GNSS∕INS深组合技术研究进展与展望

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaOct．252016V01．37No．102895．2908lSSN1000-6893CN11-1929／Vhltp：／yhkxb．buaa．edu．cnhkxbl孕buaa．edu．cnGNSS／INS深组合技术研究进展与展望牛小骥，班亚龙，张提升，刘经南武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉430079摘要：在GNSS／INS组合导航领域，深组合是最深层次的组合方式，随着航空、航天、军事等应用对导航系统性能要求的提升．深组合技术逐步成为国内外研究

2、的重点。通过对GNSS／INS深组合的技术起源与结构发展过程的梳理，总结出当前对深组合概念理解的两种立场。按照接收机环路跟踪结构与信息处理方式不同，将深组合结构分为标量深组合、相干矢量深组合以及非相干矢量深组合3种类型，其中相干矢量深组合又可以分为级联式和集中式两种结构。综述了国内外深组合技术的研究现状并指出了当前研究中存在的问题，最后结合实际应用需求对深组合的发展进行了展望。关键词：GNSS／INS；组合导航；深组合；结构分类；矢量深组合；标量深组合中图分类号：V443；TN961文献标识码：A文章编号：1000一6893(

3、2016)10—2895—14全球卫星导航系统(GlobalNavigationSat—elliteSystem，GNSS)和惯性导航系统(InertialNaVigationSystem，INS)具有很强的互补特性，两者的组合可以取长补短，获得比单独使用任一系统时更高的导航性能，也因此GNSS／INS组合导航系统得到了越来越广泛的研究和应用。GNSS与INS的组合通常分为3种模式：松组合、紧组合和深组合。其中，松组合是最简单的组合模式，GNSS与INS各自独立工作，并利用两者位置、速度信息进行数据融合；紧组合则相对复杂，根据

4、GNSS接收机接收到的卫星星历信息和INS输出的位置、速度信息进行计算得到对应于INS位置的伪距与伪距率，然后再与GNSS接收机测量得到的伪距与伪距率组合。在松组合与紧组合模式中，GNSS的信息可以抑制INS误差的累积，当GNSS信号受遮挡而无法正常工作时，INS可以提供连续的导航结果[1一。深组合除了可以完成松组合或紧组合的处理工作外，还利用INS的测量(加速度)或者导航信息(位置、速度)对接收机的信号跟踪进行辅助。深组合需要深入到接收机内部，涉及接收机的信号处理层次的融合，在结构或算法方面都比松、紧组合更加复杂，是GNSS

5、与INS最深层次的组合方式。在接收机中完成GNSS信号解调(捕获、跟踪)的核心环节是信号跟踪环路。环路通过不断鉴别本地复制信号与接收信号的差异，进而调节压控振荡器使得本地复制信号的频率／相位与接收到的信号趋于一致，实现信号的捕获／跟踪。然而，接收机的信号跟踪环路通常会受到多种误差源的影响，包括热噪声、晶振的不稳定性及载体动态等。在进行接收机设计时，为了保证接收机的动态性能就需要设置较大的环路带宽，然而越大的环路带宽通常意味着引入越多的环路噪声，也即牺牲了环路的抗噪声或者抗干扰性能甚至是灵敏度。反过来，为了获得更好的抗噪声或抗干

6、扰收稿日期：2015—10—21；退修日期：2015—11-26；录用日期：2015．12．22；网络出版时间：2015—12—3016：17网络出版地址：www．cn¨net／kcms／detail／11．1929．V．201512301617．002h订nI基金项目：国家自然科学基金(41174028，41404029，L1422027)；国家“863”计划(2015AAl24002)通讯作者．Tel．：027—68778890E—mail：zts@whu．educn翻角格武牛小骥，班亚龙．张提升，等iGNss／Ns深组合

7、技术研究进展与展望!Jj．航空学报．2016．37(Io)：2895-2908。N吨jxJ．BANYL·zHANGTs，etaResearchprogressandprospectsofGNss／lNsdeepinlegnation!Jj?ActaAeronautIcaetAstronau．tjcas{nica．2016．37(10)：2895-2908．航空学报Oct．252016V01．37No．10性能就要减小环路带宽，这样环路的动态性能就会受到限制。如图l所示，传统接收机动态性能对带宽的要求与抗干扰、抗噪声性能对带宽的

8、要求存在矛盾性，在进行接收机设计时只能折中考虑‘2]。图1中：SNR为信噪比：LOopballdⅥldUl图1环路性能与带宽设置的矛盾性Fig．1TradeoffbetweenloopperformanceandbandwidthGNSS／INS深组合技术可以有效地解决传统接