SINS-GPS-GLONASS組合導航技術研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(SINS)是一種自主式的導航系統(tǒng)，其定位不受外界環(huán)境的影響，但由于其自身的工作原理，導航位誤差隨時間的延長而累積，捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)在遠航程、長航時等方面還不能完全滿足導航需求。衛(wèi)星導航能夠全球性、全天候提供高精度定位信息，且定位精度不隨時間延長而降低，但衛(wèi)星導航系統(tǒng)無法提供載體姿態(tài)信息。捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)組合導航技術的提出不僅可以有效抑制SINS導航誤差隨時間延長而積累的問題而且可以為載體實時提供高精度姿態(tài)、速

2、度信息。組合導航技術已在軍事、民用方面得到廣泛使用，未來組合導航技術仍然是大力發(fā)展的重要技術之一。全球定位系統(tǒng)(GPS)是研發(fā)的最早、市場應用最廣泛的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，目前，SINS和衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組合主要以SINS/GPS組合模式為主。
　　本文基于車載導航環(huán)境，對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的組合導航技術進行了研究，其中，重點研究了由于城市中高樓密集、樹木較多的“城市峽谷”效應，衛(wèi)星信號遮擋嚴重且信號質量變差、可觀測到的GP

3、S衛(wèi)星數(shù)目少于4顆時，SINS/GPS組合導航精度下降的問題。提出了SINS/GPS/GLONASS緊組合導航的方案，相對于SINS/GPS緊組合導航，GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)的加入使得可利用的衛(wèi)星信息增多，從而保證組合導航的精度和連續(xù)性。本文SINS/GPS/GLONASS組合導航系統(tǒng)的運行機制如下:若在車載環(huán)境空曠、衛(wèi)星信號無遮擋的良好環(huán)境中，接收機接收到的可見GPS衛(wèi)星數(shù)目大于等于4顆的情況下采用松組合模式;若在高樓密集、樹木較多等

4、衛(wèi)星信號有部分遮擋的惡劣環(huán)境中，可見GPS衛(wèi)星數(shù)目少于4顆情況下，采用SINS/GPS/GLONASS緊組合模式;若在城市隧道、地下停車場等沒有可見GPS衛(wèi)星，系統(tǒng)無法利用星歷信息進行組合導航時，采用純捷聯(lián)慣性導航模式。
　　本文首先對SINS/GPS/GLONASS組合導航系統(tǒng)進行概述，介紹了組合導航系統(tǒng)的總體結構設計及具體的運行機制。其次，針對SINS/GPS/GLONASS組合導航系統(tǒng)的關鍵技術進行了深入的研究，該部分重點研

5、究了緊組合模式中衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)預處理算法與組合導航結果數(shù)據(jù)平滑估計方法。其中，緊組合模式中衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)預處理包括GPS、GLONASS兩套衛(wèi)星系統(tǒng)的廣播星歷解析、兩衛(wèi)星系統(tǒng)誤差補償、衛(wèi)星系統(tǒng)時空統(tǒng)一及衛(wèi)星選星算法等內(nèi)容;組合導航結果數(shù)據(jù)平滑估計主要針對衛(wèi)星信號精度低、組合導航模式切換導致的組合結果振蕩進行處理。再次，本文建立了捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星導航系統(tǒng)的誤差方程并設計了松、緊組合模型，進行了純捷聯(lián)慣性導航、松組合及SINS/GPS/G

6、LONASS緊組合三種導航模式在靜基座、動基座下的仿真實驗，驗證了三種模式算法的正確性。最后，進行了SINS/GPS/GLONASS的轉臺實驗及車載實驗。轉臺實驗中，分別驗證了SINS/GPS和SINS/GLONASS緊組合方案，并通過2顆、3顆GPS衛(wèi)星情況下SINS/GPS和SINS/GPS/GLONASS緊組合的對比實驗證明了在GPS衛(wèi)星較少時GLONASS對GPS的有效輔助作用。轉臺實驗中也完成了純捷聯(lián)慣性導航、松組合及緊組合模