文章编号：1005-6734(2011)04-0462-05加速度辅助的EKF跟踪环及时间延迟影响分析郭瑶，吴文启，罗兵，唐康华（国防科技大学机电工程与自动化学院，长沙410073）摘要：高动态情况下，GNSS/INS紧耦合系统中传统的速度辅助跟踪环路容易失锁，针对该问题提出一种加速度辅助的EKF载波跟踪方法。惯性辅助环路的跟踪性能与惯性信息计算的卫星多普勒误差大小有关，这决定于惯性信息的精度和时间延迟，其中时间延迟主要包括环路预测引入的延迟及辅助信息更新率低于环路更新率引入的延迟。通过分析指出，在时间延迟的影响下，加速度辅助计算的卫星多普勒误差远小于速度辅助。以PLI为衡量指标，仿真试验表明了在高动态且惯性信息存在时间延迟的情况下，传统速度辅助估计的多普勒误差过大，无法辅助环路跟踪。而提出的加速度辅助EKF跟踪环受时间延迟的影响较小，误差小于1g的加速度信息可辅助跟踪存在10g/s视线加加速度的高动态卫星信号。关键词：紧耦合；高动态；加速度辅助；EKF跟踪环；时间延迟中图分类号：U666.1文献标志码：AAccelerationaidedEKF-PLLandanalysisoftimedelayeffectGUOYao,WUWen-qi,LUOBing,TANGKang-hua(CollegeofMechatronicsandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:InviewthattraditionalvelocityaidedGNSScarriertrackingloopinGNSS/INStightlycoupledsystemiseasytoloselockunderhighdynamicsituation,anacceleration-aidedEKF-PLLcarriertrackingmethodisproposed.Theperformanceofinertialinformationaidedtrackingloopisrelatedtothesatellitedopplererrorinducedbyinertialinformation,andthesatellitedopplererrorisdeterminedbytheaccuracyandtimedelayofaidinginertialinformation.Besides,thetimedelayismainlyinducedbythepredictionloopandtheaidinginformationwhoseupdaterateislowerthanthatoftrackingloop.Theanalysisshowsthatthedopplererrorcalculatedbyaccelerationaidingislessthantheonebyvelocityaiding.TakethePLIasparameterindex,thesimulationtestshowsthat,underhighdynamicsituationandinertialinformationtimedelay,thedopplererrorestimatedbytraditionalvelocityaidingistoolargetoaidthetrackingloop,whiletheerrorestimatedbyaccelerationaidedEKF-PLLisrobusttotimedelay,andtheaccelerationerrorlessthan1gcanbeusedtoaidthetrackofthehighdynamicsignalwith10g/sline-of-sightjerk.精确制导武器向着高超音速方向发展，如高超音速巡航弹、弹道导弹等，这些代表了一类高动态、超高动态的应用背景。使用GNSS伪距、伪距率与惯性测量信息进行组合的GNSS/INS紧组合系统进行导航已经得到普遍研究与应用。其中，若将惯性信息用于辅助GNSS环路的跟踪，则实现了紧耦合。紧耦合系统中载波跟踪一般采用三阶锁相环，而传统的固定增益锁相环带宽是固定的，这对于动态性所要求的高带收稿日期：2010-04-11；修回日期：2011-08-10基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）（2006AA12Z319）作者简介：郭瑶（1985—），女，博士研究生，从事组合导航研究。E-mail：guo_y@yahoo.cn联系人：吴文启（1967—），男，教授，博士生导师。E-mail：wenqiwu_lit@hotmail.com第4期郭瑶等：加速度辅助的EKF跟踪环及时间延迟影响分析463宽和抗干扰所要求的低带宽而言存在矛盾[1-2]。此外，传统的惯性辅助方式为使用当前时刻的惯性信息及卫星星历计算得到的卫星-用户视线速度估计下一时刻的多普勒频移和载波NCO控制量，因而辅助信息存在一个环路更新时间的延迟，并且若惯性信息的更新率低于载波环路更新率，则辅助信息还将引入与更新率有关的时间延迟。由于辅助信息存在时间延迟，高动态情况下的载波多普勒变化剧烈，传统方法计算得到的多普勒频移误差较大，速度辅助的载波跟踪环容易失锁。算法完成惯性导航计算，得到100Hz的位置、速度、加速度、姿态等惯性信息；GNSS模块将卫星接收的射频信号经过射频前端处理后，进行捕获跟踪，当成功跟踪信号后，读取基带寄存器得到载波相位信息，解析导航数据，得到星历、伪距...