GPS∕INS紧组合系统导航性能研究

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1、第27卷第2期航天电子对抗17GPS／INS紧组合系统导航性能研究*袁俊刚，范胜林。刘建业，彭天浪(南京航空航天大学导航研究中心，江苏南京210016)摘要：为了提高组合导航的精度和抗干扰性，采用了直接利用GPS接收机原始测量信息(伪距、伪距率)的紧组合方式，详细推导了该组合导航系统的模型，根据全球定位系统(GPS)的误差模型及惯性导航系统(INS)在地固系中的误差方程，以伪距差为量测输入，设计了GPS／INS组合导航系统的卡尔曼滤波器。仿真结果表明。该组合方法可以充分利用GPS的信息修正INS的导航误差，与此同时，INS可以辅助GPS重新快速捕获卫星信号，满足一定的

2、导航精度需求。提高了组合导航系统的容错性，对各种载体的精确导航与制导具有一定的现实意义。关键词：GPS／INS；卡尔曼滤波；伪距；组合导航中图分类号：TN97文献标识码：AResearchonnavigationperformanceofGPS／INStightlyintegratedsystemYuanJungang，FanShenglin，LiuJianye，PengTianlang(NavigationResearchCenter，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangs

3、u，China)Abstract：Toimprovethenavigationprecisionandanti—jamming。theintegratednavigationsystemusedo—riginalmeasurementsOfpseudo-rangeandpseudo-rangerateisadopted．Thesystemmodelisderivedinde。tails．BasedonGPSerrormodelandINSerrorequationsinECEF，Kaimanfilter0fGPS／INSintegratednavi—gationsys

4、temisdesignedwithpseudo-rangeerrorasobservations．ThesimulationresultsshowthatGPScanbeusedinintegratednavigationsystemwithcertainnavigationprecision．SOthesystemimprovedthefaulttol-erantabilityforprecisionnavigationandguidanceofthevehicles．Keywords：GPS／INS；kalmanfilter；pseudo-range；integr

5、atednavigationO引言航空、航天和航海领域。以全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(1NS)构造的组合导航系统是导航中最主要的组合方式。两个系统各有优缺点，但在误差传播特性上是互补的。因此，可以利用GPS的信息限制INS误差的积累。当GPS接收机丢失卫星信号或短时阳1内接收到的卫星数目小于4颗时，可以利用INS的输出信息辅助接收机快速捕获和跟踪卫星信号。这种组合不仅能有效提高系统精度和高动态下GPS接收机抗干扰性能，而且极大降低了系统的成本[1]，因此越来越广泛地应用于*基金项目：民航863计划资助项目．收稿日期：2010一lO—11；2011—02—23

6、修回。作者简介：袁俊刚(1986一)．男．硬士研究生．研究方向为卫星定位与组合导航．1组合导航系统模型基于伪距、伪距率的GPS／lNS组合导航系统是一种高水平的组合方式，其主要特点是GPS接收机和INS相互辅助，它利用GPS的星历数据与INS给出的位置和速度信息计算出相应的伪距和伪距率，然后与GPS接收的伪距和伪距率相比较得出的误差作为量测值．通过卡尔曼滤波器估计GPS和INS的误差量。从而实现系统的校正。在该组合模式中，GPS接收机只提供星历数据和伪距、伪距率即可，省去导航计算处理部分，有着精度高、鲁棒性好、抗干扰强等特点。其结构如图1所示。1．1组合系统的状态方程

7、本文所采用的地心固联坐标系(ECEF)为WGS一84空间直角坐标系，采用误差量方法建立GPS／INS18航天电子对抗2011(2)的状态方程，一方面，由于误差量变化率比较小，对滤波输出周期要求低，这意味着可以有更长的时间进行滤波计算，这一点在实时性要求比较高的组合导航系统中显得尤为重要。另一方面，由于误差量比较小，忽略二阶小量对滤波结果影响不大‘2J。Itt1紧组合GPS／INS组合导航系统结构图在伪距、伪距率组合中。组合系统状态方程由GPS的误差状态和INS的误差状态组成。GPS的误差状态通常取两个与时间有关的误差：一个是与时钟误差等效的距离误差，