａｉｄｅｄ ＧＰＳ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐｓ：Ｃ］／／ＩＯＮ Ｍｅｅｔｉｎｇ．Ｊａｎ．２００３：２２―２４．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ体上超紧组合的ＧＰＳ接收机也可以正常工作。万方数据GPS/SINS超紧组合导航的性能分析作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 王朋辉， 范胜林， 刘建业， Wang Penghui， Fan Shenglin， Liu Jianye 南京航空航天大学导航研究中心,南京,210016 导航与控制 NAVIGATION AND CONTROL ) 0次参考文献(6条) 1.Alban S Performance analysis and architectures for INS-aided GPS tracking loops 2003 2.Peter RNicolaj Bertelsen Design of a Single Frequency GPS Software Receiver 2004 3.寇艳红 GPS原理与应用(第二版) 2007 4.周坤芳;吴;孔键 紧耦合GPS/INS组合特性及其关键技术[期刊论文]-中国惯性技术学报 .刘建业;赵伟;熊智 导航系统理论及应用 2005 6.王惠南 GPS导航原理与应用 2003相似文献(10条) 1.学位论文 张思奇 便携式移动机器人INS/GPS组合导航系统研究 2007基于捷联惯导系统(INS)与全球定位系统(GPS)定位技术的发展以及机器人导航的需要，本文对INS与GPS的组合导航系统进行了研究。&br&　　 捷联惯导系统与GPS导航各有优缺点，具有互补性，文中将两者结合形成了更加准确可靠的定位系统。本文首先介绍了捷联惯导系统和全球定位系统 ，并对捷联惯导和GPS的误差作了详细的分析，建立了误差模型。文中应用动力学误差方程建立了九状态INS/GPS综合卡尔曼滤波方程。提出了一种以位 置、速度、姿态DCM的误差为状态量，以GPS和INS的位置差作为观测量的INS/GPS组合导航系统的滤波算法，并将该技术应用于机器人的定位导航。仿真 实验表明，该算法可有效提高系统导航参数的估计精度。&br&　　 本文分五章对该课题进行了研究。第一章是引言，介绍了课题的研究背景、意义，国内外的研究现状和本文的主要工作：第二章介绍了惯性传感器和 GPS接收器的原理和特性；第三章介绍了捷联惯导系统相关的理论知识，包括姿态角的解算，算法具体内容和误差分析，并对捷联惯导系统进行了仿真试 验；第四章介绍了Kalman滤波的相关知识并详细介绍了INS/GPS组合导航系统；第五章对INS/GPS组合导航系统的九状态卡尔曼滤波算法进行了仿真，并 对试验结果进行了详细的分析。从仿真结果可知，组合导航系统大大的提高了系统的精度，克服了纯惯导系统的缺点。2.学位论文 宋红江 组合导航算法及其在SINS/GPS/DVL组合导航系统中的应用 2006本课题主要通过捷联惯导(SINS)、全球定位系统(GPS)和多普勒计程仪(DVL)组合导航系统对组合导航算法进行了研究。论文的主要工作有： 首先，研究和推导了SINS、GPS、DVL的数学模型。并采用几种不同的可观测性分析方法对其组合导航系统各状态变量的可观测性和可观测度进行分 析，从而建立相应的组合导航系统数学模型，为后面对各种多传感器融合算法提供了基础。 然后，详细介绍并分别探讨了传统的Kalman滤波算法，分散化的联邦滤波算法及改进的自适应滤波Kalman算法在SINS/GPS/DVL组合导航系统中的应 用，通过仿真比较，总结出各种方法的特点和适用环境，从而提高组合导航系统的精度和可靠性。 接着阐述了鲁棒控制理论和鲁棒滤波的相关内容，完成了SINS/GPS/DVL组合导航系统的鲁棒滤波器的设计。对于鲁棒H∞滤波采用了递推的次优解、 Raccati方程解法以及不确定空间的LMI解法。通过与传统Kalman滤波器的仿真和比较，验证了其鲁棒性和精度。 最后，为了保证组合导航系统的可靠性和精度，从工程实践角度研究了组合导航系统的系统故障检测的隔离方法和一致性检测与合理性检测等工程 故障检测方法，并通过仿真和车载试验来验证其可靠性。3.期刊论文 张海龙.郝静如.李启光.ZHANG Hai-long.HAO Jing-ru.LI Qi-guang 联邦卡尔曼滤波在捷联惯导/全球 定位/里程仪组合系统中的优化设计 -探测与控制学报)基于Carlson提出的联邦卡尔曼滤波理论的原理和特点,建立了SINS/GPS/OD组合导航系统的数学模型,设计了组合系统的联邦滤波算法,并使用 MATLAB对算法进行了仿真,仿真结果证明了联邦滤波器在组合导航系统应用中的可行性和优越性,该算法计算量小、容错性好,能实现较高的精度.4.学位论文 王强华 捷联惯导精度测试及初始对准研究 1999该文的工作主要有以下三个方面:一、在捷联惯导系统仿真的基础上,基于GPS/SINS组合导航的原理,根据GPS提供的位置、速度信息,利用卡尔曼滤波 器估计出捷联惯导的误差,从而进行系统的精度测试.卡尔曼滤波器的设计是该部分的主要工作,文中先后采用了15维、9维以及自适应卡尔曼滤波等滤波 方法,并对这几种方法进行了比较,指出各自的优缺点.文中采用的自适应卡尔曼滤波算法不需要事先知道系统噪声的统计特性,适合于该仿真系统的应用 ;二、该文针对实际惯导系统的要求,采用了一种快速、简单且适于工程应用的空中装订对准方法.另外,论文还对垂直发射地空导弹的初始对准做了进一 步研究,使其满足任务要求,圆满完成了整个工程项目的交付工作;三、该文详细介绍了无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)的力学编排方程式,并进行了系统仿 真研究,给出仿真结果,指出了这种系统的优缺点.5.学位论文 于先文 基于GPS/SINS/TS的地籍测量新技术关键算法研究 2009随着我国经济和社会的发展，产权管理工作对地籍数据的现势性需求越来越高。现代地籍信息更新量大、内容复杂、变化周期短，而现有地籍测量 技术作业周期长、劳动强度大、受观测环境影响严重，已日益难以满足我国地籍管理工作需求，常造成“老帐未清又添新帐”的局面。现实地籍管理工 作迫切需要一种快捷、高效的地籍测量新技术。 GPS技术、SINS技术、GIS技术、全站仪技术以及现代信息处理技术近年来的快速发展，为现代地籍测量技术的研究提供了一个新的技术平台。本文 针对现实需求，提出了基于GPS/SINS/TS的地籍测量新技术：用于地籍图根点测量的GPS/SINS组合厘米级定位技术，图根点三维坐标转换成地籍平面坐标 的误差控制方法，用于地籍碎部点测量的FOG/TS组合定向技术。主要研究工作如下： （1）研究了利用动态数据对物理量的估值进行净化的数学模型，为后续GPS/SINS数据深度融合提供数学基础。提出序贯最小二乘配置滤波方法，从 预测状态中提取所需要的部分状态量做为具有先验信息的信号，将新增向量做为未知参数，利用最小二乘配置理论对各量进行估值及协因数阵解算，进 一步对验后单位权方差进行X2检验，如果通过检验，则说明没有显著模型误差或统计误差，仍可采用原单位权方差，否则采用验后单位权方差；借助测 量平差理论中带有约束条件的间接平差公式，得到了在进一步给定约束条件的情况下，计算向量新的估值及方差阵数学模型：综合利用条件净化和信息 净化理论，导出了多变量间由一部分协方差阵计算另一部分协方差阵的公式。（2）研究了在困难环境下，GPS载波相对定位与测速的严密数学模型。分析了常规的双差载波定位方程的不足，提出一种更为严密的双差载波定位 方程，并证明了常规双差载波定位方程中的常数项是新的双差载波定位方程常数项的近似；为了应对在建筑物和树木遮挡、电力电信线路干扰等困难环 境下的GPS频繁周跳；为了适应在困难环境下所得到的观测量不一致情况，以及便于编程，本文改进了宽巷整周模糊度固定方法，给出了适用单差和双差 、单一频率观测值和双频混合观测值等情况的统一数学模型，算例表明该方法正确、效果明显。 （3）根据地籍图根点测量的特点，研究了用于地籍图根测量的GPS/SINS组合方案及关键算法。设计了硬件组成、使用方式以及数据处理策略；详细 给出GPS/SINS数据融合中的九个主要计算模块的数学模型，并进一步形成了初始化阶段、动态阶段、静态阶段的数据解算流程及相应数学模型。 （4）研究了图根点三维坐标转换成地籍平面坐标的误差控制方法。在分析了归算及投影变形规律的基础上，提出基于二次函数图形的归算与投影参 数选取方法，给出归算投影有效区图，利用该有效区图可以快速做出点间距变形是否超限的判断；基于该有效区图，得到了任意带投影中央子午线、抵 偿面投影归算高的选取范围及最佳选取数学模型。算例表明，基于二次函数图形的归算与投影参数选取方法具有较好实用价值；利用误差传播理论，讨 论了转换精度与公共点分布之间数学关系，得到了坐标转换精度与转换点坐标及公共点坐标的函数关系，分析该函数可得，转换精度是以公共点所确定 的一点为中心，等圆向外衰减。根据这个规律，给出了更合理的公共点布设原则。 （5）为方便地籍碎部测量，研究了安装误差抵偿式FOG/TS组合定向技术。光纤陀螺与全站仪望远镜（或横轴）固连，分别在东向位置、东向补偿位 置、西向位置、西向补偿位置的利用FOG做静态观测，获得四个平均值：在考虑安装误差、全站仪横轴误差、全站仪整平误差、垂线偏差情况下，详细推 导了FOG观测量与全站仪横轴方位角及各误差量之间的函数关系，得到了四个位置的严密观测方程；利用严密观测方程进一步得到了忽略安装误差的全站 仪视准轴坐标方位角计算模型；研究了各种有关物理量的误差对定向精度的影响规律，得到了满足地籍测量要求的FOG精度限值。 （6）研究了利用FOG/TS组合进行碎部点测量时的作业设站模式。为了便于实施，给出了前视设站、后视设站等两种作业模式，特别对后视设站法的 作业流程及计算方法进行了细致研究：分别分析了两种作业设站模式的测点精度分布规律，仿真结果表明，两种设站作业模式的测点精度分布均是以测 站为中心，等半径向外衰减。6.期刊论文 彭允祥.Peng Yunxiang 捷联惯导与导航卫星组合技术的发展趋势 -导弹与航天运载技术1999(4)惯性技术逐渐从平台系统过渡到捷联系统,从机械转子型陀螺向固态陀螺发展.以惯性技术为基础的组合导航系统得到了重视和发展.介绍了捷联系统 和组合导航系统在发展过程中存在的各种技术问题和解决这些技术难题的技术途径.7.学位论文 孙丽 激光捷联惯导/星光/卫星容错组合导航系统研究 2007高精度捷联算法技术、信息融合技术及容错设计技术是捷联惯性基高精度容错组合导航系统设计的关键问题。本文以高空高速巡航导弹为依托，设 计了激光捷联惯导/星光/卫星容错组合导航系统，对上述关键技术进行了深入系统的研究。论文的主要研究工作如下： 1．针对当前捷联惯导系统中惯性器件的输出大多采用增量形式的数据输出，简要介绍了适合于增量形式数据处理的捷联算法基本理论。基本理论包 括四元数和等效旋转矢量算法，圆锥效应、划船效应、涡卷效应产生的机理及作补偿的相应优化算法。 2.以东北天坐标系为导航坐标系，假定姿态、速度和位置更新周期相同时，详细推导了捷联惯导的数字迭代算法。仿真结果表明：捷联惯导算法能 实现对姿态圆锥误差和速度划船误差的补偿。 3．系统研究了激光捷联惯导/星光/卫星组合导航系统的信息融合技术。建立了捷联惯导(SINS)、星敏感器(CNS)、全球定位系统(GPS)的误差模型。 采用马尔可夫估计理论推导了Carlson提出的无重置联邦滤波的信息融合算法，并揭示了Carlson提出的无重置联邦滤波的信息融合算法最优性的意义。 对SINS/CNS/GPS组合导航系统的无重置联邦滤波器进行了具体设计，并进行了仿真分析。 4．系统研究了激光捷联惯导/星光/卫星组合导航系统的容错设计技术，在无重置联邦滤波器框架下，提出了四种系统级故障检测方案，即状态 x&'2&检验法、残差x&'2&检验法、加安全期的残差x&'2&检验法及状态x&'2&、残差x&'2&同时并行的检验法。对SINS/CNS/GPS组合导航系统，采用上述方 法进行了仿真分析。8.学位论文 张煜烽 捷联惯导/GPS误差控制技术 2001导航系统的基本任务是为载体提供实时的位置、速度和姿态信息.性能良好、可靠性高的导航定位系统对于提高部队的机动性,增强部队的战斗力具 有十分重要的作用.惯性导航系统(INS)能够完全自主地为载体实时提供位置、速度、姿态信息.全球定位系统(GPS)能够廉价便捷地为用户提供高精度和 连续的位置、速度和时间信息.惯性导航系统和全球定位系统具有很好的互补性.该文重点开展了捷联式惯性寻北仪误差控制技术、载波相位差分GPS姿态 测量技术、捷联式惯导系统动态误差分析、SINS/GPS组合导航系统误差控制技术等方面的研究.9.学位论文 耿斌斌 某型捷联惯导导弹的自抗扰控制算法与应用研究 2005本文就是以某型巡航导弹为背景，在考虑了地球自转及扁率等因素影响下，建立了导弹六自由度数学模型，对导弹的导航以及控制系统进行了研究 。首先，本文建立了捷联惯导系统(SINS)的数学模型，利用四元数法对捷联矩阵进行计算，并提取出姿态角，得到了导弹的即时速度和位置信息。由于 单一的惯导系统不能满足导航精度的要求，本文又研究了INS/GPS(全球定位系统)组合的导，设计了卡尔曼滤波器，得到惯导系统输出误差的最优估计 ，修正了惯导系统的误差，从而得到精确的导航信息。其次，本文研究了自抗扰控制技术在巡航导弹控制系统中的应用。最后，在数学仿真的基础上 ，利用Matlab/Simulink/xPC对全系统进行了实时仿真。为了提高仿真速度，本文又给出了一种基于Matlab/RTW的快速仿真方法(RSIM)。本文采用这种方 法进行了蒙特卡罗打靶实验，对导弹的脱靶量进行了统计和分析，10.学位论文 贺娟 车载捷联惯导初始对准及其与GPS组合导航研究 2006为了提高车载捷联惯导和全球定位系统SINS/GPS组合导航的定位精度和抗干扰能力，本文研究了SINS的初始对准算法，以此为基础进行了导航解算 ，并基于解算结果研究了SINS/GPS组合导航系统的信息融合算法。对于SINS的静基座对准问题，分别提出了基于鲁棒学习的神经网络方法和中心差分卡 尔曼滤波方法。在SINS初始对准问题中，如果系统阶次较高，通常的扩展卡尔曼滤波(EKF)方法会失去实时性。本文设计了一种基于鲁棒学习的径向基网 络，由于降低了算法复杂度，提高了收敛及计算速度，满足了算法实时性要求。实验表明在学习样本可靠的情况下其精度完全可以满足对准要求。针对 SINS静基座对准问题的非线性模型，提出将中心差分卡尔曼滤波(CDKF)方法用于初始对准。传统的EKF方法存在需要解析Jacobian矩阵以及将非线性系统 线性化的模型误差等缺点，而文中采用的CDKF方法则可以直接利用非线性模型，减小了计算模型误差。仿真结果表明，此算法可以提高对准精度和鲁棒 性。 本文在SINS初始对准的基础之上进行了导航解算。首先分别建立了SINS在当地水平坐标系和游移方位坐标系下的力学编排方程，然后利用IMU输出数 据分别在两个坐标系下进行编排，为SINS/GPS组合导航算法研究提供了实验数据。本文提出了一种SINS/GPS组合导航的信息融合算法。其主要思想是以 观测数据中的野值存在与否为切换条件，当存在野值时采用改进的增益矩阵滤波处理方法，不存在野值时则采用模糊自适应卡尔曼滤波方法。最后仿真 实验表明，本文采用的这种方法在集中卡尔曼滤波和联邦滤波中的滤波精度和收敛速度都优于常规卡尔曼滤波。本文链接：.cn/Periodical_dhykz.aspx 授权使用：上海交通大学(shjtdxip)，授权号：f9ea05c1-1efe-4d07-8e09-9ef 下载时间：日 GPSSINS超紧组合导航的性能分析―汇集和整理大量word文档,专业文献,应用文书,考试资料,教学教材,办公文档,教程攻略,文档搜索下载下载,拥有海量中文文档库,关注高价值的实用信息,我们一直在努力,争取提供更多下载资源。}