CN108344415A - 一种组合导航信息融合方法 - Google Patents

一种组合导航信息融合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108344415A
CN108344415A CN201810088309.9A CN201810088309A CN108344415A CN 108344415 A CN108344415 A CN 108344415A CN 201810088309 A CN201810088309 A CN 201810088309A CN 108344415 A CN108344415 A CN 108344415A
Authority
CN
China
Prior art keywords
navigation
gnss
sins
represent
information fusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810088309.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108344415B (zh
Inventor
朱柏承
孟凡琛
牛尊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN201810088309.9A priority Critical patent/CN108344415B/zh
Publication of CN108344415A publication Critical patent/CN108344415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108344415B publication Critical patent/CN108344415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/33—Multimode operation in different systems which transmit time stamped messages, e.g. GPS/GLONASS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/47—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being an inertial measurement, e.g. tightly coupled inertial

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种组合导航信息融合方法，该方法主要分为GNSS卫星信号处理模块、SINS姿态速度位置更新模块、SINS误差补偿模块、SINS/GNSS信息融合模块、SINS误差校正模块和结果输出模块。该方法通过高频率SINS姿态速度位置更新和低频率GNSS新息测量，结合组合导航接收机所跟踪的各个可见卫星仰角和导航信号载噪比，实时自适应调整SINS/GNSS组合导航卡尔曼滤波器观测噪声矩阵，通过GNSS和SINS伪距、伪距率测量值更新组合导航卡尔曼滤波器状态方程和误差协方差矩阵，最后通过SINS和GNSS信息融合反馈校正惯性器件测量误差。本发明提出的组合导航信息融合方法能够实现复杂电磁环境下组合导航接收机完备鲁棒的信息融合解算，具有较强的组合导航接收机设计理论价值和工程应用价值。

Description

一种组合导航信息融合方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种组合导航信息融合方法，有效提高捷联惯导与卫星导航接收机定位精度。
背景技术
全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System,GNSS)可为接收机提供定位、导航和授时服务，在各个行业领域都扮演着极其重要的地位。全球卫星导航***目前主要包括美国的GPS、中国的BDS、欧洲的GALILEO和俄罗斯的GLONASS，导航接收机信号处理端通过提取GNSS导航电文，并根据各个导航***接口控制文件(Interface ControlDocument,ICD)计算卫星空间位置速度，进而实现接收机定位解算。惯性导航***(Inertial Navigation System,INS)利用惯性敏感器(陀螺仪和加速度计)、基准参考方位以及初始位置姿态信息来确定载体姿态、速度和位置的自主式航位推算导航***。惯性导航***分为平台式惯性导航***(Platform Inertial Navigation System,PINS)和捷联式惯性导航***(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)。PINS将陀螺仪和加速度计安装在一个实体的稳定平台上，以平台坐标系为基准测量载体运动参数的导航***；SINS将陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，不需要实体平台，其平台对准由处理器完成。PINS体积大、质量重、机械结构复杂、可靠性和维护性差，***性能受到惯性敏感器制约，***成本十分昂贵。SINS反应时间短、体积小、质量轻、结构简单、通过适当的冗余配置，能够有效提高***的精度和可靠性，具有自主性、隐蔽性、抗干扰、连续性和完备性等优点。但是，SINS误差随着时间进行累计增长，通常微机械陀螺仪和加速度计能够达到“百秒百米”的误差，因此，常将SINS和GNSS进行优势互补，具有广泛的应用前景。
针对传统组合导航***中量测噪声统计粗略且不能及时应对复杂电磁环境或者机动载体剧烈变化的情形，本发明提出了一种组合导航信息融合方法，能够有效应对机动载体剧烈运动引起的滤波精度降低甚至卡尔曼滤波发散的问题，目前成为了一种新的技术需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种组合导航信息融合方法，该方法主要包括GNSS导航电文提取、GNSS导航信号载噪比计算、接收机可见卫星仰角计算、SINS姿态速度位置更新、SINS/GNSS组合导航卡尔曼滤波器设计和量测噪声自适应设计等步骤，该方法能够有效提升SINS/GNSS组合导航接收机应对复杂电磁环境的定位性能，提升***鲁棒性和完备性。
(二)技术方案
本发明提出了一种组合导航信息融合方法，该方法主要包括如下步骤：
步骤1：组合导航接收机将GNSS卫星信号进行下变频、捕获跟踪、数据同步处理，提取出GNSS导航电文；
步骤2：通过GNSS信号处理环路获取同相和正交支路相干积分值，提取出GNSS导航信号载噪比；
步骤3：通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角；
步骤4：通过SINS陀螺仪和加速度计测量值更新SINS姿态、速度和位置信息；
步骤5：通过SINS姿态速度位置误差传播模型和GNSS钟差模型设计组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵和量测方程；
步骤6：通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计量测噪声矩阵，并进行卡尔曼滤波更新、SINS误差校正和结果输出。
优选的，步骤1中所述GNSS采用GPS。
可选的，步骤1中所述GNSS可以是GPS或者BDS或者GALILEO或者三者之间的任意组合。
可选的，步骤1中所述GNSS如果采用GLONASS和GPS/BDS/GALILEO进行组合，由于GPS采用WGS-84坐标系，GALILEO采用GTRF坐标系，BDS采用CGCS2000坐标系，以上三者坐标系原点及坐标轴基本一致，坐标系之间误差非常小且在非精密定位下可以忽略；而GLONASS采用PZ-90坐标系，需要与GPS/BDS/GALILEO进行坐标转换。
优选的，步骤2中所述GNSS导航信号载噪比计算采用窄宽功率比法，在导航电文数据位周期τaN中，计算相干累加窄带功率PN和非相干累加宽带功率PW，计算公式如下：
其中，导航电文数据位周期τaN分成N段，每一段时间为相干积分时间的点数为M，IP,i和QP,i分别为τaW时间内的累加值。然后计算功率比，在n次累加后取平均值以减少噪声，公式为：
载波噪声功率密度比测量值为：
最终，GNSS导航信号载噪比为：
其中，lg代表以10为底数的对数运算。
优选的，步骤2中τaW为1ms，平均时间为1s。
优选的，步骤3中所述通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，其中所述可见卫星信号发射时间是通过组合导航接收机信号处理跟踪环路构建出的可见卫星信号发射时间，具体包括当前子帧周内秒、导航电文数据码字的个数、当前导航电文数据码字的导航电文比特数、当前导航电文比特数的码片数和当前导航电文码片的相位。
优选的，步骤3中通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间，并根据各个卫星导航***官方ICD接口文档，计算出可见卫星在地心地固坐标系下的位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角。
优选的，步骤4中通过四子样法更新SINS姿态、速度和位置信息。
可选的，步骤4中SINS更新频率为20～100Hz。
优选的，步骤4中所述更新捷联惯导***姿态是通过四元数法进行姿态更新。
可选的，步骤4中捷联惯导***姿态更新算法可以采用方向余弦法或者欧拉角法。
优选的，步骤5中所述SINS姿态误差传播模型为：
其中，且为SINS导航坐标系下姿态误差，“×”代表矩阵叉乘，为地球自转角速度相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；为导航系相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；δ代表向量微分；代表捷联矩阵，代表载体坐标系下姿态噪声量，上标的“.”代表微分，下文所涉及的与本段相同的符号都代表相同意义。
优选的，步骤5中所述SINS速度误差传播模型为：
其中，代表导航坐标系下通过加速度计得到的比力测量值，代表载体坐标系下比力测量噪声量。
优选的，步骤5中所述SINS位置误差传播模型为：
其中，(L,λ,h)代表SINS所处的纬度、经度和高程，RM代表子午圈半径，RN代表卯酉圈半径。
优选的，步骤5中所述GNSS钟差模型为:
其中，bclk代表组合导航接收机钟差，ωb代表组合导航接收机钟差噪声，dclk代表组合导航接收机频漂，ωd代表组合导航接收机频漂噪声，Tclk代表时钟相关时间。
优选的，步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵为：
其中，FSINS/CNSS代表组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵，其中，03×3代表3行3列的0矩阵，03×2代表3行2列的0矩阵，02×3代表2行3列的0矩阵，且
M13＝M′+M″
其中，
M23＝(vn×)(2M′+M″)
优选的，步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器量测方程分为伪距量测方程和伪距率量测方程。
优选的，步骤5中所述伪距量测方程如下：
其中，δρ代表SINS测量得到的伪距与GNSS测量得到的伪距差值向量；li,mi,ni(i＝1,2…N)分别代表第i颗可见卫星的方向余弦矩阵，δx代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴位置误差；δy代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴位置误差；δz代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴位置误差；bclk代表组合导航接收机钟差，代表第i颗卫星的伪距差值噪声量。
优选的，步骤5中所述伪距率量测方程如下：
其中，代表SINS测量得到的伪距率与GNSS测量得到的伪距率差值向量；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴速度误差；dclk代表组合导航接收机频漂，代表第i颗卫星的伪距率差值噪声量。
优选的，步骤6中所述通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计的量测噪声矩阵如下：
其中，R代表量测噪声矩阵，代表第i颗可见卫星仰角的平方，ReferCN0代表组合导航接收机参考载噪比；(C/N0)i(i＝1,2…N)代表第i颗可见卫星仰角的载噪比。
(三)有益效果
本发明提出的组合导航信息融合方法能够产生积极的有益效果，该方法通过高频率SINS姿态速度位置更新和低频率GNSS新息测量，结合可见卫星空间分布和导航信号强度，实时自适应调整SINS/GNSS组合导航滤波器观测噪声分布，并及时更新组合导航卡尔曼滤波器和校正SINS惯性器件测量误差，能够实现复杂电磁环境下组合导航接收机完备鲁棒的信息融合解算，具有较强的组合导航接收机设计理论价值和工程应用价值。
附图说明
图1显示了本发明优选实施例组合导航信息融合模块示意图；
图2显示了本发明优选实施例的组合导航信息融合方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1显示了本发明优选实施例组合导航信息融合模块示意图。
如图1所示，本发明优选实施例组合导航信息融合主要包括GNSS卫星信号处理模块M1、SINS姿态速度位置更新模块M2、SINS误差补偿模块M3、SINS/GNSS信息融合模块M4、SINS误差校正模块M5和结果输出模块M6。GNSS卫星信号处理模块M1通过GNSS卫星信号处理过程中捕获、跟踪、比特同步、帧同步操作提取出GNSS卫星信号导航电文，本发明具体实施例中以GPS为例。GNSS接收机跟踪通道获取所跟踪卫星的导航电文后，采用窄宽功率比法计算出所述跟踪可见卫星信号的载噪比。SINS姿态速度位置更新模块M2通过SINS的惯性测量单元陀螺仪和加速度计分别获取角速度和比力测量值，并跟新SINS姿态速度位置信息，在此之前需要给SINS一个准确的初始位置和姿态，并进行捷联惯导粗对准和精对准操作。SINS误差补偿模块M3通过双子样或者四子样算法进行姿态速度和位置的误差修正，本发明优选实施例中采用四子样算法。SINS/GNSS信息融合模块M4通过GNSS获取可见卫星的位置、速度、仰角、载噪比、伪距和伪距率信息，SINS获取卫星的伪距和伪距率信息，并根据捷联惯导***误差传播模型进行状态转移矩阵计算、量测噪声矩阵计算以及组合导航卡尔曼滤波状态方程及误差协方差矩阵更新。SINS误差校正模块M5将SINS/GNSS信息融合模块M4计算出的状态误差量反馈至SINS，并进行SINS状态误差校正。结果输出模块M6中，SINS更新频率较快，一般可达到50Hz，而SINS/GNSS信息融合频率较低，一般为10Hz，故根据组合导航接收机的实际需求调整SINS更新频率和SINS/GNSS融合频率，并将SINS误差校正后的结果进行输出。
图2显示了本发明优选实施例的组合导航信息融合方法流程图。
如图2所示，本发明优选实施例的组合导航信息融合方法流程图主要包括如下步骤：
步骤1：组合导航接收机将GNSS卫星信号进行下变频、捕获跟踪、数据同步处理，提取出GNSS导航电文；
步骤2：通过GNSS信号处理环路获取同相和正交支路相干积分值，提取出GNSS导航信号载噪比；
步骤3：通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角；
步骤4：通过SINS陀螺仪和加速度计测量值更新SINS姿态、速度和位置信息；
步骤5：通过SINS姿态速度位置误差传播模型和GNSS钟差模型设计组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵和量测方程；
步骤6：通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计量测噪声矩阵，并进行卡尔曼滤波更新、SINS误差校正和结果输出。
本发明具体实施例中，步骤1中所述GNSS采用GPS。
步骤2中所述GNSS导航信号载噪比计算采用窄宽功率比法，在导航电文数据位周期τaN中，计算相干累加窄带功率PN和非相干累加宽带功率PW，计算公式如下：
其中，导航电文数据位周期τaN分成N段，每一段时间为相干积分时间的点数为M，IP,i和QP,i分别为τaW时间内的累加值。然后计算功率比，在n次累加后取平均值以减少噪声，公式为：
载波噪声功率密度比测量值为：
最终，GNSS导航信号载噪比为：
其中，lg代表以10为底数的对数运算。
步骤2中τaW为1ms，平均时间为1s。
步骤3中所述通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，其中所述可见卫星信号发射时间是通过组合导航接收机信号处理跟踪环路构建出的可见卫星信号发射时间，具体包括当前子帧周内秒TOW、导航电文数据码字的个数ω、当前导航电文数据码字的导航电文比特数b、当前导航电文比特数的码片数c和当前导航电文码片的相位CP，本发明具体实施例中以GPS L1C/A码为例，根据GPS ICD文档，每一字包含30个比特，每个比特时间长为20ms，C/A码的周期长度为1ms，每一C/A码中包含1023个伪随机数列，则卫星信号的发射时间ts(单位：秒)构筑公式如下：
步骤3中通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间ts，并根据各个卫星导航***官方ICD接口文档，计算出可见卫星在地心地固坐标系下的位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角。
步骤4中通过四子样法更新SINS姿态、速度和位置信息。
步骤4中SINS更新频率为50Hz。
步骤4中所述更新捷联惯导***姿态是通过四元数法进行姿态更新。
步骤5中所述SINS姿态误差传播模型为：
其中，且为SINS导航坐标系下姿态误差，“×”代表矩阵叉乘，为地球自转角速度相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；为导航系相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；δ代表向量微分；代表捷联矩阵，代表载体坐标系下姿态噪声量，上标的“.”代表微分。
步骤5中所述SINS速度误差传播模型为：
其中，代表导航坐标系下通过加速度计得到的比力测量值，代表载体坐标系下比力测量噪声量。
步骤5中所述SINS位置误差传播模型为：
其中，(L,λ,h)代表SINS所处的纬度、经度和高程，RM代表子午圈半径，RN代表卯酉圈半径。
步骤5中所述GNSS钟差模型为:
其中，bclk代表组合导航接收机钟差，ωb代表组合导航接收机钟差噪声，dclk代表组合导航接收机频漂，ωd代表组合导航接收机频漂噪声，Tclk代表时钟相关时间。
步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵为：
其中，03×3代表3行3列的0矩阵，03×2代表3行2列的0矩阵，02×3代表2行3列的0矩阵，且
M13＝M′+M″
其中，
M23＝(vn×)(2M′+M″)
步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器量测方程分为伪距量测方程和伪距率量测方程。所述伪距量测方程如下：
其中，δρ代表SINS测量得到的伪距与GNSS测量得到的伪距差值向量；li,mi,ni(i＝1,2…N)分别代表第i颗可见卫星的方向余弦矩阵，δx代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴位置误差；δy代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴位置误差；δz代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴位置误差；bclk代表组合导航接收机钟差，代表第i颗卫星的伪距差值噪声量。
步骤5中所述伪距率量测方程如下：
其中，代表SINS测量得到的伪距率与GNSS测量得到的伪距率差值向量；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴速度误差；dclk代表组合导航接收机频漂，代表第i颗卫星的伪距率差值噪声量。
步骤6中所述通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计的量测噪声矩阵如下：
其中，代表第i颗可见卫星仰角的平方，ReferCN0代表组合导航接收机参考载噪比，本发明具体实施例中为45dB·Hz；(C/N0)i(i＝1,2…N)代表第i颗可见卫星仰角的载噪比。
步骤6中SINS/GNSS组合导航信息融合卡尔曼滤波器更新频率为10Hz，且每更新一次后对SINS进行误差校正和结果输出。
综上所述，本发明提出了一种组合导航信息融合方法。该方法通过高频率SINS姿态速度位置更新和低频率GNSS新息测量，结合组合导航接收机所跟踪的各个可见卫星空间分布和导航信号载噪比，实时自适应调整SINS/GNSS组合导航卡尔曼滤波器观测噪声，通过GNSS和SINS伪距、伪距率测量值更新组合导航卡尔曼滤波器状态方程和误差协方差矩阵，并通过SINS和GNSS信息融合反馈校正惯性器件测量误差，能够实现复杂电磁环境下组合导航接收机完备鲁棒的信息融合解算，具有较强的组合导航接收机设计理论价值和工程应用价值。应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种组合导航信息融合方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：组合导航接收机将GNSS卫星信号进行下变频、捕获跟踪、数据同步处理，提取出GNSS导航电文；
步骤2：通过GNSS信号处理环路获取同相和正交支路相干积分值，提取出GNSS导航信号载噪比；
步骤3：通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角；
步骤4：通过SINS陀螺仪和加速度计测量值更新SINS姿态、速度和位置信息；
步骤5：通过SINS姿态速度位置误差传播模型和GNSS钟差模型设计组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵和量测方程；
步骤6：通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计量测噪声矩阵，并进行卡尔曼滤波更新、SINS误差校正和结果输出。
2.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤1中所述GNSS可以是GPS或者BDS或者GALILEO或者三者之间的任意组合。
3.根据权利要求1和2所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：所述GNSS如果采用GLONASS和GPS/BDS/GALILEO进行组合，由于GPS采用WGS-84坐标系，GALILEO采用GTRF坐标系，BDS采用CGCS2000坐标系，以上三者坐标系原点及坐标轴基本一致，坐标系之间误差非常小且在非精密定位下可以忽略；而GLONASS采用PZ-90坐标系，需要与GPS/BDS/GALILEO进行坐标转换。
4.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤2中所述GNSS导航信号载噪比计算采用窄宽功率比法，在导航电文数据位周期τaN中，计算相干累加窄带功率PN和非相干累加宽带功率PW，计算公式如下：
其中，导航电文数据位周期τaN分成N段，每一段时间为相干积分时间的点数为M，IP,i和QP,i分别为τaW时间内的累加值。然后计算功率比，在n次累加后取平均值以减少噪声，公式为：
载波噪声功率密度比测量值为：
最终，GNSS导航信号载噪比为：
其中，lg代表以10为底数的对数运算。
5.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤3中所述通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间计算出可见卫星空间位置和速度，其中所述可见卫星信号发射时间是通过组合导航接收机信号处理跟踪环路构建出的可见卫星信号发射时间，具体包括当前子帧周内秒、导航电文数据码字的个数、当前导航电文数据码字的导航电文比特数、当前导航电文比特数的码片数和当前导航电文码片的相位；进而通过GNSS导航电文和可见卫星信号发射时间，并根据各个卫星导航***官方ICD接口文档，计算出可见卫星在地心地固坐标系下的位置和速度，并根据组合导航接收机位置计算出可见卫星仰角。
6.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤4中通过四子样法更新SINS姿态、速度和位置信息。
7.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤5中所述SINS姿态误差传播模型为：
其中，且为SINS导航坐标系下姿态误差，“×”代表矩阵叉乘， 为地球自转角速度相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；为导航系相对于地球系的转动角速度在导航坐标系中的投影；δ代表向量微分；代表捷联矩阵，代表载体坐标系下姿态噪声量，上标的“.”代表微分；
步骤5中所述SINS速度误差传播模型为：
其中， 代表导航坐标系下通过加速度计得到的比力测量值，代表载体坐标系下比力测量噪声量；
步骤5中所述SINS位置误差传播模型为：
其中，(L,λ,h)代表SINS所处的纬度、经度和高程，RM代表子午圈半径，RN代表卯酉圈半径。
8.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤5中所述GNSS钟差模型为：
其中，bclk代表组合导航接收机钟差，ωb代表组合导航接收机钟差噪声，dclk代表组合导航接收机频漂，ωd代表组合导航接收机频漂噪声，Tclk代表时钟相关时间。
9.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵为：
其中，FSINS/GNSS代表组合导航卡尔曼滤波器状态转移矩阵，03×3代表3行3列的0矩阵，03×2代表3行2列的0矩阵，02×3代表2行3列的0矩阵，且
M13＝M′+M″
其中，
M23＝(vn×)(2M′+M″)
步骤5中所述组合导航卡尔曼滤波器量测方程分为伪距量测方程和伪距率量测方程；步骤5中所述伪距量测方程如下：
其中，δρ代表SINS测量得到的伪距与GNSS测量得到的伪距差值向量；li,mi,ni(i＝1,2…N)分别代表第i颗可见卫星的方向余弦矩阵，δx代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴位置误差；δy代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴位置误差；δz代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴位置误差；bclk代表组合导航接收机钟差，θρi(i＝1,2…N)代表第i颗卫星的伪距差值噪声量；步骤5中所述伪距率量测方程如下：
其中，代表SINS测量得到的伪距率与GNSS测量得到的伪距率差值向量；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下x轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下y轴速度误差；代表组合导航接收机在地心地固坐标系下z轴速度误差；dclk代表组合导航接收机频漂，代表第i颗卫星的伪距率差值噪声量。
10.根据权利要求1所述的一种组合导航信息融合方法，其特征在于：步骤6中所述通过GNSS导航信号载噪比和仰角设计的量测噪声矩阵如下：
其中，R代表量测噪声矩阵，代表第i颗可见卫星仰角的平方，ReferCN0代表组合导航接收机参考载噪比；(C/N0)i(i＝1,2…N)代表第i颗可见卫星仰角的载噪比。
CN201810088309.9A 2018-01-30 2018-01-30 一种组合导航信息融合方法 Active CN108344415B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810088309.9A CN108344415B (zh) 2018-01-30 2018-01-30 一种组合导航信息融合方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810088309.9A CN108344415B (zh) 2018-01-30 2018-01-30 一种组合导航信息融合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108344415A true CN108344415A (zh) 2018-07-31
CN108344415B CN108344415B (zh) 2021-06-04

Family

ID=62960796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810088309.9A Active CN108344415B (zh) 2018-01-30 2018-01-30 一种组合导航信息融合方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108344415B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109341684A (zh) * 2018-11-29 2019-02-15 北京七维航测科技股份有限公司 组合惯导设备
CN109613568A (zh) * 2018-11-21 2019-04-12 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法
CN109945870A (zh) * 2019-03-11 2019-06-28 东南大学 一种伪距观测值和载噪比融合的伪卫星室内定位方法
CN110133700A (zh) * 2019-05-27 2019-08-16 上海海事大学 一种船载综合导航定位方法
CN110988951A (zh) * 2019-12-06 2020-04-10 中国地质大学（北京） 多源数据融合实时导航定位方法及***
CN111999747A (zh) * 2020-08-28 2020-11-27 大连海事大学 一种惯导-卫星组合导航***的鲁棒故障检测方法
CN112946711A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 中国人民解放军国防科技大学 一种gnss/ins组合导航***的导航方法
CN113703026A (zh) * 2021-10-28 2021-11-26 中国商用飞机有限责任公司 用于飞行器的导航模式选择的方法和***
CN114167858A (zh) * 2021-11-12 2022-03-11 广州文远知行科技有限公司 车辆的导航控制方法、装置、导航控制器和车辆控制***
CN115683092A (zh) * 2021-07-31 2023-02-03 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） Dme/dme/sins紧组合导航***重定位方法
CN116047551A (zh) * 2023-04-03 2023-05-02 江苏北斗信创科技发展有限公司 一种基于无线信号传输的导航模拟测试***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103487820A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 东南大学 一种车载捷联/卫星紧组合无缝导航方法
CN104635251A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 中国地质大学（北京） 一种ins/gps组合定位定姿新方法
CN104697520A (zh) * 2015-02-05 2015-06-10 南京航空航天大学 一体化无陀螺捷联惯导***与gps***组合导航方法
CN104849735A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 中国科学院嘉兴微电子与***工程中心 一种组合导航接收机的频率假锁检测装置和方法
US20150247730A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Thales Method of following a transfer orbit or a phase of orbital placement of a space vehicle, in particular an electric propulsion vehicle, and apparatus for the implementation of such a method
CN105137461A (zh) * 2015-09-01 2015-12-09 中国人民解放军63655部队 一种消除导航定位卫星***介质延时的方法
CN106501832A (zh) * 2016-12-16 2017-03-15 南京理工大学 一种容错矢量跟踪gnss/sins深组合导航方法
CN106980130A (zh) * 2017-03-03 2017-07-25 哈尔滨工程大学 一种sins/gnss深组合自适应导航方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103487820A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 东南大学 一种车载捷联/卫星紧组合无缝导航方法
CN104635251A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 中国地质大学（北京） 一种ins/gps组合定位定姿新方法
US20150247730A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Thales Method of following a transfer orbit or a phase of orbital placement of a space vehicle, in particular an electric propulsion vehicle, and apparatus for the implementation of such a method
CN104697520A (zh) * 2015-02-05 2015-06-10 南京航空航天大学 一体化无陀螺捷联惯导***与gps***组合导航方法
CN104849735A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 中国科学院嘉兴微电子与***工程中心 一种组合导航接收机的频率假锁检测装置和方法
CN105137461A (zh) * 2015-09-01 2015-12-09 中国人民解放军63655部队 一种消除导航定位卫星***介质延时的方法
CN106501832A (zh) * 2016-12-16 2017-03-15 南京理工大学 一种容错矢量跟踪gnss/sins深组合导航方法
CN106980130A (zh) * 2017-03-03 2017-07-25 哈尔滨工程大学 一种sins/gnss深组合自适应导航方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
程俊仁 等: "GNSS接收机矢量跟踪算法研究综述", 《宇航学报》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109613568A (zh) * 2018-11-21 2019-04-12 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种卫星导航接收机鉴频器测量噪声估算方法
CN109341684A (zh) * 2018-11-29 2019-02-15 北京七维航测科技股份有限公司 组合惯导设备
CN109945870A (zh) * 2019-03-11 2019-06-28 东南大学 一种伪距观测值和载噪比融合的伪卫星室内定位方法
CN110133700A (zh) * 2019-05-27 2019-08-16 上海海事大学 一种船载综合导航定位方法
CN110988951A (zh) * 2019-12-06 2020-04-10 中国地质大学（北京） 多源数据融合实时导航定位方法及***
CN111999747B (zh) * 2020-08-28 2023-06-20 大连海事大学 一种惯导-卫星组合导航***的鲁棒故障检测方法
CN111999747A (zh) * 2020-08-28 2020-11-27 大连海事大学 一种惯导-卫星组合导航***的鲁棒故障检测方法
CN112946711A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 中国人民解放军国防科技大学 一种gnss/ins组合导航***的导航方法
CN112946711B (zh) * 2021-01-29 2022-11-25 中国人民解放军国防科技大学 一种gnss/ins组合导航***的导航方法
CN115683092A (zh) * 2021-07-31 2023-02-03 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） Dme/dme/sins紧组合导航***重定位方法
CN113703026A (zh) * 2021-10-28 2021-11-26 中国商用飞机有限责任公司 用于飞行器的导航模式选择的方法和***
CN114167858A (zh) * 2021-11-12 2022-03-11 广州文远知行科技有限公司 车辆的导航控制方法、装置、导航控制器和车辆控制***
CN116047551A (zh) * 2023-04-03 2023-05-02 江苏北斗信创科技发展有限公司 一种基于无线信号传输的导航模拟测试***
CN116047551B (zh) * 2023-04-03 2023-06-13 江苏北斗信创科技发展有限公司 一种基于无线信号传输的导航模拟测试***

Also Published As

Publication number Publication date
CN108344415B (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108344415A (zh) 一种组合导航信息融合方法
US9488480B2 (en) Method and apparatus for improved navigation of a moving platform
US9784582B2 (en) Method and apparatus for navigation with nonlinear models
US7409290B2 (en) Positioning and navigation method and system thereof
US6697736B2 (en) Positioning and navigation method and system thereof
CN104297773B (zh) 一种高精度北斗三频sins深组合导航***
US6167347A (en) Vehicle positioning method and system thereof
Hasan et al. A review of navigation systems (integration and algorithms)
US20110238308A1 (en) Pedal navigation using leo signals and body-mounted sensors
CN106767787A (zh) 一种紧耦合gnss/ins组合导航装置
CN102636798B (zh) 基于环路状态自检测的sins/gps深组合导航方法
Georgy et al. Vehicle navigator using a mixture particle filter for inertial sensors/odometer/map data/GPS integration
CA2733032C (en) Method and apparatus for improved navigation of a moving platform
Giremus et al. A Rao-Blackwellized particle filter for INS/GPS integration
CN104280746A (zh) 一种惯性辅助gps的深组合半实物仿真***
CN108120994A (zh) 一种基于星载gnss的geo卫星实时定轨方法
CN102679985A (zh) 一种应用星间跟踪的航天器星座分散化自主导航方法
CN108761512A (zh) 一种弹载bds/sins深组合自适应ckf滤波方法
CN111380521B (zh) 一种gnss/mems惯性组合芯片定位算法中的多路径滤波方法
CN108931791A (zh) 卫惯紧组合钟差修正***和方法
CN104931994A (zh) 一种基于软件接收机的分布式深组合导航方法及***
CN106199668A (zh) 一种级联式gnss/sins深组合导航方法
Han et al. Land vehicle navigation with the integration of GPS and reduced INS: performance improvement with velocity aiding
Elsheikh et al. Low-cost PPP/INS integration for continuous and precise vehicular navigation
CN114459476B (zh) 基于虚拟速度量测的水下无人潜航器测流dvl/sins组合导航方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant