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、實時導航、導航定位誤差不隨時間積累等優點。但是，GPS衛星信號容易受到人為干擾；在高動態環境下，將產生較大的衛星信號跟蹤誤差， 不能滿足載體實時導航與制導要求。

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

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

　　( 1)克服各自缺點， 取長補短， 組合導航精度高于兩個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， 實現慣導系統在線校正;( 3)當載體機動或干擾使衛星信號失鎖時， 可以暫時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， 可以增大等效噪聲帶寬， 既保證在高動態環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題， 并且降低至少4顆衛星同步可觀測的要求;( 8)采用中、低精度的慣性儀表與GPS OEM 板集成， 不僅技術上容易實現， 滿足實際應用的精度要求， 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

　　依據不同的分類標準， GPS 與慣導系統有多種組合形式， 但其本質都是一致的。其中較為先進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， 緊耦合模式的優點在于:

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

　　( 2)不需要同時跟蹤4 顆以上的衛星， 才能進行組合導航計算。

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

圖2 GPS /慣導緊耦合模式原理框圖