【摘要】：基于慣性信息輔助的GNSS捕獲環(huán)路能夠有效的提高GNSS接收機(jī)性能,既能夠克服環(huán)境因素對GNSS的影響,保證GNSS捕獲環(huán)路能夠在高動態(tài)、強(qiáng)干擾環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定信號捕獲。慣性輔助GNSS捕獲環(huán)路時SINS/GNSS深組合導(dǎo)航的重要組成部分,能夠為深組合系統(tǒng)的穩(wěn)定、實時、連續(xù)、高精度導(dǎo)航提供有效保證。本文基于慣性導(dǎo)航技術(shù),對慣性信息輔助的GNSS捕獲環(huán)路進(jìn)行了理論研究與實驗驗證。通過對慣性傳感器信息的捷聯(lián)慣性解算獲得載體位置、速度、姿態(tài)等導(dǎo)航信息。通過慣性導(dǎo)航結(jié)果和衛(wèi)星星歷估計GNSS信號多普勒頻移,并針對多普勒頻移的估計誤差進(jìn)行基于時間序列的HMDAR建模估計;對GNSS接收機(jī)捕獲的基本性能參數(shù)做深入分析與仿真,研究影響捕獲性能的關(guān)鍵因素,根據(jù)慣性導(dǎo)航能夠提供的輔助信息,設(shè)計引入慣性輔助GNSS捕獲的方法,并對引入慣性輔助后的捕獲性能做理論分析,應(yīng)用實際實驗數(shù)據(jù)對捕獲性能進(jìn)行實際驗證。分析了單獨GNSS和SINS系統(tǒng)的基本工作原理,對GNSS衛(wèi)星射頻信號進(jìn)行分析,捕獲、跟蹤基本理論研究與仿真;對基于四元數(shù)算法的捷聯(lián)慣性解算進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),與理論仿真,并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際應(yīng)用需求設(shè)計了基于FPGA和DSP的組合系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理驗證平臺。分析GNSS系統(tǒng)中多普勒頻移的產(chǎn)生原因,并通過理論分析其取值范圍,分析多普勒頻移對GNSS信號捕獲、跟蹤的影響。建立多普勒頻移誤差模型,并應(yīng)用非線性時間序列建模方法HMDAR對多普勒頻移誤差進(jìn)行誤差建模與補(bǔ)償。針對傳統(tǒng)的相干積分捕獲算法進(jìn)行性能分析和理論仿真,對影響捕獲性能的參數(shù)進(jìn)行逐個分析。根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計引入慣性導(dǎo)航提供的速度、位置、姿態(tài)輔助GNSS信號捕獲的方法,并分別對引入輔助后接收機(jī)冷啟動和熱啟動的捕獲性能進(jìn)行仿真分析。利用自主設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺配合實驗室現(xiàn)有的硅微航姿系統(tǒng)搭建實驗平臺,同時配合以商用接收機(jī)結(jié)果作為對照。在實際運動環(huán)境采集GNSS中頻數(shù)據(jù)和SINS原始信息,實驗結(jié)果顯示,引入慣性信息估計的多普勒頻移后,信號捕獲性能顯著提高,能 .夠?qū)⒉东@時間降低30%以上。本文針對基于SINS估計GNSS信號多普勒信息,對信號捕獲過程進(jìn)行輔助,通過理論仿真以及實際實驗,驗證了引入輔助信息對信號捕獲性能的提高,對今后在實際接收機(jī)中引入慣性輔助信息提供了理論以及實踐基礎(chǔ)。
【圖文】：

與傳統(tǒng)的ＰＩＮＳ相比，ＳＩＮＳ沒有體積龐大、設(shè)計制作復(fù)雜的實體物理平臺，直接逡逑將慣性敏感器件（陀螺儀和加速度計）固聯(lián)到載體上，應(yīng)用計算機(jī)平臺代替實體物理平臺，逡逑基于四元數(shù)法的ＳｒＮＳ系統(tǒng)解算過程如圖２．１所示。ＳＩＮＳ系統(tǒng)首先要經(jīng)過初始對準(zhǔn)進(jìn)入逡逑穩(wěn)定工作狀態(tài)，之后，通過陀螺儀和加速度計敏感到的載體角速度信息和加速度信息，逡逑姿態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的更新通過慣性傳感器實時輸出的角速度信息解算獲得，利用姿態(tài)矩陣將逡逑加速度信息旋轉(zhuǎn)到導(dǎo)航坐標(biāo)系，實現(xiàn)慣性導(dǎo)航的位置、速度解算。逡逑捷聯(lián)慣導(dǎo)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑慣性測量單元（ＩＭＵ）邋＾邐姿態(tài)矩陣更新邐＾邋ｆ邋位置、速度解算邋＾逡逑姿態(tài)初始化逡逑邐＞邋ｆ邐逡逑陀螺信息邐？四元數(shù)方程，并佭化逡逑邐＾＾１邋位置逡逑｜邐速度逡逑加速度信息邐＾比力轉(zhuǎn)換邋邐邐＿邋導(dǎo)航解算邐＞逡逑邐邐邐邐１邐姿態(tài)逡逑求解姿態(tài)角邐＞逡逑Ｖ邐Ｊ邋＼邐Ｊ邋Ｖ邐Ｊ逡逑＼邐邐邐Ｊ逡逑圖２．１基于四元數(shù)的ＳＩＮＳ解算結(jié)構(gòu)圖逡逑８逡逑

Ｊ逡逑圖２．２邋ＧＮＳＳ接收機(jī)基本結(jié)構(gòu)逡逑如圖２．２所示，ＧＮＳＳ接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主要可以分為四個部分，即由ＧＮＳＳ天線，逡逑射頻前端，基帶處理以及定位解算組成。ＧＮＳＳ天線的功能是接收微弱的ＧＮＳＳ衛(wèi)星高逡逑頻信號，高頻信號通過天線以模擬電流的形式輸入到射頻前端中。逡逑天線通常由固定的硬件實現(xiàn)，需要根據(jù)不同的ＧＮＳＳ系統(tǒng)進(jìn)行選擇，通常獨立存在，逡逑固定安裝于載體的頂端；射頻前端包括放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換四個功能模塊，逡逑通常以硬件形式實現(xiàn)，有些射頻前端輸出的中頻信號包括模擬信號和數(shù)字信號兩種，，可逡逑以根據(jù)實際應(yīng)用需求新型選擇，本文中主要對帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換射頻前端進(jìn)行研究。射頻前逡逑端將數(shù)字化之后的中頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)交鶐幚聿糠�；在軟件ＧＮＳＳ接收機(jī)的基帶處理部分逡逑通常應(yīng)用數(shù)字信號處理芯片實現(xiàn)。接收信號的捕獲、跟蹤、幀同步和位同步屬于基帶處逡逑理過程，得到在定位解算中應(yīng)用的偽距、偽距率、星歷、導(dǎo)航電文等信息；定位解算部逡逑分應(yīng)用基帶處理結(jié)果實現(xiàn)接收機(jī)的位置、速度解算。逡逑由于傳統(tǒng)的接收機(jī)都以硬件的形式實現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN96

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙琳;王野;丁繼成;;基于FPGA和USB的GNSS中頻信號采集器設(shè)計[J];遙測遙控;2014年02期

2 莫建文;歐陽繕;孫希延;蔡成林;;一種新的高靈敏度GPS信號捕獲方法[J];電路與系統(tǒng)學(xué)報;2011年04期

3 張敏虎;任章;華春紅;;慣性信息輔助的高動態(tài)弱GPS信號快速捕獲[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2011年02期

4 趙琳;高帥和;丁繼成;;基于FFT的高動態(tài)GPS信號捕獲方法優(yōu)化[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2011年01期

5 丁繼成;趙琳;余小輝;;應(yīng)用頻率誤差修正的高靈敏度GPS信號捕獲技術(shù)[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2009年08期

6 孫蕾;谷德峰;羅建書;;基于迭代方法的軟閾值估計小波去噪[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2009年01期

7 張博;楊春;解楠;羅曉莉;;FFT快速捕獲算法在GPS C/A碼與P(Y)碼中的應(yīng)用[J];電訊技術(shù);2008年12期

8 李成軍;陸明泉;馮振明;;GPS中頻信號模擬器的數(shù)學(xué)模型及實現(xiàn)[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年10期

9 于海亮;胡小平;唐康華;;慣性信息輔助高動態(tài)接收機(jī)捕獲問題的研究[J];航天控制;2008年05期

10 張婧;茅旭初;;基于平淡卡爾曼濾波的微弱GPS信號跟蹤算法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2007年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 丁繼成;弱信號條件下GPS接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

2 宋成;輔助型GPS定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 侯維瑋;高靈敏度GNSS捕獲技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 閆超;超緊SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

3 劉俊成;GPS軟件接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

4 王紅軍;混合ARMA模型與異方差混合轉(zhuǎn)移分布模型的研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號：2580953