[发明专利]一种GNSS/INS组合导航同步模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星导航（GNSS）和惯性导航（INS）的组合导航同步模拟系统，实现卫星导航信号和惯性导航数据的同步仿真，可以满足GNSS/INS松组合导航系统、紧组合导航系统以及深组合导航系统的测试，为车辆、舰船以及飞机、导弹等高精度、高动态载体的组合导航系统开发和测试提供全面仿真环境。

背景技术

GNSS信号模拟器根据载体动态特性等各种因素的影响，模拟产生接收机接收到的各种卫星导航信号，从而为接收机的研制开发、测试提供仿真环境。由于卫星导航存在易受电磁波干扰、定位频率低的缺点，而惯性导航存在误差无限累积的缺点，因此对于飞机、导弹等高精度、高动态的载体，常采用GNSS/INS的组合导航系统实现载体的导航定位，GNSS可以辅助INS克服误差累积的缺点，INS也可以在GNSS受到电磁干扰无法定位时提供定位结果，并帮助GNSS检测伪距和多普勒频移等测量值的正直性和准确性。

对于GNSS/INS组合导航系统常见的组合方式有松组合、紧组合和深组合。松组合导航系统将GNSS和INS两个导航子系统在位置、速度和姿态角这一领域内进行组合；GNSS和INS在伪距、载波相位和多普勒频移等观测数据领域内进行的组合称为紧组合；深组合导航系统将INS的传感测量值直接反馈给GNSS接收机的信号跟踪环路，使得接收机可以相应减小信号跟踪环路的滤波带宽，从而降低环路中的测量噪声，提高信噪比。

采用卫星导航和惯性导航的组合导航接收机在测试时，一般采用GNSS信号模拟器配合INS仿真系统的方式进行测试。GNSS信号模拟器根据设定的载体动态特性生成模拟的卫星导航信号供组合导航接收机定位，同时组合导航接收机接收来自INS仿真系统的惯性导航数据。

但是，GNSS信号模拟器和INS仿真系统是两个分离的仿真系统，无法保证GNSS信号模拟器输出信号和INS仿真系统输出数据的同步。GNSS信号输出和INS数据输出的不同步和输出频率的不一致，有时会导致接收机需要设计多个滤波器，从而增加了导航解算的数据量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种GNSS/INS组合导航同步模拟系统，该系统能够同步仿真卫星导航信号和惯性导航数据，进而完成卫星导航与惯性导航接收机的组合导航测试。

本发明所采用的技术方案为：

一种GNSS/INS组合导航同步模拟系统，包括载体运动轨迹生成模块，GNSS仿真子系统、INS仿真子系统、射频模块和时钟分路同步模块；

载体运动轨迹生成模块根据设定的载体类型、运动类型和参数生成载体运动参数，所述载体运动参数包括为GNSS仿真子系统提供的运动参数，为INS仿真子系统提供的仿真理论值以及用于定位解算的载体运动参数初值；

所述时钟分路同步模块包括时钟同步单元和惯性导航数据输出单元；时钟同步单元通过时钟同步总线与惯性导航数据输出单元和GNSS仿真子系统相连；

GNSS仿真子系统根据载体运动轨迹生成模块输出的载体运动参数模拟出载体接收的卫星模拟中频信号；GNSS仿真子系统在时钟同步单元输出的同步信号控制下输出卫星模拟中频信号；

射频模块将GNSS仿真子系统输出的卫星模拟中频信号进行上变频获得卫星导航仿真射频信号；所述卫星导航仿真射频信号输入至GNSS/INS组合导航接收机；

INS仿真子系统包括惯性测量器件仿真模块和惯性导航定位解算模块，惯性测量器件仿真模块根据所述仿真理论值获得仿真测量值，惯性导航定位解算模块根据所述仿真测量值和用于定位解算的载体运动参数初值进行定位解算获得惯性导航数据，惯性导航定位解算模块将惯性导航数据输出至所述惯性导航数据输出单元，惯性导航数据输出单元在时钟同步单元输出的同步信号控制下输出惯性导航数据。

所述仿真理论值包括载体相对于惯性坐标系的角速度和比力。

GNSS仿真子系统包括导航电文观测数据生成模块和卫星导航信号生成模块；导航电文观测数据生成模块包括卫星轨道仿真模块、测量误差仿真模块和导航电文观测数据生成模块。

卫星导航信号生成模块包括多个导航信号生成单元，所述多个导航信号生成单元通过时钟同步总线与时钟同步单元相连。

所述惯性导航数据包括定位解算后的载体位置、速度、加速度和姿态。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：