基于微處理器的緊耦合組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引 言

　　全球定位系統(tǒng)( GPS)具有全球覆蓋、全天候、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、導(dǎo)航定位誤差不隨時(shí)間積累等優(yōu)點(diǎn)。但是，GPS衛(wèi)星信號(hào)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(wèi)星信號(hào)跟蹤誤差， 不能滿足載體實(shí)時(shí)導(dǎo)航與制導(dǎo)要求。

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

　　由于GPS 與慣導(dǎo)均存在其自身難于克服的缺陷。因此， 在實(shí)際工程應(yīng)用中， GPS /慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用較為廣泛。如圖1所示。GPS與慣導(dǎo)組合后的優(yōu)勢(shì)在于:

　　( 1)克服各自缺點(diǎn)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 組合導(dǎo)航精度高于兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立工作的精度;( 2)提供利用GPS導(dǎo)航信息校正慣性傳感器的有效手段， 實(shí)現(xiàn)慣導(dǎo)系統(tǒng)在線校正;( 3)當(dāng)載體機(jī)動(dòng)或干擾使衛(wèi)星信號(hào)失鎖時(shí)， 可以暫時(shí)由慣導(dǎo)系統(tǒng)提供導(dǎo)航數(shù)據(jù);( 4)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供連續(xù)寬帶的位置、速度和姿態(tài)估計(jì)比單獨(dú)使用GPS的結(jié)果平滑;( 5)利用慣導(dǎo)系統(tǒng)速度信息輔助GPS接收機(jī)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(duì)衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤， 又提高接收機(jī)的抗干擾性能;( 6)組合系統(tǒng)有利于GPS衛(wèi)星信號(hào)的完整性監(jiān)測(cè)， 增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性能和容錯(cuò)能力;( 7)對(duì)于GPS 載波相位測(cè)量， 慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的信息有利于GPS衛(wèi)星整周模糊度參量的快速解算，可以很好地解決周跳探測(cè)與修復(fù)問(wèn)題， 并且降低至少4顆衛(wèi)星同步可觀測(cè)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(shù)上容易實(shí)現(xiàn)， 滿足實(shí)際應(yīng)用的精度要求， 而且設(shè)備研制成本低， 可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 GPS /慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的互補(bǔ)性

　　2 GPS /慣導(dǎo)組合模式

　　依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)， GPS 與慣導(dǎo)系統(tǒng)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(dǎo)系統(tǒng)集成， 實(shí)現(xiàn)硬件一體化， 導(dǎo)航計(jì)算精度高， 實(shí)際應(yīng)用更為有效。

　　( 2)不需要同時(shí)跟蹤4 顆以上的衛(wèi)星， 才能進(jìn)行組合導(dǎo)航計(jì)算。

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

圖2 GPS /慣導(dǎo)緊耦合模式原理框圖