甘 雨

信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450001

INS不依賴外部信號(hào)源，抗干擾性強(qiáng)，以高采樣率輸出導(dǎo)航信息，但其誤差隨時(shí)間積累，GNSS導(dǎo)航結(jié)果長(zhǎng)期穩(wěn)定性較高，但存在采樣率較低、信號(hào)易受干擾等缺點(diǎn)，將兩者組合形成GNSS／INS系統(tǒng)可以最大程度發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。提升硬件水平能改善導(dǎo)航定位性能，但成本巨大，短期內(nèi)收效甚微。如何在現(xiàn)有硬件水平下完成各項(xiàng)導(dǎo)航定位任務(wù)是當(dāng)前極為重要和迫切的問題。

GNSS／INS組合系統(tǒng)采樣率高、連續(xù)性好、輸出參數(shù)全面，已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，不同用戶對(duì)組合系統(tǒng)的要求不同，如在航空航天中完好性及連續(xù)性要求嚴(yán)格，測(cè)繪和地球動(dòng)力學(xué)要求定位精度高，陸地車輛導(dǎo)航關(guān)注設(shè)備成本；某些應(yīng)用領(lǐng)域僅需位置速度信息，而越來越多的用戶要求導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供可靠的姿態(tài)信息。在不同的應(yīng)用背景下，所面臨的重點(diǎn)難點(diǎn)問題不同，需根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)性能和成本最優(yōu)化。

本文對(duì)GNSS／INS組合系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及GNSS／INS載波相位精密定位、測(cè)姿的理論進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，內(nèi)容涵蓋GNSS／INS組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模型的精化改進(jìn)、GNSS／RISS系統(tǒng)濾波模型建立、INS輔助GNSS精密定位、GNSS多天線測(cè)姿。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）提出了基于噪聲建模的EMD區(qū)間閾值消噪方法，有效削弱了慣性元器件的隨機(jī)誤差；利用時(shí)頻分析方法建立了組合導(dǎo)航先驗(yàn)濾波模型，克服了傳統(tǒng)依經(jīng)驗(yàn)確定濾波參數(shù)的缺點(diǎn)；采用時(shí)間差分載波相位與偽距進(jìn)行雙周期更新，精度優(yōu)于傳統(tǒng)偽距緊組合導(dǎo)航。

（2）設(shè)計(jì)了一種GNSS／RISS雙濾波器組合模式，將航向角和位置速度分別濾波，使得狀態(tài)模型和觀測(cè)模型均為線性形式，提高了計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性；由GNSS單天線與陀螺儀組合構(gòu)建的航向角濾波器，兼顧了陀螺儀的短期高精度和GNSS測(cè)姿的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

（3）提出了INS輔助GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)單頻周跳探測(cè)方法，推導(dǎo)了INS虛擬觀測(cè)值輔助GNSS模糊度解算的隨機(jī)模型，提高了模糊度固定的正確率和效率，提出了利用INS幾何信息輔助模糊度單歷元直接固定的方法，該方法無須對(duì)模糊度進(jìn)行搜索，效率極高。

（4）在基線－姿態(tài)解算方式中，使用基線信息構(gòu)成虛擬觀測(cè)方程輔助模糊度解算，提高了固定成功率；在觀測(cè)值－姿態(tài)解算方式中，將自適應(yīng)抗差Kalman濾波用于觀測(cè)值直接瞬時(shí)測(cè)姿，構(gòu)建了狀態(tài)模型及自適應(yīng)因子，有效提高了模糊度浮點(diǎn)解的精度和穩(wěn)定性。