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基于载波相位时间差分测速的GPS/INS组合导航研究

刘洋  
【摘要】:随着信息化时代的发展,导航定位技术在航空、航天、武器制导、智能车辆等军事以及民用领域的应用不仅越来越广泛,各种导航任务对导航系统的精度与可靠性也提出了更高的要求。GPS/INS组合导航系统将GPS与INS的优势互补,实现了精度高、稳定性好、功能齐全的导航性能。论文围绕GPS载波相位时间差分测速展开研究,在对GPS/INS组合导航中关键技术研究解决的基础上,将GPS载波相位时间差分高精度测速与动态伪距单点定位结果对INS进行辅助。主要研究内容与成果如下:(1)推导了捷联惯性导航的姿态、速度与位置更新算法,分析建立了INS的误差模型。通过实测的惯性导航数据对捷联惯性导航误差随时间积累,导航精度逐渐下降的特性进行了定量分析。研究了以GPS载波相位时间差分测速进行惯性导航辅助的方法,实验结果表明惯性导航的误差积累被有效抑制,导航精度得到提高。(2)完善了对GPS载波相位时间差分测速的研究。在对载体运动状态进行全面分析的基础上,以经过周跳探测与分析的可靠数据,讨论了卫星钟误差、相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、地球自转效应等误差源对载波相位时间差分测速的影响;以静态与动态两种模式全面评价了载波相位时间差分的测速精度,研究方法及结果具有一定的参考价值。(3)全面系统地研究了GPS动态伪距单点定位中可见卫星数目及卫星高度角对GDOP的影响关系。以整周模糊度固定的RTK定位结果对GPS动态伪距单点定位的精度进行了分析,提出了短时间内可见卫星数目减少对GPS定位结果存在一致性影响的结论;基于GPS载波相位时间差分获得的高精度速度,提出一种以速度误差探测与修正定位粗差的方法,通过实例计算验证了方法的有效性。(4)设计与建立了GPS/INS组合导航系统的组合模式、滤波算法及系统模型,实现GPS载波相位时间差分测速及动态伪距单点定位对INS的辅助。在对位置组合、速度组合、位置与速度联合组合的导航结果进行分析的基础上,得出三种组合方式都能对惯性导航的误差积累进行抑制;将GPS载波相位时间差分测速及动态伪距单点定位同时对INS辅助,是相对更为有效、实用的导航方式。


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