【摘 要】
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当前,自动驾驶等行业应用领域对复杂城市环境下的车辆导航系统定位稳定性和定位精度保持能力等提出了更高的要求。现有比较成熟的基于MEMS惯性传感器的惯导/卫星（MINS/GPS）松组合导航系统在卫星信号部分遮挡或短时中断的情况下,定位精度完全依赖于MEMS惯性传感器的性能,存在定位不稳定、精度保持能力差等问题。基于MINS/GPS的超紧组合导航系统一方面发挥MINS短时精度优势辅助GPS载波跟踪环路,
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当前,自动驾驶等行业应用领域对复杂城市环境下的车辆导航系统定位稳定性和定位精度保持能力等提出了更高的要求。现有比较成熟的基于MEMS惯性传感器的惯导/卫星（MINS/GPS）松组合导航系统在卫星信号部分遮挡或短时中断的情况下,定位精度完全依赖于MEMS惯性传感器的性能,存在定位不稳定、精度保持能力差等问题。基于MINS/GPS的超紧组合导航系统一方面发挥MINS短时精度优势辅助GPS载波跟踪环路,提高卫星定位的抗干扰能力,另一方面利用多传感器数据融合技术提高卫星信号短时丢失条件下的定位精度保持能力,可以提高复杂城市环境下车载组合导航系统的的综合定位性能。本论文针对城市环境中卫星信号受遮挡、受干扰或短时丢失等造成MINS/GPS组合导航系统定位性能下降的问题,采用了MINS/GPS超紧组合导航系统方案,研究了MINS辅助GPS载波跟踪环路方法以及多源信息融合方法等技术,通过数学仿真、半实物仿真和跑车实验验证了相关方法的有效性。论文主要研究内容包括以下四个方面:（1）基于惯性导航与GPS导航原理,设计了MINS/GPS超紧组合导航系统方案,重点研究了惯性导航更新方法、GPS基带信号处理及定位方法、基于卡尔曼滤波的组合导航定位方法等。（2）以基本的二阶PLL为对象,研究了GPS载波跟踪技术,分析了基于二阶PLL的GPS载波跟踪环路无法实现动态性能和抗干扰性能两者兼顾的原因;研究了MINS辅助GPS载波跟踪环路技术,并对不同精度、不同更新速率的下的MINS辅助效果进行了对比分析,为超紧组合导航系统中MINS模块的器件选型和方案设计提出了建议。（3）研究了MINS/GPS/里程计多源信息融合方法,设计了里程计辅助的MINS/GPS紧组合导航方案。当GPS有效时,采用基于伪距、伪距率的MINS/GPS组合方法保障定位的稳定性;当GPS短时丢失时,通过MINS/里程计速度组合方法提高组合系统的定位精度保持能力。仿真结果表明,基于MINS/GPS/里程计的多源信息融合方法能够有效提高组合导航系统在复杂城市环境下的综合定位能力。（4）通过在现有的卫星导航实验验证平台上引入MINS辅助信息,验证了MINS辅助GPS载波跟踪环路方法能够有效提高卫星接收机对低载噪比卫星信号的跟踪能力;利用同步采集的微惯性传感器数据和卫星导航原始数据（导航电文及伪距、伪距率信息）,对MINS/GPS紧组合方法进行了半实物仿真,验证了卫星信号受干扰条件下的定位性能;搭建了MINS/GPS/里程计组合导航系统对多源信息融合方法进行验证,通过跑车实验验证了多源信息融合方法能够有效提高GPS卫星信号被遮挡时系统的定位精度保持能力。
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