IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理技术研究硕士研究生：张丽媛指导教师：沈锋教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：黄平副教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理技术研究硕士研究生：张丽媛指导教师：沈锋教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学Classified

2、Index:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonGNSSReceiverBasebandSignalProcessingTechnologyAssistedbyIMUCandidate:ZhangLiyuanSupervisor:Prof.ShenFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubm

3、ission:Dec,2017DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

4、的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解

5、密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日IMU辅助下GNSS接收机基带信号处理技术研究摘要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

6、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

7、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

8、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。关键词：GNSS接收机；I