一种级联式惯性/卫星深组合导航滤波器观测量提取方法

摘要

本发明公开了一种级联式惯性/卫星深组合导航滤波器观测量提取方法，属于惯性/卫星组合导航技术领域。该方法包括以下步骤：首先选取惯性/卫星深组合跟踪环路的鉴别器模型；在传统预处理滤波器模型基础上，提出基于三维状态量的载波预处理、基于四维状态量的载波和码预处理滤波器模型；在基于子系统参数做差式的基础上进行改进，采用基于环路参量估计式方法提取组合导航滤波器观测量。本方法能够提高惯性/卫星深组合跟踪环路的性能，有效降低了组合导航滤波器观测量误差，提高了惯性/卫星深组合系统的导航解算精度，适合于工程应用。

主权项

一种级联式惯性/卫星深组合导航滤波器观测量提取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、选取惯性/卫星深组合跟踪环路的鉴别器模型：选取码跟踪环鉴相器模型：码跟踪环采用延迟锁定环路，其鉴别方式是非相干超前减滞后幅值法，公式如下所示：$\Delta \phi =\frac{1}{2}·\frac{\sqrt{({I_E}^2+{Q_E}^2)}-\sqrt{({I_L}^2+{Q_L}^2)}}{\sqrt{({I_E}^2+{Q_E}^2)}+\sqrt{({I_L}^2+{Q_L}^2)}}$上式中，Δφ为码相位误差，I_E和Q_E为超前支路相干积分结果，I_L和Q_L为滞后支路相干积分结果；选取载波跟踪环鉴相器模型：载波跟踪环路中，锁频环和锁相环互相结合，采用锁频环辅助锁相环的方式保持相位一致并锁定频率，采用的科斯塔斯环鉴相方式为二象限反正切函数法，公式如下所示：$\Delta \theta =\arctan \left(\frac{Q_P}{I_P}\right)$上式中，Δθ为载波相位误差，I_P和Q_P为即时支路相干积分结果；选取载波跟踪环鉴频器模型：锁频环鉴频器采用的是四象限反正切函数法，公式如下所示：$\Delta f=\frac{\arctan 2(P_{cross},P_{dot})}{2\pi T}$上式中，Δf为载波频率误差，P_cross和P_dot分别为叉积和点积，即：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{corss}=I_P(k-1)Q_P\left(k\right)-Q_P(k-1)I_P\left(k\right)\\ P_{dot}=I_P(k-1)I_P\left(k\right)+Q_P(k-1)Q_P\left(k\right)\end{array}\right.;$步骤二、在基于三维状态量的载波预处理滤波模型的基础上，建立基于四维状态量的载波和码预处理滤波器模型：当码跟踪环鉴相结果和载波鉴相结果同时进行环路参量预处理，构建四位状态量的滤波器模型；在基于载波和码预处理的跟踪环路模型中，将鉴别器输出的码环估计的误差量Δφ，以及载波环估计的误差量Δθ、Δω和作为状态量X$X={\left[\begin{array}{cccc}\Delta \phi & \Delta \theta & \Delta \omega & \Delta \stackrel{·}{\omega }\end{array}\right]}^T$基于此状态量的预处理滤波器状态方程为：${\left[\begin{array}{c}\Delta \phi \\ \Delta \theta \\ \Delta \omega \\ \Delta \stackrel{·}{\omega }\end{array}\right]}_{k+1}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& \frac{{\lambda }_{carr}}{{\lambda }_{code}}T& 0\\ 0& 1& T& \frac{1}{2}{T}^2\\ 0& 0& 1& T\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}\Delta \phi \\ \Delta \theta \\ \Delta \omega \\ \Delta \stackrel{·}{\omega }\end{array}\right]}_k+\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]W$上式中，W表示状态噪声；预处理滤波器的观测量选择码环和载波环鉴相器的输出，码环鉴相函数选择非相干超前减滞后幅值法，载波环鉴相函数选择二象限反正切函数法，结合公式构建的观测方程为：${\left[\begin{array}{c}\Delta {\phi }_{code}\\ {\mathrm{\Delta \theta }}_{carr}\end{array}\right]}_k=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& \frac{1}{2}T& \frac{1}{6}{T}^2\end{array}\right]X_k+V_k$上式中，V_k表示观测噪声；步骤三、在基于子系统参数做差式的基础上改进，采用基于环路参量估计式方法提取组合导航滤波器观测量；分别获取惯性导航系统和卫星导航系统解算的伪距、伪距率，则基于子系统参数做差的组合导航滤波器观测量由两者直接做差得到，伪距差Δρ和伪距率差方程如下：Δρ＝ρ_I‑ρ_G$\Delta \stackrel{·}{\rho }={\stackrel{·}{\rho }}_I-{\stackrel{·}{\rho }}_G$以上两式中，ρ_I和ρ_G分别是惯性导航系统和卫星导航系统解算的伪距，和分别是惯性导航系统和卫星导航系统解算的伪距率；在卫星与载体视线方向上，稳定跟踪环路估计得到的码相位差和两个子系统推算的载体位置误差存在对应关系；基于环路参量估计式的提取方法中，伪距差Δρ是通过码跟踪环鉴相器输出，并通过预处理滤波器估计的码相位误差线性转换得到，转换公式为：Δρ＝λ_codeΔφ上式中，λ_code表示伪码波长；在卫星与载体视线方向上，稳定跟踪环路估计得到的载波频率差和两个子系统推算的载体速度误差存在对应关系；基于环路参量估计式的提取方法中，伪距率差是通过载波跟踪环鉴相器输出，并通过预处理滤波器估计的载波相位误差线性转换得到，转换公式为：$\Delta \stackrel{·}{\rho }={\lambda }_{carr}\frac{\Delta \theta }{2\pi T}$上式中，λ_carr表示载波波长，T为环路周期。