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基于软件接收器的BDS / MEMS IMU深度集成导航性能分析有哪些优势?
- 2020-03-20-

      针对BDS / MEMS IMU深度集成导航系统进行完整物理实验的困难,提出了一种基于软件接收机的BDS / MEMS深度集成导航系统仿真分析方法。给出了BDS软件接收器的结构。介绍了深度集成导航系统的结构设计和滤波算法。最后,验证基于仿真数据。结果表明,在高动态条件下,就BDS / MEMS IMU导航系统而言,其深度组合的导航精度与紧密组合相比大大提高,位置误差小于1 m,速度误差较小。小于0.01 m / s。


      GNSS和INS在导航方面有自己的优势,可以通过组合导航来弥补各自的劣势。根据不同的观察,存在三种组合:松散组合,紧密组合和深层组合。GNSS / INS深度组合是一种基于硬件的深层次组合方法。它实现了INS导航参数与GNSS接收机相关器输出的1 / Q信号的融合,并使用修改后的导航信息来控制和调整代码。/载波数控振荡器(NCO),在满足动态性能指标的前提下。减少跟踪环路带宽并提高接收器的抗干扰能力。GNSS / INS深度组合模式降低了INS的精度要求,并在结构设计上具有优势,这为微机电系统(MEMS)IMU参与组合提供了可能性。目前,BDS已在亚太地区得到广泛应用,而国内MEMS IMU的研究工作也取得了很大进展。硬件集成技术用于在芯片级改造BDS / MEMS IMU深度集成导航系统,不仅有利于强干扰和超高动态应用背景下的精确制导武器的现代化在民用领域具有广阔的应用前景。

基于软件接收器的BDS / MEMS深度集成导航系统提供了一个开放的信号处理平台,有助于进行深度集成导航滤波算法的研究,并有助于深度集成系统的设计和性能验证分析。本文试图通过软件接收器来分析BDS / MEMS深度集成导航系统的算法,为后续工程应用提供技术依据。


      深度组合的中心思想是通过设计相关器的残差来计算参数,并据此估计北斗卫星数据跟踪环路的数据。通常有两种设计方案:一种是级联深度集成导航系统,集成导航滤波器的测量值是基带信号预处理滤波器处理后的基带I / Q信息。另一个是集中式。在深度集成导航系统中,集成导航滤波器的测量值是基带1I / Q信息与惯性导航估计1 / Q信息之差。本文以集中式深度集成导航系统为例进行分析。


      从BDS / MEMSIMU的深度集成导航结构可以看出,这种组合模式结合了导航参数估计和BDS信号跟踪,并且可以同时遍历所有北斗卫星观测数据。基于MEMS IMU的短期高精度导航优势,依靠它来确定载波的运动状态,提高接收机对系统动态性能的稳定性,并减少北斗信号跟踪环路的带宽。同时,导航滤波器的输出信息用于校正MEMSIMU,因此BDS接收机跟踪环路仅跟踪MEMSIMU解决方案误差,BDS接收机晶体和外部干扰等引起的多普勒频移误差。 ,以进一步提高跟踪精度。


      为了验证BDS / MEMSIMU深度集成导航系统的性能,根据系统原理和环境特点设计并开发了一个仿真平台,其主要功能包括:标称轨迹的生成,北斗中频卫星信号的仿真,对北斗卫星信号的仿真。北斗卫星软件接收器,以及高精度IMU数据。模拟。惯性导航计算。BDS信号使用编码率为2.046mHz的BDS星座B频点信号。所选参考时间为2019-09-09 00:00:00,卫星截止角为15°,模拟信号采样频率为30 mHz。中频为7 mHz,预检测积分为1 ms,组合周期为1 s。有关模拟MEMS IMU系统组件数据,请参见表1。迭代频率为100 Hz。模拟的初始运动速度为1000m / s。初始运动加速度为100m / s,姿态方位角均为0°。初始方位角数据是东经108°和北纬39°。高程为200 m。初始方位角误差信息为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。仿真实验持续时间为200 s。模拟实验的理论运动轨迹用作标准值。仿真结果与BDS / MEMS IMU紧凑型集成导航系统进行了比较。初始方位角数据是东经108°和北纬39°。高程为200 m。初始方位角误差信息为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。仿真实验持续时间为200 s。模拟实验的理论运动轨迹用作标准值。仿真结果与BDS / MEMS IMU紧凑型集成导航系统进行了比较。初始方位角数据是东经108°和北纬39°。高程为200 m。初始方位角误差信息为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。仿真实验持续时间为200 s。模拟实验的理论运动轨迹用作标准值。仿真结果与BDS / MEMS IMU紧凑型集成导航系统进行了比较。


从仿真结果的比较可以看出:


      1)BDS / MEMS IMU深度组合系统的位置和速度误差可以输入更准确的间隔。位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m / s。并且收敛时间短。


      2)在高动态条件下,就BDS / MEMS IMU导航系统而言,其深度组合的导航精度要大于紧密组合的导航精度。


      本文基于软件接收器在处理基带数据中的优势,分析了BDS / MEMS IMU深度集成导航的性能。考虑到组合导航系统中状态变量与测量信息之间的非线性关系,采用UKF算法设计滤波器。仿真结果表明,在高动态条件下,就BDS / MEMS IMU导航系统而言,其深层组合的导航精度更严格,组合的导航精度大大提高,其位置和速度误差可以被更准确地输入。在此间隔内,位置误差小于1 m,速度误差小于0.01 m / s。

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