针对BDS/MEMS IMU深组合导航全物理实验难度较大的问题.提出一种基于软件接收机的BDS/MEMS深组合导航系统仿真分析方法。给出BDS软件接收机结构。介绍深组合导航系统结构设计及滤波算法,最后基于仿真数据进行验证。结果表明.在高动态条件下,就BDS/MEMS IMU导航系统而言.其深组合的导航精度较紧组合有较大提高，位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m/s.

       GNSS和INS在导航上各具优势,可通过组合导航方式弥补各自的劣势。根据观测量的不同,有松组合.紧组合和深组合3种组合模式。GNSS/INS深组合是一种深层次的、基于硬件层面的组合方式.实现了INS导航参数与GNSS接收机相关器输出的1/Q信号的融合,利用修正后的导航信息来控制、调整码/载波数控振荡器(NCO),在满足动态性能指标的前提下.减小跟踪环路带宽，提高接收机的抗噪能力。GNSS/INS深组合模式降低了INS对精度的要求,并在结构设计上具有优势,这就为微电子机械系统( micro-eleetro mechanical system, MEMS)IMU参与组合提供了可能。目前,BDS已经在亚太区域得到广泛应用，国内MEMS IMU研究工作也取得了较大进展，采用硬件集成技术对BDS/MEMS IMU深组合导航系统进行芯片级的改造,不仅有利于强干扰、超高动态应用背景下的精确制导武器现代化改造，在民用领域也有广阔的应用前景。

基于软件接收机的BDS/MEMS深组合导航系统提供了一个开放的信号处理平台,便于进行深组合导航滤波算法的研究,方便深组合系统的设计及性能验证分析。本文尝试用软件接收机进行BDS/MEMS深组合导航系统算法分析,为后续工程化应用提供技术依据。

       深组合的中心思想是通过设计相关器残差实现参数计算,并基于此进行北斗卫星数据跟踪环路的数据估计。通常有2种设计方案:一种是级联式深组合导航系统,其组合导航滤波器的量测值为经基带信号预处理滤波器处理后的基带I/Q信息;另一种是集中式深组合导航系统，其组合导航滤波器的量测值为基带1I/Q信息与惯性导航估计的1/Q信息之差。本文以集中式深组合导航系统为例进行分析。

       从BDS/ MEMSIMU深组合导航结构可以看出,这种组合模式将导航参数估计与BDS信号跟踪融合在一起,可在同一时刻遍历全部北斗卫星观测数据。基于MEMS IMU短时间内的高精度导航优势，依靠其确定载体的运动状态,提高接收机对系统动态性能的稳定性，降低北斗信号跟踪环路的带宽。同时,利用导航滤波器输出信息修正MEMSIMU,使BDS接收机跟踪环路仅跟踪由MEMSIMU解算误差、BDS接收机晶振、外界干扰等产生的Doppler频移误差,进一步改善跟踪精度。当北斗信号受干扰或丢失时，仍然可以凭借MEMSIMU的观测数据继续导航，并对北斗卫星观测数据的Doppler和相位偏移数据进行持续估计,大大降低接收机再次截取数据的时间。

       为了验证BDS/MEMSIMU深组合导航系统性能,基于系统原理和环境特性设计开发仿真平台,其主要功能包括:标称轨迹的生成、中频北斗卫星信号仿真、模拟北斗卫星软件接收机、多精度IMU数据仿真.惯性导航计算等。BDS 信号采用BDS星座B频点信号,码速率为2. 046mHz.选用的参考时刻为2019-09-09 00: 00 : 00,卫星截止高度角取15° ,频点模拟信号的采样频率为30 mHz.中频频率为7 mHz,预检测积分为1 ms.组合周期为1 s。模拟MEMS IMU系统元件数据见表1.迭代频率为100 Hz。仿真初始运动速度为1000m/s.初始运动加速度为100m/s，姿态方位角全部为0°。初始方位数据为东经108°、北纬39° .高程为200 m.初始方位误差信息为2 m,初始速度误差为0.1 m/s,初始对准姿态角误差为0.1.模拟实验时长为200 s.以模拟实验的理论运动轨迹为标准值.仿真结果与BDS/MEMS IMU紧组合导航系统进行比较。

从仿真结果比较可以看出:

       1)BDS/MEMS IMU深组合系统的位置和速度误差能够进人较为准确的区间内。位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m/s.并且收敛时间较短。

       2)在高动态条件下,就BDS/MEMS IMU导航系统而言,其深组合的导航精度较紧组合的导航精度有较大提高。

       本文基于软件接收机在处理基带数据方面具有良好特性的优点,对BDS/MEMS IMU深组合导航的性能进行分析。考虑到组合导航系统中状态变量与量测信息呈非线性关系,采用UKF算法进行滤波器设计。仿真实验结果表明,在高动态条件下，就BDS/MEMS IMU导航系统而言，其深组合的导航精度较紧组合的导航精度有较大提高,且其位置和速度误差能够进人较为准确的区间内,位置误差小于1 m,速度误差小于0.01m/s。本文分析结果为进一步开发BDS/MEMSIMU深组合导航系统提供了理论借鉴。