gnssins深耦合系统关键技术研究

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1、学校代码10699分类号TN967.2密级公开学号2011100486题目GNSS/INS深耦合系统关键技术研究作者何伟信息与通信工程学科、专业廉保旺指导教师申请学位日期2016年3月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：GNSS/INS深耦合系统关键技术研究作者：何伟学科专业：信息与通信工程指导教师：廉保旺2016年3月ResearchonKeyTechnologiesofGNSS/INSDeeplyIntegratedNavigationSystemByHeWeiUndertheSupervisionofPr

2、ofessorLianBaowangADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyXi’anP.R.ChinaMarch2016摘要摘要GNSS/INS组合导航系统经历了松耦合、紧耦合再到深耦合的发展历程，随着深耦合系统逐步走向应用，组合导航系统需要面对着日益复杂的应用场景；复杂环境下深耦合系统中的INS对准技术、

3、GNSS信号的捕获技术、GNSS信号的跟踪技术、深耦合系统数据融合技术、以及GNSS系统与INS系统之间的同步技术，业已成为深耦合组合导航的技术瓶颈，并作为组合导航领域研究的热点和重点问题，受到业界的持续关注。为了进一步拓展GNSS/INS深耦合系统研究的深度与广度，并弥补当前GNSS/INS深耦合系统研究中，面向工程实践凝练理论成果的不足，论文从深耦合系统快速捕获技术、深耦合系统接收机环路跟踪技术、深耦合系统时间-频率同步方法以及深耦合系统抗欺骗式干扰数据融合算法四个方面展开研究，主要研究和创新工作如下：1.针对GN

4、SS/INS深耦合系统快速捕获方法中，载波捕获频率误差导致深耦合跟踪环路“误跟踪”的问题，通过深入分析载波捕获频率误差机理，建立了误差的数学模型，并在以上工作的基础上提出了一种INS辅助下基于稳态判决的GNSS接收机快速捕获算法。该算法利用稳态判决滤波器并结合2FLL+3PLL完成对载波频率的精捕，有效地避免了GNSS/INS深耦合系统中传统的INS辅助下的GNSS接收机快速捕获算法所导致的误跟踪问题。2.针对深耦合系统出现INS故障后，载波频率估计误差引发的系统发散问题，提出了一种模糊控制辅助下的深耦合跟踪算法。该算

5、法通过辅助控制判决器，动态控制深耦合跟踪环路中INS辅助状态的切换，并给出了INS辅助GNSS接收机跟踪环路的切换方法，仿真结果表明该方法可以有效地实现INS对GNSS接收机跟踪环路辅助状态的切换；针对无INS辅助的环路带宽调整问题，提出了一种模糊控制辅助下的深耦合跟踪算法，仿真表明该算法能在不降低深耦合系统接收机环路跟踪性能的前提下，有效降低INS失效引起系统发散的概率，提高了GNSS/INS深耦合系统接收机环路跟踪环路的鲁棒性。3.针对GNSS/INS深耦合系统中的时间和频率不同步问题，建立了时间和频率不同步问题的

6、数学模型，研究了两种不同步对深耦合系统数据融合算法以及深耦合跟踪环路的影响，并在此基础上提出了相应的时间同步与频率同步方法。仿真分析表明提出的两种同步方法能有效提升GNSS/INS深耦合系统的定位、定速精度以及环路跟踪精度，且设计的时间同步方法相对于现有方法降低了运算量，设计的频率同步方法引入加速度信息对GNSS接收机进行辅助，进一步加强了GNSS系统之间的耦合程度，使得系统之间的融合更加“深”入。4.针对深耦合系统电文可靠解算问题，研究了欺骗式干扰的原理与数学模型，给出I摘要了接收机自主完好性监测方法抗欺骗式干扰的性

7、能分析，提出了一种改进的抗欺骗式干扰数据融合算法，该方法可对多星欺骗式干扰进行有效识别与剔除。研究结果表明，提出的改进的抗欺骗式干扰数据融合算法不仅还消除了野值点对系统的影响，而且避免了由野值点造成的可见星匮乏的问题。相对于传统的自主完好性监测算法在伪距跳变以及伪距缓变式欺骗式干扰下均可以对故障进行检测与识别，提高了系统在欺骗式干扰条件下的定位精度，具有更高的故障检测概率，极大提升了深耦合系统的整体性能。5.设计了一套深耦合组合导航半物理仿真实验系统，该系统既可以针对各种复杂机动条件进行仿真，同时又可以尽量的还原系统的

8、真实状况，便于开展大规模的GNSS/INS深耦合系统的研发等优点。论文针对深耦合系统实际应用亟待解决的理论和技术难题，提出了相应的改进方法，研究成果不仅有助于提升深耦合系统的鲁棒性，而且能极大提高了深耦合系统的工程可行性。关键词：GNSS/INS深耦合导航系统；快速捕获；跟踪环路；抗欺骗式干扰IIABSTRACTAbstractG