甘 雨

信息工程大學地理空間信息學院，河南 鄭州450001

INS不依賴外部信號源，抗干擾性強，以高采樣率輸出導航信息，但其誤差隨時間積累，GNSS導航結(jié)果長期穩(wěn)定性較高，但存在采樣率較低、信號易受干擾等缺點，將兩者組合形成GNSS／INS系統(tǒng)可以最大程度發(fā)揮各自優(yōu)勢。提升硬件水平能改善導航定位性能，但成本巨大，短期內(nèi)收效甚微。如何在現(xiàn)有硬件水平下完成各項導航定位任務(wù)是當前極為重要和迫切的問題。

GNSS／INS組合系統(tǒng)采樣率高、連續(xù)性好、輸出參數(shù)全面，已滲透到國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域，不同用戶對組合系統(tǒng)的要求不同，如在航空航天中完好性及連續(xù)性要求嚴格，測繪和地球動力學要求定位精度高，陸地車輛導航關(guān)注設(shè)備成本；某些應(yīng)用領(lǐng)域僅需位置速度信息，而越來越多的用戶要求導航系統(tǒng)能夠提供可靠的姿態(tài)信息。在不同的應(yīng)用背景下，所面臨的重點難點問題不同，需根據(jù)實際情況采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，實現(xiàn)性能和成本最優(yōu)化。

本文對GNSS／INS組合系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及GNSS／INS載波相位精密定位、測姿的理論進行了系統(tǒng)深入的研究，內(nèi)容涵蓋GNSS／INS組合導航數(shù)據(jù)處理模型的精化改進、GNSS／RISS系統(tǒng)濾波模型建立、INS輔助GNSS精密定位、GNSS多天線測姿。論文的主要研究內(nèi)容如下：

（1）提出了基于噪聲建模的EMD區(qū)間閾值消噪方法，有效削弱了慣性元器件的隨機誤差；利用時頻分析方法建立了組合導航先驗濾波模型，克服了傳統(tǒng)依經(jīng)驗確定濾波參數(shù)的缺點；采用時間差分載波相位與偽距進行雙周期更新，精度優(yōu)于傳統(tǒng)偽距緊組合導航。

（2）設(shè)計了一種GNSS／RISS雙濾波器組合模式，將航向角和位置速度分別濾波，使得狀態(tài)模型和觀測模型均為線性形式，提高了計算效率和實時性；由GNSS單天線與陀螺儀組合構(gòu)建的航向角濾波器，兼顧了陀螺儀的短期高精度和GNSS測姿的長期穩(wěn)定性。

（3）提出了INS輔助GNSS實時動態(tài)單頻周跳探測方法，推導了INS虛擬觀測值輔助GNSS模糊度解算的隨機模型，提高了模糊度固定的正確率和效率，提出了利用INS幾何信息輔助模糊度單歷元直接固定的方法，該方法無須對模糊度進行搜索，效率極高。

（4）在基線－姿態(tài)解算方式中，使用基線信息構(gòu)成虛擬觀測方程輔助模糊度解算，提高了固定成功率；在觀測值－姿態(tài)解算方式中，將自適應(yīng)抗差Kalman濾波用于觀測值直接瞬時測姿，構(gòu)建了狀態(tài)模型及自適應(yīng)因子，有效提高了模糊度浮點解的精度和穩(wěn)定性。