一种惯性信息辅助gnss跟踪环路方法
【专利摘要】本发明公开了一种惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法。步骤如下：根据惯性导航系统提供的载体位置、速度、加速度信息，结合本地时间、卫星星历等信息，实时计算GNSS接收机各通道卫星的多普勒频移、多普勒频移变化率，将跟踪环路载波频移量测值和相应多普勒频移计算值的差分信息作为观测量，采用α-β滤波方法计算载体机械振动、接收机晶振频漂等造成的频率偏移，最终得到载波频移预测值对跟踪环路进行前馈校正，完成惯性信息辅助GNSS跟踪环路。本发明方法降低了高动态对跟踪环路的动态应力作用，消除了载体机械振动、接收机晶振频漂等造成的频率偏移，提高了GNSS接收机的动态适应性和导航稳定性，应用前景广阔。
【专利说明】一种惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星导航、组合导航领域，特别是一种惯性信息辅助GNSS(全球导航卫星系统)跟踪环路方法。
【背景技术】
[0002]导弹、火箭弹等精确制导武器在飞行过程中，卫星信号从卫星传到载体会使载波产生较大的频率偏移及其变化率，其主要影响因素有卫星和载体之间相对运动、载体机械振动、接收机晶振频漂和卫星时钟频漂等，高动态环境下采用常规跟踪环路难以实现对卫星信号的稳定跟踪，可能会信号失锁甚至失去导航能力。
[0003]目前为了满足现代精确制导武器对导航性能要求的不断提高，采用惯性导航系统提供的载体位置、速度、加速度等惯性信息来提高接收机的导航性能，结合本地时间、卫星星历等信息，实时计算GNSS接收机各通道卫星信号的多普勒频移及其变化率，但是实际跟踪环路中即使有精确惯性信息予以辅助，由于载体机械振动、接收机晶振频漂等因素，仍然存在一定的频率偏移，无法完全消除高动态对跟踪环路的动态应力作用和载体机械振动、时钟漂移等造成的频率偏移，因此GNSS接收机的动态适应性和导航稳定性较差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，以消除高动态对跟踪环路的动态应力作用和载体机械振动、时钟漂移等造成的频率偏移，提闻GNSS接收机的动态适应性和导航稳定性。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1，采用串口实时接收惯性导航系统提供的载体惯性信息，根据惯性信息滞后时间确定观测时刻载体位置、速度、加速度信息；
[0007]步骤2，确定GNSS接收机各通道状态，从GNSS接收机各通道跟踪环路中获取载波频移量测值，根据本地时间、卫星星历信息实时确定GNSS接收机各通道卫星的位置、速度和加速度信息；
[0008]步骤3，根据步骤I所得的观测时刻载体的位置、速度和加速度，结合步骤2所得的GNSS接收机各通道卫星信息，实时确定观测时刻GNSS接收机各通道卫星信号的多普勒频移、多普勒频移变化率；
[0009]步骤4，将观测时刻GNSS接收机各通道跟踪环路的载波频移量测值和相应通道卫星信号的多普勒频移值进行差分作为观测量，采用α-β滤波方法确定载体机械振动、接收机晶振频漂造成的频率偏移、频率偏移变化率；
[0010]步骤5，根据步骤3所得的观测时刻GNSS接收机各通道多普勒频移、多普勒频移变化率，以及步骤4中采用α-β滤波方法所得到的频率偏移、频率偏移变化率，预测下一时刻GNSS接收机各通道的载波频移值，并将该载波频移预测值作为跟踪环路中心频率对跟踪环路进行前馈校正。
[0011]本发明与现有技术相比，其显著优点是:(1)采用惯性信息对载体运动状态构建相应数学模型，实时计算观测时刻GNSS接收机各通道多普勒频移及其变化率，提高了 GNSS接收机的动态适应性；(2)采用滤波方法估计载体机械振动、接收机晶振频漂等造成的频率偏移，采用载波频移预测值作为跟踪环路中心频率对跟踪环路进行前馈校正，提高了 GNSS接收机的导航稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明惯性信息辅助前后载波跟踪环路相位误差对比图。
[0013]图2是本发明惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法的流程图。
[0014]图3是实施例1中无惯性信息辅助的GNSS接收机定位效果图。
[0015]图4是实施例1中有惯性信息辅助的GNSS接收机定位效果图。
[0016]图5是实施例1中惯性信息辅助第9号卫星载波频偏误差图。
[0017]图6是实施例1中惯性信息辅助第26号卫星载波频偏误差图。
[0018]图7是实施例1中惯性信息辅助GNSS接收机定位误差图。
[0019]图8是实施例1中惯性信息辅助GNSS接收机测速误差图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图及具体实施例1对本发明做进一步详细说明。
[0021]GNSS接收机载波锁相环通过检测其复制载波与输入载波之间的相位差异，相应地调节复制载波的相位，使两者的相位保持一致，其相位测量误差源主要包括接载体机械振动、接收机热噪声、接收机晶振频漂和动态应力作用。
[0022]
【权利要求】
1.一种惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，采用串口实时接收惯性导航系统提供的载体惯性信息，根据惯性信息滞后时间确定观测时刻载体位置、速度、加速度信息； 步骤2，确定GNSS接收机各通道状态，从GNSS接收机各通道跟踪环路中获取载波频移量测值，根据本地时间、卫星星历信息实时确定GNSS接收机各通道卫星的位置、速度和加速度信息； 步骤3，根据步骤I所得的观测时刻载体的位置、速度和加速度，结合步骤2所得的GNSS接收机各通道卫星信息，实时确定观测时刻GNSS接收机各通道卫星信号的多普勒频移、多普勒频移变化率； 步骤4，将观测时刻GNSS接收机各通道跟踪环路的载波频移量测值和相应通道卫星信号的多普勒频移值进行差分作为观测量，采用α-β滤波方法确定载体机械振动、接收机晶振频漂造成的频率偏移、频率偏移变化率； 步骤5，根据步骤3所得的观 测时刻GNSS接收机各通道多普勒频移、多普勒频移变化率，以及步骤4中采用α-β滤波方法所得到的频率偏移、频率偏移变化率，预测下一时刻GNSS接收机各通道的载波频移值，并将该载波频移预测值作为跟踪环路中心频率对跟踪环路进行前馈校正。
2.根据权利要求1所述的惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，其特征在于，步骤3中所述根据步骤I所得的观测时刻载体的位置、速度和加速度，结合步骤2所得的GNSS接收机各通道卫星信息，实时确定观测时刻GNSS接收机各通道卫星信号的多普勒频移、多普勒频移变化率，具体步骤如下: (3.1)根据载体的运动状态构建数学模型，确定观测时刻载体的位置、速度和加速度，所述数学模型如下:
3.根据权利要求1所述的惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，其特征在于，步骤4中所述采用α-β滤波方法确定载体机械振动、接收机晶振频漂造成的频率偏移、频率偏移变化率，即采用α - β滤波方法确定载体机械振动、接收机晶振频漂因素对GNSS接收机i通道跟踪环路造成的频率偏移Δ&+1、频率偏移变化率Δ$+1,具体如下: 将观测时刻GNSS接收机i通道跟踪环路的载波频移量测值//和相应通道卫星信号的多普勒频移值进行差分，将差分结果4?'作为观测时刻GNSS接收机i通道载体机械振动、GNSS接收机晶振频漂造成的频率偏移观测量，则有:
4.根据权利要求1所述的惯性信息辅助GNSS跟踪环路方法，其特征在于，步骤5中所述根据步骤3所得的观测时刻GNSS接收机各通道多普勒频移、多普勒频移变化率，以及步骤4中采用α-β滤波方法所得到的频率偏移Δ#+1、频率偏移变化率4^+1,预测下一时刻GNSS接收机各通道的载波频移值，即:
【文档编号】G01S19/26GK103995269SQ201410226718
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】陈帅, 金磊, 常耀伟, 王磊杰, 钟润伍, 刘亚玲, 丁翠玲, 徐芹丽, 赵鹏 申请人:南京理工大学