by Leo
GNSS/INS組合導航系統體系結構的不同主要表現在三個方面:對慣性導航參如何校正;使用什么類型的GNSS測量;INS和組合算法如何輔助GNSS用戶設備。這三方面在很大程度上是相互獨立。根據組合結構的不同,通常將GNSS/ INS組合導航系統分為非耦合、松耦合、緊耦合、深耦合等幾類,下面逐個進行解釋。
組合GNSS和INS最簡單的方法是非耦合(uncoupled)系統,這里GNSS只是簡單地以一定的時間間隔,重置慣性導航參數。已安裝INS的飛機進行GPS改造時,常采用這種結構。嚴格來說,非耦合系統并不是真正意義上的組合。
松耦合(loosely coupled)GNSS/ INS組合導航系統,使用GNSS位置和速度作為組合算法的測量輸入,與INS校正類型或GNSS輔助無關。由于GNSS用戶設備已經融入了導航濾波器,因此松耦合系統是一個級聯結構。這是位置域組合。簡單來說,就是GNSS導航結果修正INS累積誤差。
緊耦合(tightly coupled)GNSS/ INS組合導航系統,使用GNSS偽距和偽距率、偽距增量或者ADR測量作為組合算法的輸入,同樣不考慮INS校正類型或GNSS輔助。這是距離域組合。也就是說,INS與GNSS在觀測量層面進行融合,GNSS觀測量輔助INS,INS輔助GNSS數據處理,以提高精度和穩定性。
深耦合(deeply coupled)GNSS/ INS組合導航系統,將GNSS/ INS組合和GNSS信號跟蹤合并為單個估計算法。這種組合采用GNSS相關通道中的I和Q信號作為測量,生成用于控制GNSS接收機中參考碼和載波的NCO命令。這是跟蹤域的組合。INS介入GNSS信號處理層面,INS輔助GNSS信號捕獲、跟蹤,可以改善GNSS動態靈敏度,動態精度,抗干擾性能。
耦合方式對比表
|
松耦合 |
緊耦合 |
深耦合 |
信息融合深度 |
GNSS導航結果 |
GNSS觀測量 |
GNSS信號 |
接收機調整 |
不需要 |
導航解算 |
基帶控制 |
實現難度 |
容易 |
較難 |
復雜 |
動態性能 |
一般 |
較好 |
優越 |
完好性 |
抗干擾能力差 |
少于4顆衛星顆持續更新 |
好,接收機觀測質量改善 |
系統成本 |
一般需要戰術級以上IMU器件 |
一般需要戰術級以上IMU器件 |
較低,可采用MEMS IMU |
現狀 |
低端商用 |
商用/軍用 |
研究/軍用 |
超緊耦合(ultratightly coupled,UTC)這一術語通常用來描述帶有GNSS跟蹤環輔助的跟蹤域和距離域的組合,而緊密耦合(closely coupled)這一術語用于位置域和距離域的組合。