深紧耦合GPS／INS组合模式及其特性研究
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紧耦合 Ｇ Ｓ１ Ｐ／ ＮＳ组合 国外 早在 １９ ９ ７年 开始 实 际应用 ，国内主要 进行 紧耦合 方案 、算法 仿真 等研
２Ｎ Ｓ辅 助 下接 收 机 信 号 搜 索 跟 踪 及 Ｉ
动 态 适 应性
在深 紧耦 合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组 合 中，通 过 高速率 Ｉ ＮＳ
究 。典 型紧耦 合方 案有 多种 ，但归 结起来 有两 种基
ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｐａ ｉ ｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｏ ｇ ｔ ｏ ｐ ｅ ｙ ａ ｃａ ａ ｔ ｂ ｌ ｙ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ． ｈ ｈ ｃ ｅ ｉ ｉ ｆｔ ｈ ｌ ｃ ｕ ｌ ｄ ＧＰＳ／Ｉ Ｓ ｍ ｏ ｅ ｉ ｓｍｕ ａｅ ． ｈ ｅ ｈ ｉ ａ ｉ ｈ ｒ ｓ ｉ ｙ Ｎ ｄ ｓ ｉ ｌｔ ｄ Ｔ ｅ ｔｃ ｎ ｃ ｌ
收稿 日期 ：２ １．５０ 。 ０ ２０ ．３
・４ ２ ４・
现 代 导 航
２１ ０ ２年
速 度信 息辅助 接收机 载 波跟踪 环 ，消 除跟踪 环 中大
动态性 对码 环影 响 ，提 高接 收机 动态适 应性 与码 环 跟 踪精 度 。
部 分载体 动态 因素 ， 以降低 跟踪 环路 带 宽 ；同时在
应性等技 术， 仿真研究深 紧耦合 Ｇ Ｓ ＮＳ Ｐ ／ 组合模式特性 ， Ｉ 并探讨深紧耦合组合过程 中注意的几个
技 术 问题 。
关键 词 ：深 紧耦合 ；ＧＰ ／ ；组合 原理 ＳＩ ＮＳ
中图分类 号 ：Ｔ ６ Ｎ９ ６
文献标 识码 ：Ａ
文 章编 号 ：１７ －９ ６（０ ２０ —４ —４ ６ ４７ ７． １）４２ ３０ ２
环 路 ，使接 收机 实 时掌握 载体 的最 新运 动状态 ，从 而 准确地 预测 将要 接 收到 的卫星信 号载 波相位 （ 或 频 率 ）和码 相位 ，并 使接 收机相 应地 减小信 号跟 踪
环 路滤波 带 宽 ， 降低环 路 中测 量 噪声 ， 高信噪 比。 提
１深紧耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模式
ｐ ｏ ｌｍ ｓ ｉｈ ｏ ｃ ｒ ｎ ｔｅｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅｔ ｈ ｌ － ｏ ｐ ｅ ｈ ｕ ｄ ｂ ａ ｔ ｎ ｉｎ ａ ｄｄ ｓ ｕ ｓ ｒ ｂ ｅ ｃ ｃ ｕ ｒ ｃ ｓ ｆ ｈ ｇ ｔｙ ｃ ｕ ｌｄ ｓ ｏ ｌ ｅｐ ｙ ａｔ ｔ ｉｃ ｓ ． ｗｈ ｏ ｈ ｔ ｉ ｅ ｏ ｎ
本 模 式 ：常 规 紧 耦 合 Ｇ ＳＩ 组 合 和 深 紧 耦 合 Ｐ／ ＮＳ Ｇ ＳＩ Ｓ组合 ， 深紧 耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ Ｎ 但 Ｐ／ ＮＳ组合 是组 合发
展 的一个 重 要方 向 。
扰 、外界信 号遮 挡等环 境 影响 。为 了提 高跟 踪卫 星
信号 及抗 干扰 能力 ，接 收机必 须设 计一定 的带宽 ， 而环 路 宽带必将 引起 测量 误差 ，显 然动 态性 能要 求 的 带 宽 与 噪 声及 抗 干 扰 要 求 的环 路 带 宽 是 一对 矛 盾体 川。为 了提高接 收 机高 动态 条件 下 的测量 精度 及抗 干扰 能力 ，必须 采用 相关其 它手 段辅 助组 合 ， 其 中深 紧耦 合 ＧＰ ／ ＳＩ 组合 是解 决此 矛 盾体 的 一 ＮＳ 种有 效方法 。
图１ 所示 为深 紧耦合 ＧＰ ／ 组 合模 式基 本框 ＳＩ ＮＳ 图Ｌ。根 据 Ｉ ／ 子系统 的 定位 、定速 结果 以及 １ Ｊ ＮＳＤＲ Ｇ Ｓ卫星 星历 ， 合系 统准确 地预 测 出 ＧＰ Ｐ 组 Ｓ信 号 的 伪 距与 多普 勒频移 等 ， 而这些 测量 预测值 与 Ｇ Ｓ实 Ｐ 际测 量值 一起 通 过相 减 形 成误 差信 号 （ 值 ） 残 ，测 量 残 余 经 卡 尔曼 滤 波 后 得 到对 Ｉ ／ Ｒ 子 系 统 定 ＮＳＤ 位 、定速 结果校 正量 ，同时传递 给接 收机信 号跟 踪
载 波环保 持锁 定情况 下 对码环 提供 辅助 跟踪 ，减 小
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｔｇ ｔ — ｕ ｌｄ ＧＰＳＩ Ｓ Ｍ ｏ ｕａ ｒｎ ｉｌ ｙ ｗ ｒ ： ｉｈｌ Ｃｏ ｐｅ ； ｙ ／ Ｎ ； ｄ ｌｒ ｉｃｐ ｅ Ｐ
Ｇ Ｓ系统 能够 实时提 供高精 度 的三维 位置 、三 Ｐ 维速 度及 时 间等导航 信 息 ，在 诸 多领域 应用 日益广
泛 ，但 Ｇ Ｓ接 收机 高动 态条 件下 ，卫星 信号 容易 失 Ｐ 锁 ，动态适 应 能力较差 ，而 且易 受人 为与非 人为 干
２１ ０ ２年 ８月 第 ４期
现 代 导 航
・４ ２ ３・
深紧耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模式及其特性研 究
周坤 芳 ， 占太 阳 ２
（ １海军兵种指挥学 院，广州 ５ ０ ３ ；２海司航保部 ，天津 ３ ０ ４ ） １４ ０ ０ ０２
摘
要 ：根据 深 紧耦 合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模 式的基 本构 成 ，分析 接 收机信 号搜 索 与跟踪 、动 态适
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｎ ｔ ｇ ａｅ ｏ ｅｏ ｉｈ ｌ — ｕ ｌｄ ＧＰＳ Ｉ ｓ ａ ｃｐ ｅ ｓｃ ａ ｎ Ｔ ｙ ／ ＮＳ
Ｚ ＨＯＵＫｕｆ ｎ ，Ｚ Ａ Ｔ ｉ ｎ ｎａ ｇ Ｈ Ｎ ｙ ｇ ａａ
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉｇｔ ｅｃ ｍｐ ｓｔ ｎｏ ｇ ｔ ｏ ｐ ｅ Ｓ／ ＮＳｍｏ ｅ ｓａｃ ｉｇａ ｄｔ ｃ ｉｇｏ ｃ ｉｅ ｉｎ ｌ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏｄｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｉｈｌ ｃ ｕ ｌｄＧＰ Ｉ ｄ ， ｅ ｒｈｎ ｎ ａ ｋｎ ｆ ｅ ｅｖ ｒｓｇ ａ ｄｉ ｏｈ ｉ ｔ ｙ ｒ ｒ ａ ｔ
２Ｎ Ｓ辅 助 下接 收 机 信 号 搜 索 跟 踪 及 Ｉ
动 态 适 应性
在深 紧耦 合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组 合 中，通 过 高速率 Ｉ ＮＳ
究 。典 型紧耦 合方 案有 多种 ，但归 结起来 有两 种基
ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｐａ ｉ ｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｏ ｇ ｔ ｏ ｐ ｅ ｙ ａ ｃａ ａ ｔ ｂ ｌ ｙ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ． ｈ ｈ ｃ ｅ ｉ ｉ ｆｔ ｈ ｌ ｃ ｕ ｌ ｄ ＧＰＳ／Ｉ Ｓ ｍ ｏ ｅ ｉ ｓｍｕ ａｅ ． ｈ ｅ ｈ ｉ ａ ｉ ｈ ｒ ｓ ｉ ｙ Ｎ ｄ ｓ ｉ ｌｔ ｄ Ｔ ｅ ｔｃ ｎ ｃ ｌ
收稿 日期 ：２ １．５０ 。 ０ ２０ ．３
・４ ２ ４・
现 代 导 航
２１ ０ ２年
速 度信 息辅助 接收机 载 波跟踪 环 ，消 除跟踪 环 中大
动态性 对码 环影 响 ，提 高接 收机 动态适 应性 与码 环 跟 踪精 度 。
部 分载体 动态 因素 ， 以降低 跟踪 环路 带 宽 ；同时在
应性等技 术， 仿真研究深 紧耦合 Ｇ Ｓ ＮＳ Ｐ ／ 组合模式特性 ， Ｉ 并探讨深紧耦合组合过程 中注意的几个
技 术 问题 。
关键 词 ：深 紧耦合 ；ＧＰ ／ ；组合 原理 ＳＩ ＮＳ
中图分类 号 ：Ｔ ６ Ｎ９ ６
文献标 识码 ：Ａ
文 章编 号 ：１７ －９ ６（０ ２０ —４ —４ ６ ４７ ７． １）４２ ３０ ２
环 路 ，使接 收机 实 时掌握 载体 的最 新运 动状态 ，从 而 准确地 预测 将要 接 收到 的卫星信 号载 波相位 （ 或 频 率 ）和码 相位 ，并 使接 收机相 应地 减小信 号跟 踪
环 路滤波 带 宽 ， 降低环 路 中测 量 噪声 ， 高信噪 比。 提
１深紧耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模式
ｐ ｏ ｌｍ ｓ ｉｈ ｏ ｃ ｒ ｎ ｔｅｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅｔ ｈ ｌ － ｏ ｐ ｅ ｈ ｕ ｄ ｂ ａ ｔ ｎ ｉｎ ａ ｄｄ ｓ ｕ ｓ ｒ ｂ ｅ ｃ ｃ ｕ ｒ ｃ ｓ ｆ ｈ ｇ ｔｙ ｃ ｕ ｌｄ ｓ ｏ ｌ ｅｐ ｙ ａｔ ｔ ｉｃ ｓ ． ｗｈ ｏ ｈ ｔ ｉ ｅ ｏ ｎ
本 模 式 ：常 规 紧 耦 合 Ｇ ＳＩ 组 合 和 深 紧 耦 合 Ｐ／ ＮＳ Ｇ ＳＩ Ｓ组合 ， 深紧 耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ Ｎ 但 Ｐ／ ＮＳ组合 是组 合发
展 的一个 重 要方 向 。
扰 、外界信 号遮 挡等环 境 影响 。为 了提 高跟 踪卫 星
信号 及抗 干扰 能力 ，接 收机必 须设 计一定 的带宽 ， 而环 路 宽带必将 引起 测量 误差 ，显 然动 态性 能要 求 的 带 宽 与 噪 声及 抗 干 扰 要 求 的环 路 带 宽 是 一对 矛 盾体 川。为 了提高接 收 机高 动态 条件 下 的测量 精度 及抗 干扰 能力 ，必须 采用 相关其 它手 段辅 助组 合 ， 其 中深 紧耦 合 ＧＰ ／ ＳＩ 组合 是解 决此 矛 盾体 的 一 ＮＳ 种有 效方法 。
图１ 所示 为深 紧耦合 ＧＰ ／ 组 合模 式基 本框 ＳＩ ＮＳ 图Ｌ。根 据 Ｉ ／ 子系统 的 定位 、定速 结果 以及 １ Ｊ ＮＳＤＲ Ｇ Ｓ卫星 星历 ， 合系 统准确 地预 测 出 ＧＰ Ｐ 组 Ｓ信 号 的 伪 距与 多普 勒频移 等 ， 而这些 测量 预测值 与 Ｇ Ｓ实 Ｐ 际测 量值 一起 通 过相 减 形 成误 差信 号 （ 值 ） 残 ，测 量 残 余 经 卡 尔曼 滤 波 后 得 到对 Ｉ ／ Ｒ 子 系 统 定 ＮＳＤ 位 、定速 结果校 正量 ，同时传递 给接 收机信 号跟 踪
载 波环保 持锁 定情况 下 对码环 提供 辅助 跟踪 ，减 小
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｔｇ ｔ — ｕ ｌｄ ＧＰＳＩ Ｓ Ｍ ｏ ｕａ ｒｎ ｉｌ ｙ ｗ ｒ ： ｉｈｌ Ｃｏ ｐｅ ； ｙ ／ Ｎ ； ｄ ｌｒ ｉｃｐ ｅ Ｐ
Ｇ Ｓ系统 能够 实时提 供高精 度 的三维 位置 、三 Ｐ 维速 度及 时 间等导航 信 息 ，在 诸 多领域 应用 日益广
泛 ，但 Ｇ Ｓ接 收机 高动 态条 件下 ，卫星 信号 容易 失 Ｐ 锁 ，动态适 应 能力较差 ，而 且易 受人 为与非 人为 干
２１ ０ ２年 ８月 第 ４期
现 代 导 航
・４ ２ ３・
深紧耦合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模式及其特性研 究
周坤 芳 ， 占太 阳 ２
（ １海军兵种指挥学 院，广州 ５ ０ ３ ；２海司航保部 ，天津 ３ ０ ４ ） １４ ０ ０ ０２
摘
要 ：根据 深 紧耦 合 Ｇ ＳＩ Ｐ／ ＮＳ组合模 式的基 本构 成 ，分析 接 收机信 号搜 索 与跟踪 、动 态适
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｎ ｔ ｇ ａｅ ｏ ｅｏ ｉｈ ｌ — ｕ ｌｄ ＧＰＳ Ｉ ｓ ａ ｃｐ ｅ ｓｃ ａ ｎ Ｔ ｙ ／ ＮＳ
Ｚ ＨＯＵＫｕｆ ｎ ，Ｚ Ａ Ｔ ｉ ｎ ｎａ ｇ Ｈ Ｎ ｙ ｇ ａａ
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉｇｔ ｅｃ ｍｐ ｓｔ ｎｏ ｇ ｔ ｏ ｐ ｅ Ｓ／ ＮＳｍｏ ｅ ｓａｃ ｉｇａ ｄｔ ｃ ｉｇｏ ｃ ｉｅ ｉｎ ｌ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏｄｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｉｈｌ ｃ ｕ ｌｄＧＰ Ｉ ｄ ， ｅ ｒｈｎ ｎ ａ ｋｎ ｆ ｅ ｅｖ ｒｓｇ ａ ｄｉ ｏｈ ｉ ｔ ｙ ｒ ｒ ａ ｔ