SINS∕GPS紧耦合模式性能分析

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1、RESEARCH学术论文SINS／GPS紧耦合模式性能分析术PerformanceAnalysisofSINS／GPSTightlyCoupledMode北京航空航天大学宇航学院王新龙谢佳王君帅[摘要】首先介绍SINS／GPS3种紧耦合模式(tightlycoupled模式、ultra—tightlycoupled模式及deeplycoupled模式)工作机理，然后系统分析了各耦合模式的特点、动态适应性及抗干扰性能，最后通过设计的S1NS／GPS紧耦合导航仿真验证平台，对3种紧耦合模式的工作性能进行了仿真验证，并给出了结论。关键词：GPS捷联惯导系统(SINS)载

2、波跟踪环动态性抗干扰能力【ABSTRACT】ThemechanismsofthreeSINS／GPStightcoupledmodesareintroducedatfirst，namelytightlycoupledmode，ultra—tightlycoupledmodeanddeeplycoupledmode．Fromtheaspectsofanti-jammingcapability,accuracy,speedabilityandreliability,thecharacteristicsandadaptabil·毋indynamicenvironment

3、ofthesemodesarediscussedindetailbasedontheirfeatures．Atlast，theconclusivesugges—tionisproposedwithrespecttothechoiceoftheseSINS／GPSintegratedmodesinengmeermgapplication．Keywords：GPSStrapdowninertialnavigationsystem(SINS)Carrier-trackingloopDynamicsAnti-jammingcapabilityGPS可为全球范围的用户提供全

4、天候、连续三维的导航定位服务信息，其突出的优点是导航定位精度高，但如果接收机天线受到遮挡或信号受到干扰时，GPS就无法正确定位；同时，GPS的数据输出频率较低，无法满足载体大机动要求，也不能输出较高精度的载体姿态信息。捷联惯性导航系统(SINS)能够为用户提供完整的导航信息，其优点是自主性强，短时精度高，抗干扰能力强，实时性好，但具有误差随时问累积的缺点。SINS／GPS组合导航系统的突出优点是在保证系统完整性的基础上，可提供优于任一单独系统的精度及可靠性。具体来讲，SINS／GPS组合系统具有如下特点[J-41：(1)SINS／GPS组合对改善系统精度有利；(2

5、)SINS／GPS组合加强系统的抗干扰能力；(3)SINS辅助GPS信号的捕获；(4)SINS提高GPS接收机的跟踪能力；(5)可以解决GPSt国家自然科学基金项目(61074157)资助．的模糊度和周跳问题；(6)解决了GPS动态应用输出频率低的问题；(7)采用SINS／GPS组合可降低对惯导系统的要求；(8)SINS／GPS组合系统较单一导航系统综合性能更强、应用领域更广。在高动态、干扰应用环境下GPS信号的接收出现的主要问题是”嘏】：(1)高动态使GPS载波产生较大的多普勒频移和频移变化率，若使用一般的载波锁相环，则载波多普勒频移常常会超出锁相环的捕获带，因

6、此不能保证对载波的可靠跟踪，为此就必须增加环路的带宽，这样就会使宽带噪声窜人，随着噪声的增加可能导致码环全部失锁；(2)高动态也使得GPS信号的副载波一伪随机码产生动态时延和频移，随着动态的增强，当载波环失锁时，最终将引起码环的失锁，从而得不到伪距测量。而且重新捕获时间加长，使得导航解发散；(3)外部自然噪声、外界干扰信号和接收机内部元器件热噪声共同引起了跟踪环路测量误差。其中，外界自然噪声与内部元器件的热噪声决定了在正常环境下跟踪环路热噪声颤动的大小。在干扰环境下，干扰信号经过天线、射频前端进入跟踪环路后将造成卫星信号载噪比降低，从而引起跟踪环路热噪声颤动加剧、

7、测量误差增加。由此可见，干扰信号是通过加剧热噪声颤动的方式来增大跟踪环路的测量误差，进而影响环路跟踪性能的下降甚至超过跟踪门限导致环路失锁。本文针对SINS／GPS紧耦合模式在高动态、干扰环境下的适应性进行了系统分析。1SlNS／GPS紧耦合模式机理分析1．1Tightlycoupled组合模式Tightlycoupled组合是指通常所说的伪距、伪距率组合模式(图1)。根据SINS信息和卫星星历计算接收机相对于卫星的伪距、伪距率，并与GPS码环和载波跟踪环得到的伪距和伪距率相减，作为Kalman滤波器的测量信息，通过卡尔曼滤波器估计SINS的误差量以及接收机钟差等

8、，然后对系