惯性辅助下高动态高灵敏度GNSS Kalman跟踪环路设计

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1、!兰：清华大学学报(自然科学版)2015年第55卷第3期13／19CN11—2223／NJTsinghuaUniv(Sci&Techno1)，2015，Vo1．55，No．3333—338惯性辅助下高动态高灵敏度GNSSKalman跟踪环路设计刘刚。，张嵘，郭美凤，崔晓伟。，赵坤(1．清华大学精密仪器系，导航工程中心，北京100084；2．海军航空工程学院控制工程系，烟台264001；3．清华大学电子工程系，卫星导航技术研究室，北京100084)摘要：高动态卫星导航接收机使用宽带宽载波环来获得measurements．ThealgorithmisimplementedonaMatlab—

2、basedsimulationplatformwithdatafromatrajectorygeneratoranda动态范围，而高灵敏度接收机使用窄带宽载波环来获得更satellitesigna1simulator．Thesimulationsshowthattheloopcan长的积分时间，因此在高动态和弱信号场景中，存在带宽选tracksignalswith24dB·Hzcarrier—to—noiseratiousinga20ms择的问题。该文gI入惯性辅助来消除接收机的动态应力，integrationtimewhenthereceiveraccelerationisgreate

3、rthan50g．设计了一种惯性辅助的二阶Kalman跟踪环路。惯性辅助Keywords：inertialnavigationsystem(INS)aiding；global消除了加速度对接收机环路的影响，使接收机工作于准静navigationsatellitesystem(GNSS)；high—dynamic；态场景，允许使用低阶环路来改善瞬态响应，并压缩环路带high-sensitivity；Kalmantrackingloop宽来延长积分时间，抑制噪声影响的同时也改善了载波相位测量精度。采集航迹发生器和卫星信号模拟器输出信号高动态与高灵敏度是全球导航卫星系统(glob—并进行仿真实

4、验。实验结果表明：使用20ms相干积分时alnavigationsatellitesystem，GNSS)接收机设计间，接收机加速度大于50g的情况下，该环路可以跟踪载中两个独立的发展方向。高动态设计要求使用短积噪比为24dB·Hz的弱信号。分时间和大环路带宽；高灵敏度设计则要求使用长关键词：惯性辅助；全球导航卫星系统；高动态；高灵敏积分时间和小环路带宽‘】]。这一矛盾限制了接收度；Kalman跟踪环机同时满足高动态与高灵敏度的需求。使用惯性辅中图分类号：TN96文献标志码：A助可以弱化高动态与高灵敏度之间的矛盾，因为惯文章编号：1000—0054(2015)03—0333—06性导航系

5、统能估计出接收机动态，经过补偿后，接收机等效工作于静止状态，从而可以在保证环路稳Dynamic，highsensitivityGNSSKalman定性的情况下压缩环路带宽，增加积分时间，同时trackingloopwithINSaiding达到高动态和高灵敏度的需求。此外，惯性导航系LIUGang，ZHANGRong，GUOMeifeng。统短时间精度高，当卫星信号短时间被遮挡时，由CUIXiaoweP，ZHAoKun]惯性辅助预测的载波频率能够保持载波频率或载波(1．EngineeringResearchCenterforNavigationTechnology，相位的跟踪，当信号再次

6、可用时，可直接进入跟踪DepartmentofPrecisionInstrument，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．DepartmentofControlEngineering，状态而无需重新捕获卫星信号。NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai264001，Kalman滤波器是基于最小均方差准则的最优China；3．SatelliteNavigationLaboratory，DepartmentofElectronic估计方法，在Gauss白噪声情况下，能给出最优估Engin

7、eering，TsinghnaUniversity，Beijing100084，China)计。基于Kalman滤波器的跟踪环路性能优于传统Abstract：Dynamicsatellitenavigationreceiversuseawidetrackingloopbandwidthforawidedynamicrange，whileahigh—sensitivity的锁相环(phaselockloop，PLL)和延迟锁定环rec