CN111399022A - 一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端 - Google Patents

一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端 Download PDF

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CN111399022A CN202010269064.7A CN202010269064A CN111399022A CN 111399022 A CN111399022 A CN 111399022A CN 202010269064 A CN202010269064 A CN 202010269064A CN 111399022 A CN111399022 A CN 111399022A
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Abstract

本发明公开了一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端，方法包括：获取仿真载体运动轨迹；根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。本发明通过仿真惯性导航数据对卫星导航信号进行辅助、互补，实现深层次的双***组合，可以最充分地利用双***互补的信息，最大程度地提升导航性能；大大提升仿真效率，有利于超紧组合导航相关研究的开展。

Description

一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端
技术领域
本发明涉及定位导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端。
背景技术
卫星导航的定位结果稳定、精确，但是容易受到复杂电磁环境的干扰与影响；惯性导航的定位结果不受外部电磁环境影响，但其定位误差随时间增长。卫星导航与惯性导航二者的特点形成互补，二者的组合可以很好地提升导航定位性能。因此，卫星导航与惯性导航的组合是研究最为广泛的双***组合导航方式。
根据组合深度，可以将卫星导航与惯性导航的组合划分为松组合、紧组合与超紧组合。其中，松组合将二者的定位结果进行相互修正，紧组合对二者测量的伪距与伪距率进行滤波，两种组合方式都不涉及导航***结构的改变，能取得的性能提升效果有限。
软件仿真是进行理论研究、工程实践的重要工具。在卫星导航与惯性导航的组合导航研究中，由于松组合、紧组合的实现方式较为简单，对二者的仿真平台设计已有较成熟的方法，且得到研究者们的认可。而关于卫星导航与惯性导航的超紧组合导航，由于其实现方式复杂，目前为止尚未形成统一的标准，也没有成熟的仿真平台可以使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端，本方法大大提升了仿真的效率。
一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法，方法包括：
S1.获取仿真载体运动轨迹；
S2.根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；
S3.仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；
S4.根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；
S5.通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；
S6.滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。
优选地，所述步骤S3具体为：
所述仿真卫星导航信号包括动态误差部分以及热噪声误差部分；
所述仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿；
所述仿真卫星导航信号的热噪声误差部分通过对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正。
优选地，所述步骤S3具体为：
所述仿真惯性导航数据通过惯性导航测量多普勒频率、惯性导航测量误差对仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿；
所述仿真卫星导航信号的热噪声误差部分通过卫星导航信号相位、卫星导航相位噪声误差输入、并对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正。
优选地，经过所述组合导航卡尔曼滤波器滤波后，对惯性导航数据进行误差校正。
优选地，所述仿真载体运动轨迹与仿真卫星导航信号通过STK软件方法实现；所述仿真卫星导航信号、仿真惯性导航数据、仿真卫星导航信号处理以及组合导航卡尔曼滤波器通过Matlab或C++方法实现。
一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端，终端包括获取单元、生成单元、辅助处理单元、计算单元、滤波单元以及定位单元，所述获取单元、生成单元、辅助处理单元、计算单元、滤波单元以及定位单元依次连接，其中：
获取单元，用于获取仿真载体运动轨迹；
生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；
辅助处理单元，用于仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；
计算单元，用于根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；
滤波单元，用于通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；
定位单元，用于滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。
优选地，还包括卫星滤波单元，所述生成单元包括卫星信号生成单元以及惯性数据生成单元，所述计算单元包括卫星计算单元以及惯性计算单元；所述卫星信号生成单元以及惯性数据生成单元都连接于获取单元，所述惯性计算单元两端分别连接于滤波单元、惯性数据生成单元；所述卫星信号生成单元、卫星滤波单元、辅助处理单元、卫星计算单元以及滤波单元依次连接，所述惯性数据生成单元与辅助处理单元连接，其中：
卫星信号生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；
惯性数据生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；
卫星滤波单元，用于通过对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正；
卫星计算单元，用于根据仿真卫星导航计算出卫星导航距离以及速度；
惯性计算单元，用于根据仿真惯性导航计算出惯性导航距离以及速度。
优选地，所述惯性数据生成单元与辅助处理单元连接，所述惯性数据生成单元将仿真惯性导航数据通过惯性导航测量多普勒频率、惯性导航测量误差对辅助处理单元的仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿。
优选地，所述滤波单元与惯性计算单元进行连接，所述滤波单元滤波后，对惯性计算单元的惯性导航数据进行误差校正。
优选地，所述获取单元与卫星信号生成单元通过STK软件环境下连接；所述卫星信号生成单元、惯性数据生成单元、卫星滤波单元、卫星计算单元、辅助处理单元、惯性计算单元以及滤波单元通过通过在Matlab或C++环境下连接。
本发明的有益效果在于：本发明卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法及终端，通过仿真惯性导航数据对卫星导航信号进行辅助、互补，实现深层次的双***组合，可以最充分地利用双***互补的信息，最大程度地提升导航性能；大大提升仿真效率，有利于超紧组合导航相关研究的开展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例1的流程图；
图2为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例2的流程图；
图3为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例3的流程图；
图4为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例1的框图示意图；
图5为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例2的框图示意图；
图6为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例3的框图示意图；
图7为一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法惯性导航与卫星导航辅助互补示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参看图1，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例1的流程图；一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法，方法包括：
S11.获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
S12.根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，分别采用卫星导航进行信号的获取、惯性导航进行数据的获取，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据。
S13.仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号进行辅助处理作用；在卫星导航信号处理时，惯性导航数据为其提供辅助处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000051
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000052
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
S14.仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；通过修正后仿真卫星导航信号计算出卫星导航的距离以及速度，通过仿真惯性导航数据计算出惯性导航的距离以及速度。由于仿真卫星导航信号与仿真惯性导航数据获取运动轨迹的原理不一致，所以在各方面位置精确性能方面各有优劣；一般采用仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础。
S15.通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000061
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正。
S16.输出定位结果；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
请参看图4，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例1的框图，终端400包括获取单元41、生成单元42、辅助处理单元43、计算单元44、滤波单元45以及定位单元46，获取单元41、生成单元42、辅助处理单元43、计算单元44、滤波单元45以及定位单元46依次连接，其中：
获取单元41，用于获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
生成单元42，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，分别采用卫星导航进行信号的获取、惯性导航进行数据的获取，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据。
辅助处理单元43，用于仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；在卫星导航信号处理时，惯性导航数据为其提供辅助处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000072
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000073
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
计算单元44，用于根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；通过修正后仿真卫星导航信号计算出卫星导航的距离以及速度，通过仿真惯性导航数据计算出惯性导航的距离以及速度。由于仿真卫星导航信号与仿真惯性导航数据获取运动轨迹的原理不一致，所以在各方面位置精确性能方面各有优劣；一般采用仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础。
滤波单元45，用于通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000071
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正。
定位单元46，用于滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
请参看图2，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例2的流程图；一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法，方法包括：
S21.获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
S22.根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；根据仿真的载体运动轨迹，采用卫星导航进行信号的获取，生成仿真卫星导航信号。
S23.对仿真卫星导航信号进行滤波处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000081
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000082
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000083
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号输入后，进行滤波处理，然后与惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))进行协同作用，作用后进行积分，通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
S24.仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号进行辅助作用；在卫星导航信号处理时，惯性导航数据为其提供辅助处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000084
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000092
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
S25.仿真卫星导航计算出距离以及速度；通过修正后仿真卫星导航信号计算出卫星导航的距离以及速度。
S26.根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，采用惯性导航进行数据的获取，生成仿真惯性导航数据。
S27.仿真惯性导航计算出距离以及速度；通过仿真惯性导航数据计算出惯性导航的距离以及速度。由于仿真卫星导航信号与仿真惯性导航数据获取运动轨迹的原理不一致，所以在各方面位置精确性能方面各有优劣；一般采用仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础。
S28.通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000091
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波后的状态量一方面对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正；另一方面会对惯性导航的***误差进行校正。
S29.输出定位结果；输出定位结果；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
请参看图5，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例2的框图，终端500包括获取单元51、卫星信号生成单元52、卫星滤波单元53、辅助处理单元54、卫星计算单元55、惯性数据生成单元56、惯性计算单元57、滤波单元58以及定位单元59，获取单元51、卫星信号生成单元52、卫星滤波单元53、辅助处理单元54、卫星计算单元55、滤波单元58以及定位单元59依次连接，惯性数据生成单元56与惯性计算单元57连接，惯性数据生成单元56还分别连接于获取单元51以及辅助处理单元54，惯性计算单元57还分别连接于滤波单元58以及定位单元59，其中：
获取单元51，用于获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
卫星信号生成单元52，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；根据仿真的载体运动轨迹，采用卫星导航进行信号的获取，生成仿真卫星导航信号。
卫星滤波单元53，用于对仿真卫星导航信号进行滤波处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000101
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000103
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000102
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号输入后，进行滤波处理，然后与惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))进行协同作用，作用后进行积分，通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
辅助处理单元54，用于仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号进行辅助作用；在卫星导航信号处理时，惯性导航数据为其提供辅助处理；由于卫星导航信号在位置信息获取时具有跟踪误差，即卫星由于自身运动产生的动态误差部分、以及外部环境产生的热噪声误差部分的两个部分。请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000111
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000112
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
卫星计算单元55，用于仿真卫星导航计算出距离以及速度；通过修正后仿真卫星导航信号计算出卫星导航的距离以及速度。
惯性数据生成单元56，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，采用惯性导航进行数据的获取，生成仿真惯性导航数据。
惯性计算单元57，用于仿真惯性导航计算出距离以及速度；通过仿真惯性导航数据计算出惯性导航的距离以及速度。由于仿真卫星导航信号与仿真惯性导航数据获取运动轨迹的原理不一致，所以在各方面位置精确性能方面各有优劣；一般采用仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础。
滤波单元58，用于通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000121
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波单元58滤波后的状态量一方面对定位单元59仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正；另一方面会对惯性计算单元57的惯性导航的***误差进行校正。
定位单元59，用于输出定位结果；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
请参看图3，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法实施例3的流程图；一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法，方法包括：
S31.获取载体运动仿真信息；获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
S32.卫星导航信号仿真；根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；根据仿真的载体运动轨迹，采用卫星导航进行信号的获取，生成仿真卫星导航信号。
S33.惯性导航数据仿真；根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，采用惯性导航进行数据的获取，生成仿真惯性导航数据。
S34.卫星导航信号处理仿真；请参看图7，图中为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000122
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000123
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正。
S35.组合导航卡尔曼滤波器；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000131
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波后的状态量一方面对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正；另一方面会对惯性导航的***误差进行校正。
S36.输出定位结果；输出定位结果；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
请参看图5，一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端实施例3的框图，包括获取模块61、卫星仿真模块62、惯性仿真模块63、卫星处理模块64、滤波模块65以及输出模块66，获取模块61、惯性仿真模块63、滤波模块65以及输出模块66依次连接，获取模块61、卫星仿真模块62、卫星处理模块64、滤波模块65以及输出模块66依次连接，且惯性仿真模块63还分别连接于卫星处理模块64以及输出模块66，其中：
获取模块61，用于获取载体运动仿真信息；获取仿真载体运动轨迹；仿真载体运动轨迹为现实的载体通过实际的运动来获得运动轨迹的，然后对该载体运动轨迹进行仿真或者说是模拟化，即将载体实际的运动轨迹模拟成比较远或者范围比较大的轨迹。载体可以为人或者其它物体，例如：汽车、自行车等载体。
卫星仿真模块62，用于卫星导航信号仿真；根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；根据仿真的载体运动轨迹，采用卫星导航进行信号的获取，生成仿真卫星导航信号。
惯性仿真模块63，用于惯性导航数据仿真；根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；根据仿真的载体运动轨迹，采用惯性导航进行数据的获取，生成仿真惯性导航数据。
卫星处理模块64，用于卫星导航信号处理仿真；惯性仿真模块63对卫星处理模块64进行多普勒辅助，请参看图7，s域流图为对卫星导航信号跟踪误差的处理过程。其中，
Figure BDA0002442407930000141
为输入卫星导航信号相位，w(s)为相位噪声误差，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率，e(s)为惯性导航测量误差，K与τ为环路滤波参数。卫星导航信号相位
Figure BDA0002442407930000142
以及相位噪(w(s))声误差为卫星导航信号处理时输入的，惯性导航测量多普勒频率(fi(s))以及惯性导航测量误差(e(s))为仿真惯性导航数据对仿真卫星导航信号输出的辅助、互补参数。其中，当s出现在分子时表示求导，或者也可以表示为延迟一个数据处理节拍；当s出现在分母时表示积分，fi(s)为惯性导航测量多普勒频率为根据惯性导航输出的接收机速度，与卫星运动轨迹中的卫星速度，解算出接收机与卫星之间的多普勒频率，将该多普勒频率值输入卫星导航信号处理，作为卫星导航跟踪环路误差中的动态误差部分；通过卫星导航跟踪环路对热噪声误差部分修正；处理时，合格的信号流直接输出，需要再修正的需再回至卫星导航信号相位输入端继续输入。
滤波模块65，用于组合导航卡尔曼滤波器；将仿真卫星导航的距离以及速度、仿真惯性导航的距离以及速度等相关数据输入至组合导航卡尔曼滤波器中，两个导航***的数据共同进入组合导航卡尔曼滤波器中进行滤波处理。其中，两个导航***的数据，其状态量包括载体的3维位置、3维速度、3维姿态、惯性导航3维加速度计误差、惯性导航单元3维陀螺仪误差、卫星导航1维钟差以及卫星导航1维钟漂，共17维。其测量为卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离、速度的差值。其中，卫星导航估计的载体与卫星间的距离、速度，可通过真实的距离、速度加上跟踪环路输出值的方式进行简化实现。
PR＝Δτ·λ (1)
Figure BDA0002442407930000151
其中，PR表示跟踪环路输出的距离误差值，PRR表示跟踪环路输出的速度误差值，Δτ为环路的码鉴相误差，λ为卫星导航信号伪码对应的长度，Δf为环路的频率鉴别误差，为c光速，f为卫星导航信号载波频率。
滤波模块65为测量卫星导航和惯性导航分别估计的载体、卫星间距离的差值。
滤波后的状态量一方面对仿真惯性导航数据的输出模块66定位解算进行INS定位校正；另一方面会对惯性导航的惯性仿真模块63***误差进行校正。
输出模块66，用于输出定位结果；滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果；仿真惯性导航数据作为载体的定位解算的基础，滤波后的状态量对仿真惯性导航数据的定位解算进行定位校正，得到精确的定位结果并输出。
其中，获取模块61中的载体运动轨迹仿真与卫星仿真模块62中的卫星运动轨迹仿真由STK(Satellite Tool Kit)软件实现，其中卫星运动轨迹仿真可通过导入星历文件实现，载体运动轨迹仿真由使用者需求决定。
卫星仿真模块、惯性仿真模块、卫星处理模块以及滤波模块在Matlab软件或C++软件下连接。即卫星导航信号仿真、惯性导航数据仿真、卫星导航信号处理仿真和组合导航卡尔曼滤波器在Matlab软件或C++软件环境下实现。
本发明通过在成熟的卫星导航与惯性导航紧组合仿真平台上进行修改开发，结合STK软件与Matlab卫星导航仿真平台，实现了超紧组合仿真平台的设计，可以方便高效地对超紧组合导航各环节进行参数设计与性能分析，此方法可以大大提升仿真效率，有利于超紧组合导航相关研究的开展。
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的方法，其特征在于，方法包括：
S1.获取仿真载体运动轨迹；
S2.根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；
S3.仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；
S4.根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；
S5.通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；
S6.滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
所述仿真卫星导航信号包括动态误差部分以及热噪声误差部分；
所述仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿；
所述仿真卫星导航信号的热噪声误差部分通过对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
所述仿真惯性导航数据通过惯性导航测量多普勒频率、惯性导航测量误差对仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿；
所述仿真卫星导航信号的热噪声误差部分通过卫星导航信号相位、卫星导航相位噪声误差输入、并对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经过所述组合导航卡尔曼滤波器滤波后，对惯性导航数据进行误差校正。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真载体运动轨迹与仿真卫星导航信号通过STK软件方法实现；所述仿真卫星导航信号、仿真惯性导航数据、仿真卫星导航信号处理以及组合导航卡尔曼滤波器通过Matlab或C++方法实现。
6.一种卫星导航与惯性导航超紧组合仿真定位的终端，其特征在于，终端包括获取单元、生成单元、辅助处理单元、计算单元、滤波单元以及定位单元，所述获取单元、生成单元、辅助处理单元、计算单元、滤波单元以及定位单元依次连接，其中：
获取单元，用于获取仿真载体运动轨迹；
生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号以及仿真惯性导航数据；
辅助处理单元，用于仿真惯性导航数据通过多普勒频率对仿真卫星导航信号处理进行辅助作用；
计算单元，用于根据仿真卫星导航、仿真惯性导航分别计算出距离以及速度；
滤波单元，用于通过组合导航卡尔曼滤波器进行滤波；
定位单元，用于滤波结果对惯性导航数据进行定位校正，输出定位结果。
7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，还包括卫星滤波单元，所述生成单元包括卫星信号生成单元以及惯性数据生成单元，所述计算单元包括卫星计算单元以及惯性计算单元；所述卫星信号生成单元以及惯性数据生成单元都连接于获取单元，所述惯性计算单元两端分别连接于滤波单元、惯性数据生成单元；所述卫星信号生成单元、卫星滤波单元、辅助处理单元、卫星计算单元以及滤波单元依次连接，所述惯性数据生成单元与辅助处理单元连接，其中：
卫星信号生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真卫星导航信号；
惯性数据生成单元，用于根据仿真载体运动轨迹，生成仿真惯性导航数据；
卫星滤波单元，用于通过对仿真卫星导航信号进行滤波处理、进行跟踪环路修正；
卫星计算单元，用于根据仿真卫星导航计算出卫星导航距离以及速度；
惯性计算单元，用于根据仿真惯性导航计算出惯性导航距离以及速度。
8.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述惯性数据生成单元与辅助处理单元连接，所述惯性数据生成单元将仿真惯性导航数据通过惯性导航测量多普勒频率、惯性导航测量误差对辅助处理单元的仿真卫星导航信号的动态误差部分进行数据补偿。
9.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述滤波单元与惯性计算单元进行连接，所述滤波单元滤波后，对惯性计算单元的惯性导航数据进行误差校正。
10.根据权利要求7所述的终端，其特征在于：
所述获取单元与卫星信号生成单元通过STK软件环境下连接；
所述卫星信号生成单元、惯性数据生成单元、卫星滤波单元、卫星计算单元、辅助处理单元、惯性计算单元以及滤波单元通过通过在Matlab或C++环境下连接。
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