IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zq0453
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卫星导航系统已经被广泛应用在诸多领域,但是在卫星信号受干扰或者载体高动态等情况下,卫星导航接收机无法满足更多的导航需求。惯性导航系统可以不受外界信息干扰,独立进行导航定位,但系统定位误差会随着时间逐渐累积。而IMU辅助GNSS接收机进行导航有很好的互补性,既克服卫星导航的局限性、提高接收机动态性能,又能即时修正惯性导航系统独立工作时累积的误差,充分地发挥二者的优势。本文主要对IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理的捕获、跟踪技术进行研究,对紧组合与加权紧组合抗欺骗技术进行研究。论文首先以GPS为例介绍了卫星导航系统的组成、卫星信号的结构与产生、伪距定位算法和伪距率速度解算算法,对捷联式惯导系统工作原理和导航算法进行简要介绍。接着介绍了接收机的组成模块和功能,详细分析了捕获技术,包括搜索原理、捕获搜索算法等;详细分析了跟踪技术,包括跟踪环路的载波环结构、码环结构和鉴别器工作原理等,讨论了锁相环的跟踪误差影响因素。针对IMU辅助下GNSS接收机基带处理的技术,利用IMU提供的速度求解出多普勒频率,将其添加到接收机载波数控振荡器实现辅助捕获算法,仿真实验说明IMU辅助后静态捕获性能提高22.6%;分析了IMU辅助PLL环路的原理,仿真实验中三阶PLL(带宽25Hz)和二阶DLL(带宽2Hz)构成的跟踪环路在IMU辅助后,可以在三阶PLL(带宽2Hz)和二阶DLL(带宽1Hz)的环路继续进行跟踪,即可在减小环路带宽滤除噪声时,仍能提高动态性能。然后描述了IMU/GNSS接收机的紧组合导航系统的解算方案,建立了系统的状态方程、量测方程,利用EKF进行导航滤波,仿真实验中遮挡部分卫星,证明了紧组合在卫星数目小于4时仍然可以进行滤波估计;利用IMU/GNSS加权紧组合进行卫星信号的抗欺骗干扰定位,仿真实验中改变单颗卫星的伪距信息,验证了接收机利用加权紧组合可以减小欺骗卫星带来的影响。最后基于卫星导航DSP/FPGA综合实验开发平台,惯性测量单元评估套件EV30,对IMU处理模块、FPGA的跟踪通道和惯性辅助、DSP导航解算的软件实现进行设计。
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