一種gnss/ins深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航與通信領(lǐng)域，尤其是GNSS/INS組合導(dǎo)航。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著GNSS技術(shù)的發(fā)展以及INS傳感器技術(shù)水平的進(jìn)步，GNSS/INS組合導(dǎo)航 技術(shù)獲得了長足的發(fā)展。GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法已經(jīng)得到了深入的研究。 而INS輔助的跟蹤環(huán)路的深耦合導(dǎo)航技術(shù)的提出使得GNSS接收機(jī)可以適應(yīng)更加復(fù)雜的外 部環(huán)境與動態(tài)性能。
[0003] GNSS/INS深耦合系統(tǒng)雖然可以提高兩個系統(tǒng)各自的性能，但是隨之而來的也提高 了系統(tǒng)出錯的風(fēng)險。當(dāng)INS單元出現(xiàn)故障，尤其是當(dāng)故障為漸變式時，會導(dǎo)致輔助后的GNSS 跟蹤環(huán)路的失鎖或誤跟蹤，GNSS跟蹤環(huán)路的失鎖與誤跟蹤會進(jìn)而影響對INS的傳遞對準(zhǔn)， 最終導(dǎo)致整個系統(tǒng)的發(fā)散，嚴(yán)重影響了 INS輔助的跟蹤環(huán)路的深耦合系統(tǒng)的魯棒性。在INS 故障的情況下若直接切斷INS對GNSS接收機(jī)跟蹤環(huán)路的輔助會導(dǎo)致接收機(jī)的失鎖，因此應(yīng) 該設(shè)計相應(yīng)的GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路切換方法以實(shí)現(xiàn)GNSS/INS深耦合系統(tǒng)跟蹤環(huán)路狀 態(tài)的切換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路跟蹤狀態(tài)切換 中存在的問題，設(shè)計了一種GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助切換方法，該方法可以在INS出 現(xiàn)故障時完成對GNSS/INS深耦合系統(tǒng)載波跟蹤環(huán)路輔助狀態(tài)的切換，避免了由INS故障所 造成的深耦合系統(tǒng)發(fā)散的問題，提高了系統(tǒng)的整體性能。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 步驟1 :在組合導(dǎo)航接收機(jī)對衛(wèi)星信號捕獲完成后，GNSS/INS深耦合系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入 INS輔助下的深耦合環(huán)路跟蹤狀態(tài)，載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld如下：
[0008] 其中Kswlteh為INS輔助開關(guān)量，在初始狀態(tài)下設(shè)置為1，f INS為INS輔助下的載波頻 率估計量，fro是根據(jù)INS輸出的接收機(jī)動態(tài)信息，結(jié)合GNSS接收機(jī)解算的衛(wèi)星動態(tài)信息而 計算出的衛(wèi)星信號相對于接收機(jī)的多普勒頻移，f Swlteh為切換頻率，在初始狀態(tài)下設(shè)置為衛(wèi) 星信號的載波捕獲頻率，feal為環(huán)路累加鎖存頻率，在初始狀態(tài)下設(shè)置為〇 ;
[0009] 步驟2 :當(dāng)INS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由輔助切 換為不輔助，為了避免直接斷開載波跟蹤環(huán)路輔助量f Ald所造成的GNSS信號失鎖問題，載 波跟蹤環(huán)路輔助量fAld仍然按照公式（1)計算，但其中環(huán)路累加鎖存頻率f eal以及INS輔助 開關(guān)量Kswlteh按照公式（2)、公式（3)進(jìn)行計算：
[0012] 其中，公式（2)中/&(^為狀態(tài)更新前的前一個時刻的環(huán)路累加鎖存頻率；
[0013] 步驟3 :當(dāng)INS系統(tǒng)故障排除之后，將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由不輔 助切換為輔助，載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld仍然按照公式（1)計算，但公式（1)中的切換頻率 4_與INS輔助開關(guān)量K swlteh按照公式（4)、公式（5)進(jìn)行計算：
[0014] fSwltch= f C_Loop ⑷
[0015] Kswltch= 1 (5)
[0016] 其中切換時刻載波的跟蹤頻率；
[0017] 由此，GNSS/INS深耦合系統(tǒng)根據(jù)INS系統(tǒng)根據(jù)是否存在故障在步驟2與步驟3之 間進(jìn)行切換，保證GNSS/INS深耦合系統(tǒng)可以對環(huán)路的輔助量進(jìn)行控制。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所設(shè)計的GNSS/INS深耦合系統(tǒng)載波跟蹤環(huán)路輔助的 切換方法，可以有效地實(shí)現(xiàn)GNSS/INS深耦合系統(tǒng)中INS對GNSS接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路輔助 狀態(tài)的切換，當(dāng)INS出現(xiàn)故障時可以通過該方法對GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)進(jìn)行 切換，避免INS故障所造成的深耦合系統(tǒng)的發(fā)散，有效地提高了深耦合系統(tǒng)的魯棒性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明設(shè)計的模糊控制下的魯邦深耦合跟蹤方法方案圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022] 本實(shí)施例的魯棒深耦合跟蹤方法的具體實(shí)施方案如圖1所示，INS輔助下的載 波頻率估計量f INS，經(jīng)過輔助狀態(tài)切換單元后得到載波跟蹤環(huán)路輔助量fAid，將載波跟蹤環(huán) 路輔助量匕3與環(huán)路濾波器的輸出結(jié)果進(jìn)行累加即完成了 GNSS/INS深耦合系統(tǒng)中INS對 GNSS接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路的輔助。
[0023] 如圖2本發(fā)明的切換方法的流程圖所示，本發(fā)明的環(huán)路輔助切換方法的具體步驟 為：
[0024] 步驟1 :在對衛(wèi)星信號捕獲完成后GNSS/INS深耦合系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入INS輔助下的深耦 合環(huán)路跟蹤狀態(tài)，載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld如下式所示。其中f INS為INS輔助下的載波頻率 估計量，Kswlteh為INS輔助開關(guān)量，在初始狀態(tài)下設(shè)置為l，f Swlteh為切換頻率，在初始狀態(tài)下 設(shè)置為衛(wèi)星信號的載波捕獲頻率，feal為環(huán)路累加鎖存頻率，在初始狀態(tài)下設(shè)置為0。
[0026] 步驟2 :若INS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則應(yīng)將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由輔助 切換為不輔助，為了避免直接斷開載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld所造成的時所問題，此時仍然保 持對載波跟蹤環(huán)路輔助量f Ald按照公式（1)計算，但對頻率累加鎖存量feal以及INS輔助開 關(guān)量Kswlteh按照公式（2)、公式（3)所示進(jìn)行更新，公式（2)中/ffi (i )為狀態(tài)更新前的前一 個時刻的環(huán)路累加鎖存頻率：
[0028] Kswltch= 0 (3)
[0029] 步驟3 :當(dāng)INS故障排除之后，則應(yīng)將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由不輔 助切換為輔助，此時仍然保持對載波跟蹤環(huán)路輔助量f Ald按照公式（1)計算，但應(yīng)對切換頻 率fSwltoh與INS輔助開關(guān)量K Swlteh按照公式（4)、公式（5)所示進(jìn)行更新：
[0032] 其中fc>p為切換時刻載波的跟蹤頻率，之后根據(jù)INS是否存在故障在步驟2與步 驟3之間進(jìn)行切換即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助切換方法，其特征在于包括下述步驟： 步驟1 :在組合導(dǎo)航接收機(jī)對衛(wèi)星信號捕獲完成后，GNSS/INS深耦合系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入INS輔 助下的深耦合環(huán)路跟蹤狀態(tài)，載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld如下： 【AidKSwitch(fINS【Switch)+fcal (1) 其中KSwlteh為INS輔助開關(guān)量，在初始狀態(tài)下設(shè)置為1，fINS為INS輔助下的載波頻率估 計量，fINii是根據(jù)INS輸出的接收機(jī)動態(tài)信息，結(jié)合GNSS接收機(jī)解算的衛(wèi)星動態(tài)信息而計算 出的衛(wèi)星信號相對于接收機(jī)的多普勒頻移，fSwlteh為切換頻率，在初始狀態(tài)下設(shè)置為衛(wèi)星信 號的載波捕獲頻率，feal為環(huán)路累加鎖存頻率，在初始狀態(tài)下設(shè)置為〇 ; 步驟2 :當(dāng)INS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由輔助切換為 不輔助，為了避免直接斷開載波跟蹤環(huán)路輔助量fAldK造成的GNSS信號失鎖問題，載波跟 蹤環(huán)路輔助量fAld仍然按照公式（1)計算，但其中環(huán)路累加鎖存頻率feal以及INS輔助開關(guān) ..桉昭/A忒徘籽彳+曾.其中，公式（2)中狀態(tài)更新前的前一個時刻的環(huán)路累加鎖存頻率； 步驟3 :當(dāng)INS系統(tǒng)故障排除之后，將GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)由不輔助切 換為輔助，載波跟蹤環(huán)路輔助量fAld仍然按照公式（1)計算，但公式（1)中的切換頻率fSwlteh 與INS輔助開關(guān)量KSwlteh按照公式（4)、公式（5)進(jìn)行計算： fSwitchfC-Loop (4) KSwltch= 1 (5) 其中切換時刻載波的跟蹤頻率； 由此，GNSS/INS深耦合系統(tǒng)根據(jù)INS系統(tǒng)根據(jù)是否存在故障在步驟2與步驟3之間進(jìn) 行切換，保證GNSS/INS深耦合系統(tǒng)可以對環(huán)路的輔助量進(jìn)行控制。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助切換方法，該方法可以在INS出現(xiàn)故障時完成對GNSS/INS深耦合系統(tǒng)載波跟蹤環(huán)路輔助狀態(tài)的切換，有效地實(shí)現(xiàn)GNSS/INS深耦合系統(tǒng)中INS對GNSS接收機(jī)載波跟蹤環(huán)路輔助狀態(tài)的切換，當(dāng)INS出現(xiàn)故障時可以通過該方法對GNSS/INS深耦合系統(tǒng)環(huán)路輔助狀態(tài)進(jìn)行切換，避免INS故障所造成的深耦合系統(tǒng)的發(fā)散，有效地提高了深耦合系統(tǒng)的魯棒性。
【IPC分類】G01C21/16, G01S19/48
【公開號】CN105258700
【申請?zhí)枴緾N201510697375
【發(fā)明人】徐昊偉, 廉保旺, 何偉, 廉杰, 唐成凱, 王嘉寧, 楊瓊
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月23日