汾,."f为 系统状态向量，W = [?gx, ?gy, ?gz, ?ax, ?ay, ?az, ?tu, ?tra]T为系统噪声向量，F(t)为状 态转移矩阵，G(t)为噪声驱动阵；
[0081] 其中，Fins为惯导系统误差矩阵，F sg为惯性器件误差转换矩阵，F imu由惯性器件的 噪声特性决定。
[0082]步骤2)，组合导航模块根据量测信息建立系统观测方程。组合导航模块建立系统 观测方程步骤如下：
[0083] 步骤2. 1)，组合导航模块根据有效收星数确定观测方程中观测矢量的维数。当 GNSS接收机有效收星数大于4颗时，通过选星算法获取最佳4颗导航星，当有效收星数小于 4颗时，所有通道量测信息都用于构造观测方程，观测方程中观测矢量的维数n和收到的卫 星数目N的关系如公式（14)所示；
[0085]步骤2. 2)，组合导航模块根据SINS伪距、伪距率与GNSS的伪距和伪距率计算量测 信息。组合导航模块将SINS模块输出的SINS伪距、伪距率与软件接收机模块输出的GNSS 的伪距和伪距率作差，将差值作为量测信息，如公式（15)所示；
[0087] 式中，P u+i、A,*+1为k+1时刻SINS模块输出的SINS伪距和伪距率，P e，k+1、/^+1 为k+1时刻软件接收机模块输出的滤波后的GNSS伪距和伪距率信息；
[0088]步骤2. 3)，组合导航模块根据量测信息建立系统观测方程。组合导航模块根据公 式（15)得到的量测信息，建立系统观测方程，具体如公式（16)所示。
[0089] Z(t) = H(t)X(t)+V(t) (16)
[0090] 式中，
为系统观测向量，H(t)为系统观测矩 阵，7= [%，％，…，％，％，％，???，％/为系统观测噪声矩阵；
[0094]其中，
[0095] a n= (R N+h) [_ensin L cos入_ei2sin L sin入]+ [RN(l_f)2+h]ei3 cos L
[0096] a i2= (R N+h) [_encos L sin入+ei2cos L cos入]
[0097] a i3= e ncos L cos入+ei2cos L sin入+ei3sin L
[0098] 0 n= _e nsin入+ei2cos入
[0099] 0 i2= _e nsin L cos入_ei2sin L sin入+ei3cos L
[0100]0 i3= e ncos L cos 人+ei2sin L sin 人+ei3sin L
[0101] 式中，i取值1到n，en，ei2, ei3为载体和第i颗卫星之间的三轴方向余弦，入为 经度，L为炜度，h为高程，馬为主曲率半径。
[0102] 步骤3)，组合导航模块对SINS模块进行反馈校正，对SINS模块输入的载体位置、 速度、加速度和姿态进行校正并作为组合导航输出，同时将校正后的载体位置、速度和加速 度信息作为辅助信息输入多普勒频移估计模块。
[0103] 现以下述仿真实验，进一步说明本发明技术方案具有较好的动态适应性和导航稳 定性。
[0104] (1)实验初始条件及参数设置
[0105] 模拟高动态弹道轨迹设置如下：起点：北炜38. 7580°、东经105. 6100°、高程 1431. 90m，终点：北炜 38. 9961°、东经 105. 6195°、高程 20767. 6203m，初始静止 20s，然后 从起点飞至终点，飞行时长为60s，模拟时间共80s，飞行过程中最大速度1000m/s，最大加 速度20g，最大加加速度40g/s。
[0106] 采用双通道GNSS中频信号采集器采集全球定位系统（Global Positioning System, GPS)信号，采样率为16. 369MHz，中频为3. 996MHz ;GNSS软件接收机采用三阶锁 相环进行载波跟踪，采用载波环辅助二阶码环进行码跟踪，环路积分时间为lms，GNSS伪 距、伪距率输出频率为10Hz ;SINS输出频率为200Hz，MU测量精度为：加速度计比例误差 200ppm，加速度计白噪声lmg，加速度计零偏lmg，陀螺仪比例误差200ppm，陀螺仪白噪声 3. 0° /h，陀螺仪漂移2° /h ;组合导航模块组合频率为10Hz。
[0107] (2)实验结果分析
[0108]图4、图5和图6为使用本发明技术方案在前述实验条件下获得的导航定位、速度 以及姿态的结果图。从前述结果图可知，本发明在静态和高动态下都能稳定导航定位，提高 了高动态环境下GNSS接收机的动态跟踪性能和组合导航系统导航定位能力。
【主权项】
1. 一种基于软件接收机的分布式深组合导航方法，其特征在于，GNSS软件接收机使用 多普勒频移估计模块计算出的多普勒频移，辅助接收机跟踪环路进行载波跟踪和码跟踪， 并将输出的当前时刻的GNSS伪距和伪距率信息滤波后提供给组合导航模块。2. 如权利要求1所述基于软件接收机的分布式深组合导航方法，其特征在于，所述使 用多普勒频移辅助接收机跟踪环路进行载波跟踪和码跟踪的方法为： 载波跟踪环路根据所述多普勒频移和载波环滤波器输出的载波频率误差，调整载波NCO,从而实现载波跟踪；码跟踪环路根据载波跟踪环路提供的频率和码环滤波器输出的码 频率误差，调整码NCO,从而实现码跟踪。3. 如权利要求1所述基于软件接收机的分布式深组合导航方法，其特征在于，采用 Hatch滤波算法对GNSS伪距和伪距率进行滤波。4. 一种基于软件接收机的分布式深组合导航系统，其特征在于，包括中频信号采集器、 多普勒频移估计模块、SINS模块、GNSS软件接收机模块和组合导航模块；其中， 所述GNSS软件接收机模块使用多普勒频移估计模块计算出的多普勒频移，辅助接收 机跟踪环路进行载波跟踪和码跟踪，并将输出的当前时刻的GNSS伪距和伪距率信息并进 行滤波，将滤波后的GNSS伪距和伪距率信息提供给组合导航模块。5. 如权利要求1所述基于软件接收机的分布式深组合导航系统，其特征在于，所述中 频信号采集器用于采集卫星信号，将卫星信号转换为数字中频信号后提供给GNSS软件接 收机模块； 所述多普勒频移估计模块根据组合导航模块提供的载体在上一时刻的三维位置、速度 和加速度辅助信息，预测当前时刻载体的三维位置、速度和加速度信息；然后根据GNSS软 件接收机模块提供的卫星星历信息和所述预测获得的当前时刻载体的三维位置、速度和 加速度信息，实时计算获得载体与卫星相对运动造成的多普勒频移及其变化率，并提供给 GNSS软件接收机模块； 所述SINS模块采集当前时刻载体的角速度和比力信息并进行SINS导航解算，获得当 前时刻的SINS伪距、伪距率信息以及载体的位置、速度、加速度及姿态信息，并提供给组合 导航模块； 所述GNSS软件接收机模块同时通过数据解析解调出导航电文获得卫星星历，将卫星 星历信息提供给多普勒频移估计模块； 所述组合导航模块对SINS模块和GNSS软件接收机模块输入的伪距、伪距率信息进行 信息融合，对SINS模块的系统误差进行反馈校正，将校正后的载体位置、速度和加速度信 息作为辅助信息提供给多普勒频移估计模块，并将校正后的载体位置、速度和姿态信息作 为组合导航信息输出。
【专利摘要】本发明提出一种基于软件接收机的分布式深组合导航方法及系统。GNSS软件接收机使用多普勒频移估计计算出的多普勒频移，辅助接收机跟踪环路进行载波跟踪和码跟踪，并将输出的GNSS伪距和伪距率信息滤波后提供给组合导航模块；其中，载波跟踪环路根据所述多普勒频移和载波环滤波器输出的载波频率误差，调整载波NCO；码跟踪环路根据载波跟踪环路提供的频率和码环滤波器输出的码频率误差，调整码NCO，从而实现GNSS与SINS的双向辅助。本发明降低了载体动态对载波跟踪环路的影响，减小了高动态环境下GNSS接收机的跟踪误差，提高了高动态环境下GNSS接收机的动态跟踪性能，从而进一步提高了组合导航系统的导航定位精度。
【IPC分类】G01S19/49, G01C21/16
【公开号】CN104931994
【申请号】CN201510319835
【发明人】陈帅, 刘亚玲, 丁翠玲, 余威, 董亮, 屈新芬, 黄思亮, 彭蜀军, 邓贵军, 陆帅
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月12日