一种超紧组合卫星导航接收机

摘要

本发明公开了一种超紧组合卫星导航接收机，包括射频前端，信号预处理器，基带预滤波器和导航滤波器，以及微惯导模块，伪距和伪距率计算模块以及星历解算与选星计算模块，在基带预滤波器与导航滤波器之间设置了自适应滤波器，将基带预滤波器输出作为输入，接入自适应滤波器，然后，将自适应滤波的输出作为观测量输入至导航滤波器进行数据融合，可显著提高跟踪环路稳定性和跟踪精度，从而提高GNSS定位对环境和运动状态的适应能力。进一步地，信号预处理器，基带预滤波器，自适应滤波器和导航滤波器，伪距和伪距率计算模块构成矢量跟踪环路，导航滤波器采用联邦滤波器，可以提高跟踪环路的稳定性和跟踪精度，进而提高GNSS定位可靠性和定位精度等性能。

主权项

1.一种超紧组合卫星导航接收机，包括射频前端，信号预处理器，基带预滤波器和导航滤波器，以及微惯导模块，伪距和伪距率计算模块，星历解算与选星计算模块，其中信号预处理模块包括相关器和本地信号生成器，其特征在于，所述基带预滤波器与导航滤波器之间设置有自适应滤波器；所述导航滤波器为联邦滤波器，包括主滤波器和至少一个子滤波器；其中，自适应滤波器的输出作为子滤波器的观测输入，主滤波器对各子滤波器的状态进行信息分配；各子滤波器的状态估计输出端连接主滤波器的观测输入端，主滤波器输出信息分配系数反馈给各子滤波器，用以重置子滤波器的状态估计值；所述的信息分配系数的表达式如下：${\beta }_{i\left(k\right)}=\frac{\mathrm{trace}\left[{\left(P_{\mathrm{ii}(k,k-1)}^{-1}\right)}^{*}\right]}{\mathrm{trace}\left[M_i{P}_{g(k,k-1)}^{-1}{M}_i^T\right]}$其中：β_i(k)为k时刻下第i子滤波器的信息分配系数，${\left(P_{\mathrm{ii}(k,k-1)}^{-1}\right)}^{*}={[{\Phi }_{k,k-1}{P}_{\mathrm{ii}(k-1)}{\Phi }_{k,k-1}^T+{\Gamma }_{k-1}{Q}_{i(k-1)}{\Gamma }_{k-1}^T]}^{-1},$M_i是子系统状态X_ik与总系统状态X_k之间存在的关系矩阵，Φ_k,k-1为k时刻下的状态转移矩阵，Q_i(k-1)为第i个子滤波器k-1时刻下的驱动噪声方差阵，P_ii(k,k-1)、P_ii(k-1)分别为第i个子滤波器k-1时刻下的预测误差方差矩阵和估计误差方差矩阵，P_g(k,k-1)为P_ii(k,k-1)对应的协方差矩阵，Γk-1为k-1时刻下的驱动噪声系数矩阵；所述的子滤波器包括纯GNSS模式下的GNSS滤波器，超紧组合模式下的GNSS/IMU组合导航滤波器和纯IMU微惯导滤波器；所述的自适应滤波器的状态方程为：$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\delta \rho }\\ \delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ \mathrm{\delta N}\\ {\Delta }_{\mathrm{ion}}\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ 0\\ 0\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\\ 0\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ w_a\\ 0\\ 0\\ w_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]$观测方程为：$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\delta \rho }\\ \delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ \mathrm{\delta N}\\ {\Delta }_{\mathrm{ion}}\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\delta \rho }\\ \delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ \mathrm{\delta N}\\ {\Delta }_{\mathrm{ion}}\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{w}_{\rho }\\ w_{\stackrel{.}{\rho }}\\ w_{\stackrel{..}{\rho }}\\ w_N\\ w_i\\ w_{\mathrm{io}}\end{array}\right]$所述的基带预滤波器的状态方程为：$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\delta \rho }\\ \delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ \mathrm{\delta N}\\ {\Delta }_{\mathrm{ion}}\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\delta \stackrel{.}{\rho }\\ \delta \stackrel{..}{\rho }\\ 0\\ 0\\ {\stackrel{.}{\Delta }}_{\mathrm{ion}}\\ 0\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ w_a\\ 0\\ 0\\ w_{\mathrm{ion}}\end{array}\right]$观测方程为：$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta \rho }\\ \mathrm{\Delta \phi }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\delta \rho }+{\Delta }_{\mathrm{ion}}\\ \mathrm{\delta \rho }-{\Delta }_{\mathrm{ion}}+\mathrm{\delta N}\end{array}\right]$其中：δρ为伪距残差，为伪距率残差，为伪距加速度残差，δN为载波相位整周残差，Δ_ion为电离层延时，为电离层延时率，w_a为伪距加速度过程噪声，w_ion为电离层噪声,w_ρ、w_N、w_i、w_io分别为伪距、伪距率、伪距加速度、载波相位整周模糊度、电离层延时、电离层延时率的观测噪声；Δρ为伪距残差测量值，Δφ为载波相位残差测量值。