GPS中频信号仿真及GPS/SINS深组合导航系统研究

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本文在总装备部武器装备预研基金和博士点基金（20070006006）INS/GPS紧耦合系统关键技术研究项目的技持下，以低成本、高动态、低信噪比和高精度为目标，以GPS软件接收机为基础进行GPS/SINS深组合关键技术研究，主要进行了如下技术研究。首先，由于研究深组合导航需要的同步高动态GPS和INS数据难以获得，为了更好地验证GPS/SINS深组合关键技术，有必要建立综合信号仿真平台。本文提到的综合信号仿真软件主要包含轨迹编辑、动力学控制律生成、GPS卫星星座建模、GPS/SINS信号格式配置、信号强度/噪声控制及同步信号输出。仿真软件生成的数据格式符合标准信号格式，为深组合算法提供了重要的验证平台。GPS软件接收机是验证深组合算法的基础，是本文研究的重点和难点。软件接收机对准实时中频信号进行捕获、跟踪、解调卫星星历等，并对由晶振误差造成的采样频率误差、本地载波频率误差进行建模。接收机通过实际中频信号测试，处理效率高，导航结果准确。深组合方案设计是本文的研究重点之一，深组合比传统的松散组合和紧耦合有许多优点，最突出的优点是动态性能好，另外抗干扰能力更强，而不降低导航精度。深组合方案以伪距、伪距率和各自的误差估计为观测量，对载体位置、速度、姿态、惯性仪器的偏置和接收机时钟差进行修正，在联邦卡尔曼滤波原理基础上进行了多项工程技术更新，实现实时快速GPS信号捕获与跟踪、导航子系统故障隔离，适应高动态低GPS信噪比应用环境、低成本IMU的高精度实时组合导航。在车载实验数据的测试中，纯GPS导航精度与Leica接收机不相上下，两者静止导航结果之差在10米以内，而GPS/SINS组合导航的平滑度和实时性有了显著提高。另外，在仿真条件下，深组合方案能通过40~60g，最高速度4000米/秒的高动态测试。

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