專利名稱：一種超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)與微慣導(dǎo)系統(tǒng)(MEMS-MU)超緊組合的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能為陸、海、空的各類載體提供全天 候、不間斷、高精度、實時導(dǎo)航定位服務(wù)。目前，應(yīng)用最廣的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是美國的GPS，已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)與日常生活的各個領(lǐng)域，如海上航行、城市交通管理、商業(yè)物流管理、船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航、精密受時、大地測量、精細(xì)農(nóng)業(yè)等。目前，我國也參與了將于近兩年建成的Galileo系統(tǒng)的建設(shè),并正在自主研發(fā)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)Compass (北斗二代)，該系統(tǒng)去年底已經(jīng)在我國及其周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。因此，研究Compass與GPS> Galileo等系統(tǒng)的多模組合導(dǎo)航技術(shù)必將成為國內(nèi)未來一段時間內(nèi)的研究重點。GPS信號(擴(kuò)頻信號)到達(dá)地面接收機(jī)時已相當(dāng)微弱，大約為_130dBmW，比接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲低20 30dB，特別的，在室內(nèi)、城市、森林等復(fù)雜環(huán)境(本文中統(tǒng)稱為室內(nèi)環(huán)境)中，GPS接收信噪比更低，而室內(nèi)環(huán)境恰是人類活動的主要環(huán)境之一。GNSS組合接收機(jī)可以充分利用各GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號資源，因而可以提高系統(tǒng)可用性和定位輸出的連續(xù)性。MU(微機(jī)電慣性測量組件MEMS-MU，以下簡稱為IMU)為自主式定位導(dǎo)航系統(tǒng)，基本不受環(huán)境的影響，且其動態(tài)性能較好。因此，將GNSS組合接收機(jī)與IMU系統(tǒng)組合，可以解決上述問題，提高定位的精度、定位連續(xù)性及服務(wù)保障能力。GNSS/IMU超緊組合導(dǎo)航理論的研究是很有必要的，是目前國內(nèi)外研究的熱點之一。目前，雖然國內(nèi)外已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)研究GPS/MU(慣導(dǎo))超緊組合導(dǎo)航方式，在組合系統(tǒng)實現(xiàn)方案、建模等方面已做了一定研究工作，但超緊組合研究仍存在許多問題需要深入研究并解決，尤其是基于矢量跟蹤的超緊組合導(dǎo)航方式，其工作的可靠性等方面仍面臨許多問題迫切需要解決。為了提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能，能夠在民航、鐵路交通等對可靠性要求較高領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用，本專利將給出一種GNSS/IMU超緊組合導(dǎo)航矢量跟蹤接收機(jī)基帶信息融合處理方案，解決上述關(guān)鍵科學(xué)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有GNSS接收機(jī)靈敏度低和容易受干擾而導(dǎo)致衛(wèi)星信號失鎖，因而不能給出定位結(jié)果的弊端，通過設(shè)計與微慣導(dǎo)的超緊組合方案、改進(jìn)矢量跟蹤方案、采取措施提高GNSS組合接收機(jī)跟蹤精度和穩(wěn)定性能，提高GNSS定位可靠性和定位精度等性能。本發(fā)明提供了一種超緊組合導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，包括射頻前端，信號預(yù)處理器，基帶預(yù)濾波器和導(dǎo)航濾波器，以及微慣導(dǎo)模塊，偽距和偽距率計算模塊，星歷解算與選星計算模塊，其中信號預(yù)處理模塊包括相關(guān)器和本地信號生成器，所述基帶預(yù)濾波器與導(dǎo)航濾波器之間設(shè)置有自適應(yīng)濾波器。
所述本地信號生成器，相關(guān)器，基帶預(yù)濾波器，自適應(yīng)濾波器和導(dǎo)航濾波器，偽距和偽距率計算模塊構(gòu)成矢量跟蹤環(huán)路。偽距和偽距率計算模塊接收微慣導(dǎo)力學(xué)編排模塊的輸出信息、導(dǎo)航濾波器輸出的時鐘誤差等信息、以及星歷解算與選星計算模塊的GNSS星歷參數(shù)，生成延遲調(diào)整信號，輸入本地信號生成器，調(diào)整本地偽碼和載波，本方案即可提高跟蹤環(huán)路穩(wěn)定性，又可提高跟蹤環(huán)路精度。所述導(dǎo)航濾波器為聯(lián)邦濾波器，包括主濾波器和至少一個子濾波器。所述聯(lián)邦濾波器的子濾波器包括純GNSS模式下的GNSS濾波器，超緊組合模式下的GNSS/IMU組合導(dǎo)航濾波器和純IMU微慣導(dǎo)濾波器。用聯(lián)邦濾波器作為導(dǎo)航濾波器，引入矢量跟蹤環(huán)路，將定位信息也作為矢量跟蹤的輸入，有利于更精確的恢復(fù)載波和偽碼。進(jìn)一步地，所述超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)包括至少一路導(dǎo)航信號接收通道，每個導(dǎo)航信號接收通道都設(shè)置有信號預(yù)處理器和基帶預(yù)濾波器，每一路基帶預(yù)濾波器都通過一個自適應(yīng)濾波器后接入導(dǎo)航濾波器。
所述的自適應(yīng)濾波器的狀態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，包括射頻前端，信號預(yù)處理器，基帶預(yù)濾波器和導(dǎo)航濾波器，以及微慣導(dǎo)模塊，偽距和偽距率計算模塊，星歷解算與選星計算模塊，其中信號預(yù)處理模塊包括相關(guān)器和本地信號生成器，其特征在于，所述基帶預(yù)濾波器與導(dǎo)航濾波器之間設(shè)置有自適應(yīng)濾波器。
2.如權(quán)利要求I所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述本地信號生成器，相關(guān)器，基帶預(yù)濾波器，自適應(yīng)濾波器和導(dǎo)航濾波器，偽距和偽距率計算模塊構(gòu)成矢量跟蹤環(huán)路。
3.如權(quán)利要求2所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)航濾波器為聯(lián)邦濾波器，包括主濾波器和至少一個子濾波器。
4.如權(quán)利要求3所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述聯(lián)邦濾波器的子濾波器包括純GNSS模式下的GNSS濾波器，超緊組合模式下的GNSS/IMU組合導(dǎo)航濾波器和純IMU微慣導(dǎo)濾波器。
5.如權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)包括至少一路導(dǎo)航信號接收通道，每個導(dǎo)航信號接收通道都設(shè)置有信號預(yù)處理器和基帶預(yù)濾波器，每一路基帶預(yù)濾波器都通過一個自適應(yīng)濾波器后接入導(dǎo)航濾波器。
6.如權(quán)利要求5所述的超緊組合導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)，其特征在于，所述的自適應(yīng)濾波器的狀態(tài)方程為 —Sp Γ Sp I Γ O Sp δρ O !L8P- O , wa Jt SN - O + Oion ^HonOJHon — _ Q — _11 ιυη _ 觀測方程為 δρ 「M'p Sp δρ Sp^Sp wp Ssr — Ssr }Ι.γ 匕 ion ^ion 補(bǔ)V A ion _ _^ion _ wfo 其中δ p為偽距殘差為偽距率殘差,麥為偽距加速度殘差，δ N為載波相位整周殘差，Δ Μ為電離層延時，Δ_為電離層延時率，Wa為偽距加速度過程噪聲，Wim為電離層噪聲，Wp、乂、'、Wn、Wi、WiQ分別為偽距、偽距率、偽距加速度、載波相位整周模糊度、電離層延時、電離層延時率的觀測噪聲。
7.如權(quán)利要求6所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述自適應(yīng)濾波器為模糊邏輯自適應(yīng)濾波器，包括模糊邏輯算法模塊和卡爾曼濾波器，所述模糊邏輯算法模塊接收偽距濾波新息平均值和均方差，輸出為驅(qū)動噪聲方差加權(quán)系數(shù)，用于實時調(diào)整所述卡爾曼濾波器的驅(qū)動噪聲方差的參數(shù)值，實現(xiàn)自適應(yīng)濾波。
8.如權(quán)利要求7所述的超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述模糊邏輯算法模塊包括 隸屬度仿真單元，用于確定輸入的偽距濾波新息平均值和均方差的隸屬度函數(shù)，以及輸出的驅(qū)動噪聲方差加權(quán)系數(shù)的隸屬度函數(shù)； 模糊推理規(guī)則單元，用于設(shè)置模糊推理規(guī)則； 噪聲方差加權(quán)單元，用于根據(jù)所述隸屬度函數(shù)和模糊推理規(guī)則解模糊計算得到驅(qū)動噪聲方差加權(quán)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超緊組合衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，包括射頻前端，信號預(yù)處理器，基帶預(yù)濾波器和導(dǎo)航濾波器，以及微慣導(dǎo)模塊，偽距和偽距率計算模塊以及星歷解算與選星計算模塊，在基帶預(yù)濾波器與導(dǎo)航濾波器之間設(shè)置了自適應(yīng)濾波器，將基帶預(yù)濾波器輸出作為輸入，接入自適應(yīng)濾波器，然后，將自適應(yīng)濾波的輸出作為觀測量輸入至導(dǎo)航濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可顯著提高跟蹤環(huán)路穩(wěn)定性和跟蹤精度，從而提高GNSS定位對環(huán)境和運動狀態(tài)的適應(yīng)能力。進(jìn)一步地，信號預(yù)處理器，基帶預(yù)濾波器，自適應(yīng)濾波器和導(dǎo)航濾波器，偽距和偽距率計算模塊構(gòu)成矢量跟蹤環(huán)路，導(dǎo)航濾波器采用聯(lián)邦濾波器，可以提高跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性和跟蹤精度，進(jìn)而提高GNSS定位可靠性和定位精度等性能。
文檔編號G01S19/48GK102819029SQ20121027383
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者高法欽 申請人:浙江理工大學(xué)