基于微處理器的緊耦合組合導航系統設計

　　1 引 言

　　全球定位系統( GPS)具有全球覆蓋、全天候、實(shí)時(shí)導航、導航定位誤差不隨時(shí)間積累等優(yōu)點(diǎn)。但是，GPS衛星信號容易受到人為干擾；在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，將產(chǎn)生較大的衛星信號跟蹤誤差， 不能滿(mǎn)足載體實(shí)時(shí)導航與制導要求。

　　慣性導航系統具有自主式、隱蔽性導航， 工作環(huán)境不受介質(zhì)限制， 能提供豐富的導航信息， 以及導航數據輸出率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　由于GPS 與慣導均存在其自身難于克服的缺陷。因此， 在實(shí)際工程應用中， GPS /慣導組合導航系統設計和應用較為廣泛。如圖1所示。GPS與慣導組合后的優(yōu)勢在于:

　　( 1)克服各自缺點(diǎn)， 取長(cháng)補短， 組合導航精度高于兩個(gè)系統獨立工作的精度;( 2)提供利用GPS導航信息校正慣性傳感器的有效手段， 實(shí)現慣導系統在線(xiàn)校正;( 3)當載體機動(dòng)或干擾使衛星信號失鎖時(shí)， 可以暫時(shí)由慣導系統提供導航數據;( 4)慣導系統提供連續寬帶的位置、速度和姿態(tài)估計比單獨使用GPS的結果平滑;( 5)利用慣導系統速度信息輔助GPS接收機跟蹤環(huán)， 可以增大等效噪聲帶寬， 既保證在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下對衛星信號的穩定跟蹤， 又提高接收機的抗干擾性能;( 6)組合系統有利于GPS衛星信號的完整性監測， 增強系統可靠性能和容錯能力;( 7)對于GPS 載波相位測量， 慣導系統提供的信息有利于GPS衛星整周模糊度參量的快速解算，可以很好地解決周跳探測與修復問(wèn)題， 并且降低至少4顆衛星同步可觀(guān)測的要求;( 8)采用中、低精度的慣性?xún)x表與GPS OEM 板集成， 不僅技術(shù)上容易實(shí)現， 滿(mǎn)足實(shí)際應用的精度要求， 而且設備研制成本低， 可以獲得較好的經(jīng)濟效益。

圖1 GPS /慣導組合導航系統的互補性

　　2 GPS /慣導組合模式

　　依據不同的分類(lèi)標準， GPS 與慣導系統有多種組合形式， 但其本質(zhì)都是一致的。其中較為先進(jìn)的是利用偽距和偽距率信息的緊耦合組合模式。如圖2所示， 緊耦合模式的優(yōu)點(diǎn)在于:

　　( 1) GPS與慣導系統集成， 實(shí)現硬件一體化， 導航計算精度高， 實(shí)際應用更為有效。

　　( 2)不需要同時(shí)跟蹤4 顆以上的衛星， 才能進(jìn)行組合導航計算。

　　( 3)使用一個(gè)卡爾曼濾波器， 當GPS 不能正常工作時(shí)， 慣導系統暫時(shí)提供導航參數。

圖2 GPS /慣導緊耦合模式原理框圖