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面向城市车道级导航的GNSS标量深组合基带技术研究

祁发瑞  
【摘要】:导航与位置服务(LBS)已成为继互联网之后发展最快的新兴产业,车载导航作为LBS的主要应用领域,近年来也持续高速增长,无人驾驶更是作为未来汽车的研究方向,是当前科技前沿研究的热点,这些都迫切需要GNSS接收机在城市环境下能提供稳定可靠的定位结果。然而由于楼群、高架、树荫等的遮挡,导致传统GNSS接收机跟踪性能下降,多径干扰等造成定位精度差,无法提供稳定的车道级定位结果,因此,本文利用GNSS深组合技术,从基带信号处理和定位技术两方面出发,提升接收机性能。基带信号处理层面,首先利用并行码相位捕获算法,减少捕获时间,结合INS先验信息,提升捕获性能。其次提出无辅助跟踪环路中的弱信号跟踪技术—NonCoh-FFT,可实现在弱信号动态场景下正常跟踪多普勒频率变化。接下来研究了城市环境下的标量深组合跟踪技术,对开环跟踪技术进行理论分析,并以STIM300为例进行了仿真,并提出了新的深组合跟踪环路信号强度检测方法—SNR-FFT,验证了在实测环境下可有效检测信号能量的变化并相应调整环路策略;针对实测环境中存在码环收敛速度慢、锁相环错误锁定的情况,通过自适应带宽调整和SNR-FFT输出频率误差补偿的方法进行优化;研究了城市环境下多源融合辅助深组合技术,通过里程计信息限制INS基带辅助多普勒误差发散,并通过测试表明该方法切实可行。最后,给出了城市环境下矢量深组合实现,并对环路跟踪性能和影响因素进行了分析。定位解算层面,首先从观测量提取方面进行改善,给出了弱信号下的位同步和帧同步技术确保能准确的给出发射时间,对于INS深组合接收机,当有INS辅助信息时,可以利用INS短期精度来改善观测量粗差。其次,利用伪距差分技术提升定位精度,并通过深组合接收机中的INS信息来设置观测量权重,测试结果显示加权伪距差分定位技术进一步提升伪距差分定位技术在复杂城市环境下的导航定位精度。最后,针对城市车载导航,利用车辆约束来限制INS在无GNSS观测量时的误差发散。最后,设计实现了一套GNSS深组合软件接收机,从基带和定位结果两方面对软件接收机性能进行测试。基带性能测试首先给出了无辅助信息环路性能测试,对比测试了NonCoh-FFT和SFFT跟踪环的灵敏度性能和动态性能,在一般车载动态下其灵敏度性能小于20 dB-Hz;其次给出了深组合跟踪环路性能测试,通过仿真测试,部分卫星遮挡时,深组合环路开环跟踪多普勒误差不会发散,伪距误差在10 min达到80 m;全部卫星遮挡时开环跟踪误差受INS误差和钟漂共同影响,发散更快;而全部卫星遮挡时多源辅助深组合环路开环误差主要受钟漂的影响,INS误差发散影响基本可以忽略。定位性能测试从观测量、定位结果、多传感器融合结果三个方面和EVK-M8U进行对比,整体性能和典型场景对比结果表明,GNSS深组合软件接收机性能均优于EVK-M8U,并且深组合接收机多源融合结果定位误差的RMS达到1.099 m,实现了车道级精度。


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