北斗载波相位时间差分INS组合导航技术.pdf

《北斗载波相位时间差分INS组合导航技术.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、北斗载波相位时间差分／INS组合导航技术汤勇剐吴文启逯亮清胡小平国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长汐，410073关键词导航北斗lNS卡尔曼滤波一、5l曷恳前。蒸于卫星／惯导的缴合导航技术晖益成熟，已经成为导航与制导领域最薰要的技术之一．在军事领域，该技术豹应用尤其受翻重视。由于GPS是毖较溅熟的卫星肄航系统，很多组台导航系统都依赖GPS。但是。GPS系统受制予美嚣，这一冈素服制了它在我国的应用。为了弥脊在卫摄导航能力方丽豹不足，我国建立了匀已的皿星导航系统。

2、匕斗一号”．目前，报多院校和科研院所都狂积极开展与北斗棚美的技

3、术研究。其中，BD／lNS组合导航烈为霹以互糊弥棰对方的不足．提高导航精度，是研究豹热点之一。但是。l￡斗系统是一种有源定位系统，有涿定位穷式有以下几个缺点．(1)定位结栗辕懑有较大的时延}(2)僚鬣输出的稽度低}(3)保糍性差l(4)用户的数目受翻限稠．针对以上问题，文中提出了一种新的北斗／ⅨS组合导靛方法．该方法刺用载敬棚位时闭差分作为观测塞，与惯等构成咒源组合导航系统。经过实验验证，该肯法在卫星可视条件良好的情况下，蘸够有效地抑制导舰误差的积罐。适合于陆地翻海上载体的导航．=、基本原理(一)载波相位时闷差分“北斗一垮”用户

4、我列的卫星测距馆弩与GpS的类似，冀载波耀位勰零观测方程为t^妒=一+c鼬一时Fo+80+AN十蠡¨+钾(1)其中，^为载波波长；r{。为天线到卫星f的距离；c为光遥；船为接收机钟差}dr。为卫星钟蓑；k主要包括大气延迟和星厨误差，由于这类误差随时阅和空间的燮纯缓慢，叉称为eommonModeErrors}N为整周模描度I‰为多貉径效魔}钾为接收机噪声。通常为了刺用卫星的载波相位信号曾先娶解算整周梭糊崖。。北斗一号”系统中卫星数目少，下行信号为单鬏，而且飘星对地运动小，难以利月j激星的凡何变化信息．直接织算校糊度很困难。为了充分

5、群用载渡相位观测蛩精度高的特性，要设法从观测方程中消去整周摸颧度。注意到在接收讥连续跟踪卫星傣号的情况下N是一个常数，只要对相邻鼹个历元的观测量求整邓霹从方程中消去N，这种努法就是载渡相位时间差分．注意到(1)式中的‰随时闭和空闯缓慢变纯，由于相邻历元时闻闯隔很短，载体的位麓变化不大，·68·可以认为k纂拳不变n]，因此相邻历元载波相位的时问差除了消去了整周模糊度，还基本上消除了氏．载波相位观测攮对应卫星到用户天线之间的距离，时间差分雕对应相邻历元闯的距离变化繁。相当于速度在这个时间段的积分，即通过载波相位时朗差分可以斑测载体的

6、速度．GPS的载波根位时问差分就被用于裔耩度的速度测量疆】，基予这种思路，利用北斗载波相位时间差分与惯导组合，相当于给惯导掇供一个裔精度的速度辅助信息，从而提搿导航系统的精度．与GPS栩Ij：【，柱北斗系统中应用载波棵位时问差分有自己的优势，。jE饕一号”受睽信号的波长筻短，可以达到比GPS雯高的测量精度}卫照对地运动小，因而卫星运动砖速瘦澜量豹影响小于GPS}卫星轨道高，对卫黑和用户的位置精瘦要求更低．(二)载波相位时间差分数学模型为简化计算，选择地球地心坐标系(EarthCenteredFrame)e系作为参考坐橼系。载体坐

7、标系为b系。先考虑一个凰魇的情况，栩邻历元用户天线和卫星的矢篮关系如幽1所汞。充和尹一分别为第女个和第^一1个历元时的用户天线到卫星的相对侏置炙盘，氐和巩分剐为卫星和用p天线从第量一1个历死弼第^个历元的位置变化欠摄．苫。为第^个历冗时用户天线列卫星的革能视线臾擞．根据(1)式，把k翔入噪声，祷前藤两个历凳的载漩相位观测量作慈。则；口[慨一<讧一钕_1)^一奢^·氏一善pl·≯pI+c(穗·一&h1)十挑接收桃时钟稳定性比较低，时问熬分只能消去接收机钟差却。中的器数部分．令夥为接收机时钟漂移率，由于卫星轨道很高，可以认为毒I≈i

8、一，得到观测劈程如下，嘲l相邻历元卫星和天线的矢量关系口体≈氟·(jI一玩)+Io≯厂山+钟I(2)‘考虑惯组与天线之阃的杆镑。设桎镑雀载体坐标系中的矢繁为p，载体位鬣变化矢缀为氏，对应第^个历元时刻6系到e系的转换矩肄为C；一则炎线彼麓变化矢量和载体位景变化矢量之阀的关系用下式表示：玩一九+(c：，。一c：，一)∥(3)惯导解算褥列的位置变化星为；，速度误差为茹，则有，赢一氟一』二。掘出(4)令豆：一(c；．。一Q．．，)玉，a￡：为其测量值，蕊舢旃扣。为耀纛矩阵在女历元和量一l历元时的测量悠，则：蜃：一(穗．．一魂。。)弘一

9、(巍。．一赢。)办一考￡：一([吼×】毪，。一[甲。×]魂．。。)夸=毒￡：一[，峨×](旃。。￡·一魂，．，￡．)一[吼一霉。×]毪。。分一艿￡：一[职×]占￡：+[￡h×](~．一诈；)由·69·多=[《×]9一曝得到；a孛=正：必￡i×]q％一[Z■×】[