摘要：針對高動態(tài)和干擾環(huán)境下GPS接收機工作時存在的問題，研究了SINS/GPS四種典型組合模式的工作機理，從系統(tǒng)的動態(tài)適應(yīng)性和抗干擾性等方面對各組合模式的特點進(jìn)行了深入分析；最后，從抗干擾能力、精度、快速性及魯棒性等方面對其中兩種代表性組合導(dǎo)航模式的性能進(jìn)行了詳細(xì)的仿真驗證與比較，并給出了可供工程參考應(yīng)用的建議。

關(guān)鍵詞：GPS；捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)；載波跟蹤環(huán)；動態(tài)性；抗干擾能力

中圖分類號：TJ765；TN967.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673—5048（2013）03—0003—06

0 引言

GPS與SINS的組合始于20世紀(jì)80年代初期，其最初的組合模式為松組合（Loosely coupled）與緊組合（Tightly coupled），均以SINS為主，在GPS正常工作時，利用GPS提供的精確導(dǎo)航信息對SINS誤差定期進(jìn)行估計與校正：在GPS因信號遮擋或干擾無法工作時，SINS單獨工作。松組合與緊組合具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)等優(yōu)點；但當(dāng)載體進(jìn)行高動態(tài)機動或GPS接收機受外界干擾而無法正常工作時。SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度將隨飛行時間增加而急劇下降，系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力較差，應(yīng)用范圍受到很大的限制。

隨著航空航天技術(shù)和精確制導(dǎo)武器的發(fā)展，為滿足高動態(tài)用戶（殲擊機、導(dǎo)彈等）及強干擾條件下的應(yīng)用需求，以緊組合為基礎(chǔ)發(fā)展起來的SINS/GPS超緊組合（Ultra-tightly coupled）和深組合（Deeply coupled）導(dǎo)航系統(tǒng)，成為SINS/GPS組合系統(tǒng)的新一代設(shè)計模式。超緊組合和深組合改變了傳統(tǒng)意義的跟蹤環(huán)，將組合的概念應(yīng)用到了接收機內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，它能夠利用組合濾波器的估計信息，縮短GPS信號失鎖后的重捕獲時間。并為跟蹤環(huán)提供速度輔助信息，從而提高GPS接收機的動態(tài)性能與抗干擾能力。

本文對目前SINS/GPS四種典型組合模式工作機理及在高動態(tài)、干擾環(huán)境下的適應(yīng)性進(jìn)行分析，并利用開發(fā)的GPS軟件接收機仿真平臺，對其中兩種代表性組合模式的性能進(jìn)行了驗證。

1 SINS/GPS不同組合模式工作機理

1.1 SINS/GPS松組合模式

松組合是一種低水平的SINS/GPS組合模式，其原理如圖1所示。該組合系統(tǒng)中，GPS和SINS獨立工作，在GPS正常工作時，通過專用接口將兩者的量測數(shù)據(jù)輸入組合濾波器，其組合的作用表現(xiàn)在利用GPS信息通過Kalman濾波器估計并校正SINS誤差，以使SINS能夠保持較高精度的導(dǎo)航精度；當(dāng)GPS不可用時，SINS單獨工作。這種組合模式因具有簡單、便于工程實現(xiàn)且有一定的余度等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。在GPS工作良好區(qū)或短時間不可工作時，該組合系統(tǒng)的導(dǎo)航精度較高，一般不低于GPS精度。

但是，由于GPS仍作為一個單獨的系統(tǒng)使用，當(dāng)載體進(jìn)行高動態(tài)機動或GPS信號受到干擾的影響而長時間無法工作時，該組合導(dǎo)航模式的精度將隨著時間的增加而急劇下降，因而其可靠性和抗干擾能力較差。

1.2 SINS/GPS緊組合模式

緊組合模式就是通常所說的偽距、偽距率組合模式，其原理如圖2所示。根據(jù)SINS信息和衛(wèi)星星歷計算接收機相對于衛(wèi)星視線方向（LOS）的距離、距離率，并與GPS碼環(huán)和載波環(huán)得到的偽距和偽距率相減，作為Kalman濾波器的量測信息。然后利用Kalman濾波器估計SINS的誤差量以及接收機鐘差等。最后對SINS輸出或反饋校正。緊組合模式中，GPS接收機仍然獨立于SINS，結(jié)構(gòu)簡單，可使用估值信息來重置SINS的參數(shù)。相對于松組合模式。該模式采用原始的偽距和偽距率測量值直接送人組合濾波器。使系統(tǒng)的可觀測性大大增強，理論上的組合效果比采用位置、速度組合的松組合好。但由于它不能直接利用SINS輔助，因此在高動態(tài)機動或GPS信號受到干擾的影響下存在與松組合模式同樣的問題。

1.3 SINS/GPS超緊組合模式

超緊組合與緊組合模式相比，除了采用偽距、偽距率組合外，還利用SINS輸出的速率信息輔助GPS的跟蹤環(huán)路，其工作原理如圖3所示。

利用SINS提供的速率信息輔助載波環(huán)和碼環(huán)，可以增強對信號的動態(tài)跟蹤性能與抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)的精確性和可靠性。常用的慣導(dǎo)輔助方法是將SINS計算得到的偽距率與跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器輸出相加，送人載波NCO（數(shù)控振蕩器）或碼NCO。在有SINS速率輔助并假定接收機具有較高精度時鐘信號的情況下。載波環(huán)帶寬可降至1～2 Hz，使抗干擾能力相對于無速率輔助情況提高約15 dB甚至更高。

在干擾很小的情況下。采用單純的GPS接收機就可實現(xiàn)對所有可視衛(wèi)星的載波跟蹤，載波跟蹤環(huán)還可為碼環(huán)提供高質(zhì)量的載波輔助以保證碼的正常跟蹤。這時，采用超緊組合模式還存在需要改變傳統(tǒng)的GPS接收機的硬件的問題，與緊組合模式相比并無大的優(yōu)勢。

在中等干擾情況下，為了減小外界干擾噪聲對系統(tǒng)性能的影響，要求跟蹤環(huán)路中濾波器的低通濾波性能要好，即濾波器的頻率帶寬越窄越好。但濾波器的帶寬又直接影響整個跟蹤回路的等效環(huán)路帶寬，若濾波器的帶寬很窄，則很可能使環(huán)路帶寬小到無法滿足載體動態(tài)性的要求，即不能實現(xiàn)對所有可視衛(wèi)星的載波跟蹤。在干擾時間較短的情況下，GPS接收機的碼跟蹤環(huán)路不會出現(xiàn)失鎖，利用偽碼測距的GPS接收機仍能獲得較高的精度。但是在干擾時間較長情況下，載波跟蹤環(huán)路的失鎖將導(dǎo)致碼環(huán)失鎖，這時無論采用載波相位測距還是偽碼測距的接收機，其性能都會急劇惡化。而采用超緊組合模式可以利用SINS輔助的速度信息，既可滿足動態(tài)情況下輸入信號帶寬增大的要求，又可減小GPS接收機環(huán)路濾波器的帶寬，滿足噪聲濾除的要求，提高接收機的抗干擾能力。

在高動態(tài)強干擾應(yīng)用場合，GPS載波會產(chǎn)生較大的多普勒頻移和頻移變化率，偽隨機碼也會產(chǎn)生動態(tài)時延和頻移，使用傳統(tǒng)的載波鎖相環(huán)和偽碼鎖相環(huán)，載波多普勒頻移常常會超出鎖相環(huán)的捕獲帶，而不能保證對載波的可靠捕獲和跟蹤。為此就必須增加環(huán)路的帶寬，這樣又會引入寬帶噪聲，當(dāng)噪聲電平超過環(huán)路工作門限時，將使載波跟蹤環(huán)路失鎖。隨著干擾或動態(tài)的增強，最終將引起碼環(huán)的失鎖，從而得不到偽距測量值，而且重新捕獲時間加長，使得導(dǎo)航解發(fā)散。若采用超緊組合模式，利用SINS提供的速率信息輔助載波環(huán)和碼環(huán)，可以提高信號動態(tài)跟蹤與抗干擾性能，從而提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性。

1.4 SINS/GPS深組合模式

深組合是一種新的SINS/GPS組合模式。它以矢量跟蹤為基礎(chǔ)，采用SINS與GPS接收機信號相關(guān)器的輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，接收機內(nèi)部不需要進(jìn)行信號跟蹤。信號跟蹤是在數(shù)據(jù)融合時統(tǒng)一進(jìn)行的。因此在理論上，深組合性能將明顯優(yōu)于緊組合與超緊組合模式，實現(xiàn)了“全局最優(yōu)”。

在深組合模式中，使用一個大的濾波器或者成倍的小濾波器，用GPS接收機通道中同相（I）和正交相（Q）的相關(guān)采樣值作為濾波器的觀測量來更新濾波狀態(tài)。本地載波的數(shù)控振蕩器和碼環(huán)數(shù)控振蕩器的控制量（輸入量）來自于組合導(dǎo)航濾波器的輸出。而組合導(dǎo)航濾波器以GPS接收機輸出的偽距、偽距率與SINS計算得到的偽距、偽距率差值作為觀測量，并根據(jù)SINS誤差傳播方程建立的誤差模型對SINS進(jìn)行反饋校正。因而，可以獲得更高的載波相位跟蹤帶寬和抗干擾能力。深組合模式原理如圖4所示。

通過對GPS接收信號進(jìn)行相關(guān)處理后獲得正交采樣信號實際殘差的測量值，即可得到Kalman預(yù)濾波器的精確量測量。此時，偽距率好的可觀測性使得積分Kalman濾波器能夠快速收斂。在深組合模式的實現(xiàn)過程中，本地NCO的控制算法利用校正后的SINS導(dǎo)航數(shù)據(jù)、衛(wèi)星位置、接收機鐘差以及組合導(dǎo)航濾波器輸出的GPS估計值綜合計算控制指令。用于調(diào)節(jié)本地信號使其與接收的GPS信號相一致。因而，可以獲得更高的載波與碼跟蹤帶寬和抗干擾能力。但這種深組合工作模式，需要對現(xiàn)有的SINS系統(tǒng)和GPS接收機的硬件部分進(jìn)行改造以滿足一體化要求，其工程實現(xiàn)比較復(fù)雜。

2 不同組合模式性能分析

下面主要從抗干擾能力、動態(tài)性和精確性方面對SINS/GPS各組合模式的性能進(jìn)行比較：

（1）松組合模式的精度優(yōu)于GPS單獨工作時的精度。如果GPS長時間單獨工作在信號容易中斷的環(huán)境中，要求IMU具有較高的精度，使之在信號中斷的情況下仍能滿足導(dǎo)航精度的要求。但在松組合模式下，由于在信號連續(xù)時可以利用GPS對IMU進(jìn)行誤差標(biāo)定，使用低精度的IMU與GPS組合，即可獲得較高的導(dǎo)航精度。

（2）緊組合模式除了具有松組合模式的優(yōu)點外，由于采用了GPS輸出的基本觀測量信息（偽距、多普勒頻移和偽距率等），克服了松組合模式中量測信息的相關(guān)性問題，因而它還可以提供比松組合更高的導(dǎo)航精度。但由于緊組合模式仍然沒有利用SINS信息對GPS進(jìn)行輔助，因而其動態(tài)性、抗干擾性與松組合模式相當(dāng)。

（3）超緊組合模式一方面利用GPS定位信息對SINS進(jìn)行校正，控制其誤差隨時間積累，提高SINS的導(dǎo)航精度；另一方面，利用SINS信息來輔助GPS信號跟蹤環(huán)路，可基本消除由載體機動所引起的動態(tài)跟蹤誤差。因而超緊組合系統(tǒng)中GPS接收機可以采用很窄的環(huán)路帶寬。提高對噪聲或干擾的容限。并使接收機能夠在惡劣信號環(huán)境中快速重新捕獲GPS信號。

相對于松組合及緊組合模式，超緊組合模式具有以下優(yōu)點：提高了系統(tǒng)的抗干擾能力與GPS接收機的捕獲與跟蹤性能。當(dāng)GPS信號的信噪比低于跟蹤門限或GPS接收機出現(xiàn)故障時，SINS可以獨立進(jìn)行導(dǎo)航定位：當(dāng)GPS信號條件改善時。SINS可以向GPS接收機提供初始位置、速度等信息，以供重新迅速捕獲GPS信號的偽碼和載波相位，縮短GPS重新捕獲信號的時間，從而減小了干擾對系統(tǒng)性能的影響。提高了GPS接收機的捕獲和跟蹤性能。另外，利用SINS提供的載體動態(tài)信息輔助GPS跟蹤環(huán)路，可以減小環(huán)路跟蹤載體高動態(tài)所需的大的帶寬，保證以較小的帶寬捕獲并鎖定GPS衛(wèi)星信號，從而減小由載體的動態(tài)性所引起的跟蹤誤差，帶寬的縮小還可以進(jìn)一步減弱噪聲引起的跟蹤誤差，提高GPS接收機的跟蹤精度。

（4）深組合是一種新型SINS/GPS組合模式，其優(yōu)勢在于在弱信號環(huán)境下或者面對有意/無意干擾時。系統(tǒng)具有更高的魯棒性、跟蹤能力和導(dǎo)航精度。傳統(tǒng)的跟蹤環(huán)各自獨立工作，易于失鎖；而深組合基于矢量跟蹤方式，可以充分利用GPS信號跟蹤與導(dǎo)航狀態(tài)解算之間的內(nèi)在耦合關(guān)系，實現(xiàn)強信號通道對弱信號通道的輔助。同時，矢量跟蹤技術(shù)能夠降低信號噪聲，使之不容易進(jìn)入非線性區(qū)，從而提高GPS接收機對弱信號的跟蹤性能。當(dāng)某顆衛(wèi)星的信號由于干擾而無法檢測時，其他衛(wèi)星的信號仍然與相應(yīng)的本地信號進(jìn)行相關(guān)運算，導(dǎo)航信息的更新并不會中斷。只有某顆衛(wèi)星的信號完全被阻塞干擾時，得到的量測值會產(chǎn)生很大的變化，但可通過相應(yīng)的預(yù)濾波量測互協(xié)方差矩陣，采用去權(quán)重的方法減小其影響。此外，深組合模式的跟蹤環(huán)路濾波器帶寬可以適應(yīng)濾波器所建模的任何對象，提高了跟蹤環(huán)路的抗干擾能力。

深組合模式的另一特點是對Kalman預(yù)濾波器沒有嚴(yán)格的要求。而傳統(tǒng)的跟蹤環(huán)對實時性要求較高。Kalman預(yù)濾波器可以在一個主循環(huán)內(nèi)接收所有的正交采樣數(shù)據(jù)并在下一個主循環(huán)時間內(nèi)進(jìn)行處理，因此可以采用更高級的信號處理算法。但是，在深組合模式中，傳統(tǒng)的跟蹤環(huán)路被最優(yōu)濾波算法替代，接收機內(nèi)部變化很大，工程實現(xiàn)復(fù)雜。

綜合以上對各種組合模式特點的分析。表1從捕獲能力、信號再捕獲能力、定位精度、弱信號或強干擾性、系統(tǒng)實現(xiàn)難易程度、系統(tǒng)成本等方面對4種組合模式進(jìn)行了定性的對比。

3 SINS/GPS組合導(dǎo)航仿真系統(tǒng)設(shè)計

SINS/GPS組合導(dǎo)航仿真系統(tǒng)由IMU數(shù)據(jù)模擬器、SINS導(dǎo)航解算環(huán)節(jié)、GPS中頻信號模擬器、GPS軟件接收機和SINS/GPS組合濾波器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，各部分的主要功能如下：

（1）IMU數(shù)據(jù)模擬

根據(jù)設(shè)計的載體運動軌跡數(shù)據(jù)。模擬IMU敏感載體輸出的比力、角速度數(shù)據(jù)。

（2）SINS的導(dǎo)航解算

將IMU慣性測量單元測得的載體在慣性坐標(biāo)系的角速率和比力數(shù)據(jù)。送入SINS導(dǎo)航解算環(huán)節(jié)進(jìn)行解算，以得到載體的位置、速度及姿態(tài)信息。

（3）GPS中頻信號模擬

根據(jù)接收機的當(dāng)前時間，模擬衛(wèi)星星座，并通過信號編碼得到導(dǎo)航電文。同時，根據(jù)時間信息和衛(wèi)星的軌道根數(shù)得到相應(yīng)的衛(wèi)星位置和速度信息，結(jié)合設(shè)計的軌跡數(shù)據(jù)得到接收機當(dāng)前時刻的位置和速度，反推出從衛(wèi)星信號發(fā)射到載體上的接收機接收所需的傳輸時間以及由于衛(wèi)星與接收機之間徑向運動引起的多普勒頻移。根據(jù)得到的傳輸時間及多普勒頻移，模擬GPS接收機接收到的衛(wèi)星中頻信號的載波及C/A碼，最后通過編碼得到GPS中頻信號。

（4）GPS軟件接收機

將模擬的GPS中頻信號作為GPS軟件接收機的輸入。軟件接收機包括信號捕獲與跟蹤、位同步、幀同步、導(dǎo)航電文解碼、衛(wèi)星位置和速度計算、偽距和偽距率計算等部分。利用SINS的速度信息轉(zhuǎn)換成載波多普勒頻移對載波環(huán)進(jìn)行輔助，并利用載波環(huán)得到的多普勒頻移轉(zhuǎn)換成碼多普勒頻移輔助碼環(huán)。通過碼環(huán)輸出的1000 bps導(dǎo)航電文信息進(jìn)行位同步、幀同步后得到50 bps的導(dǎo)航電文，通過導(dǎo)航電文計算衛(wèi)星的位置和速度信息；同時。根據(jù)碼環(huán)和載波環(huán)的跟蹤結(jié)果計算衛(wèi)星與接收機間的相對距離、距離率，并作為組合濾波器的觀測量進(jìn)行最優(yōu)狀態(tài)估計。

（5）SINS/GPS組合濾波算法

SINS/GPS組合導(dǎo)航濾波算法包括：SINS誤差模型、GPS誤差模型、GPS跟蹤環(huán)路誤差模型、GPS觀測模型、Kalman濾波模型、SINS誤差修正模型。將SINS計算得到的距離、距離率與GPS輸出的偽距、偽距率作差，送人SINS/GPS組合導(dǎo)航濾波器以更新濾波的狀態(tài)：同時，利用組合導(dǎo)航濾波器估計的SINS誤差結(jié)合誤差校正模型對SINS進(jìn)行反饋校正。此外，利用修正后的SINS導(dǎo)航信息對GPS的載波跟蹤環(huán)路進(jìn)行輔助，將SINS計算得到的距離率信息轉(zhuǎn)換成載波多普勒頻移送入GPS載波NCO。

4 系統(tǒng)性能仿真驗證與分析

下面利用開發(fā)的SINS/GPS組合導(dǎo)航仿真平臺，從抗干擾能力、精度、快速性及魯棒性等方面對超緊組合與松組合模式的性能進(jìn)行對比。

仿真條件如下：SINS的初始速度誤差為1m/s，初始位置誤差為10m，初始失準(zhǔn)角為1′，陀螺儀的常值漂移、一次項誤差和驅(qū)動白噪聲分別為0.3（°）/h，5×10^-4，0.02（°）/h，加速度計的常值偏置、一次項誤差、二次項誤差以及驅(qū)動白噪聲分別為100μg，1×10^-4，1×10^-5g^-1，10μg。

4.1 抗干擾能力對比

考慮對信號突然施加信噪比為-20 dB的干擾信號，比較此時載波跟蹤環(huán)的測量精度。

圖6為500—600 ms內(nèi)對中頻信號施加-20dB的突變干擾時GPS軟件接收機通道1～4的跟蹤結(jié)果（局部放大圖）。可以看出，在信號信噪比突然降低情況下，采用松組合模式時，載波多普勒頻移跟蹤誤差突然增大至5～6 Hz：當(dāng)采用超緊組合模式時，載波環(huán)在信號突變干擾情況下，其跟蹤誤差略有增大，但其精度仍然能夠達(dá)到1Hz。由于在超緊組合模式中，利用SINS信息輔助GPS跟蹤環(huán)，從而有效減小了環(huán)路帶寬，提高了對噪聲及干擾的抑制能力，使其抗干擾性能優(yōu)于松組合模式。

4.2 跟蹤快速性與精度對比

在松組合模式中，利用GPS信息可以估計出SINS的誤差參數(shù)以及接收機的鐘差參數(shù)等，并對SINS進(jìn)行修正，控制其誤差隨時間的積累。在超緊組合模式中，不僅可以利用GPS對SINS進(jìn)行修正，還可以利用SINS短時間內(nèi)定位精度較高和數(shù)據(jù)采樣率高的特點，為GPS提供輔助信息，使GPS接收機可以保持較低的跟蹤帶寬，從而改善GPS重新俘獲衛(wèi)星信號的能力。

通過SINS輔助GPS接收機為載波跟蹤環(huán)提供精確的速度輔助，再用載波跟蹤環(huán)為碼跟蹤環(huán)提供載波輔助，消除了載波跟蹤環(huán)和碼跟蹤環(huán)中載體的大部分動態(tài)因素，降低了載波跟蹤環(huán)帶寬。通過載波跟蹤環(huán)提供給碼跟蹤環(huán)的載波輔助，使碼跟蹤環(huán)噪聲帶寬B降低，而B的降低使GPS偽距測量精度得到提高。載波環(huán)的帶寬B可以從12 Hz減小到1 Hz，碼環(huán)的帶寬B從2 Hz減小到0.3 Hz。這樣就降低了載波和碼噪聲帶寬，使SINS輔助的GPS跟蹤環(huán)始終在窄的噪聲帶寬上運行，從而降低跟蹤門限值，提高GPS接收機的抗干擾能力，使GPS接收機可以在高的RF干擾電平下提供更精確的速度測量值。精確的GPS測量速度允許SINS在更大RF干擾電平下繼續(xù)獲得精確GPS速度測量校正，從而提高了SINS的導(dǎo)航精度。

圖7為四個通道在松組合和超緊組合模式下載波跟蹤環(huán)PLL跟蹤得到的多普勒頻移誤差放大的局部圖。從圖中可以看出，SINS/GPS組合濾波器收斂后采用SINS速度信息輔助GPS的載波跟蹤環(huán)PLL，以補償載體動態(tài)引起的載波多普勒頻移。因而在SINS輔助的情況下GPS的載波跟蹤環(huán)PLL的帶寬大大減小。其跟蹤的多普勒頻移誤差較之未輔助的松組合模式也大大減小。

4.3 跟蹤魯棒性對比

為了比較SINS/GPS超緊組合與松組合兩種不同工作狀態(tài)的可靠性和魯棒性。假定在GPS軟件接收機開始工作后500～600 ms信號發(fā)生中斷，即假定在這段時間接收機沒有輸入信號，圖8～9分別為信號中斷情況下GPS的跟蹤結(jié)果。

由前面的分析可知，在信號中斷的情況下。超緊組合模式可以利用速率輔助DLL以保持碼相位對齊，且DLL的碼發(fā)生器NCO僅由前向支路控制。圖8為信號中斷情況下通道1的本地復(fù)現(xiàn)碼超前、滯后和即時碼的功率?？梢钥闯?，在信號恢復(fù)時，其跟蹤過程并不存在過渡現(xiàn)象，這表明在信號中斷的情況下，采用超緊組合模式，本地復(fù)現(xiàn)碼與輸入信號的真實C/A碼仍然能夠較好地對準(zhǔn)。

圖9表示各通道采用超緊組合模式載波跟蹤環(huán)的跟蹤結(jié)果?？梢钥闯?，在信號中斷的情況下，采用超緊組合模式在組合濾波器輸出的速率輔助信息的幫助下仍然可以很快地跟蹤上多普勒頻移，且跟蹤精度較高。而采用松組合模式，由于信號突然發(fā)生中斷，載波跟蹤環(huán)無法跟蹤由于接收機和衛(wèi)星之間因相對運動引起的載波多普勒頻移。

在SINS或GPS出現(xiàn)故障的情況下，采用松組合模式，由于兩個系統(tǒng)仍然獨立工作，導(dǎo)航系統(tǒng)有一定的冗余，因而在低動態(tài)、弱干擾情況下，系統(tǒng)具有一定的魯棒性；而采用超緊組合模式，由于兩個系統(tǒng)相互耦合，需要有完備的故障檢測與隔離環(huán)節(jié)將故障系統(tǒng)隔離，使組合系統(tǒng)工作在單一的導(dǎo)航系統(tǒng)模式下。而在系統(tǒng)具有完備的故障檢測與隔離環(huán)節(jié)時，在高動態(tài)、強干擾條件下，采用超緊組合模式系統(tǒng)的可靠性和魯棒性明顯高于松組合模式。

4.4 復(fù)雜度對比

在超緊組合模式下，需要對現(xiàn)有的SINS系統(tǒng)和GPS接收機的硬件部分進(jìn)行改造以滿足一體化要求，其工程應(yīng)用比較復(fù)雜。而松組合模式易于實現(xiàn)，只需采用相應(yīng)的接口將GPS和SINS數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行挠嬎銠C上，并利用相應(yīng)的軟件進(jìn)行兩套數(shù)據(jù)的時間同步和最優(yōu)組合處理即可，且兩個系統(tǒng)仍然獨立工作，使系統(tǒng)有一定的冗余。誤差校正可以在軟件編排階段實施，即可以在計算機上實現(xiàn)，無需反饋回SINS硬件。

5 結(jié)論

在SINS/GPS的各組合模式中，松組合和緊組合模式工作時仍將GPS作為一個獨立的系統(tǒng)，因而在高動態(tài)、強干擾的應(yīng)用環(huán)境。這兩種組合模式均無法滿足高精度、高可靠性的導(dǎo)航要求；超緊組合及深組合模式由于都利用SINS的速度信息輔助GPS跟蹤環(huán)路，使環(huán)路等效帶寬顯著增大；同時，又使環(huán)路濾波器的帶寬與未引入SINS輔助時相比顯著減小，從而有效增強了環(huán)路對噪聲或干擾的抑制能力。但深組合模式中，GPS接收機的跟蹤環(huán)路采用矢量跟蹤模式，并由組合濾波器實現(xiàn)跟蹤環(huán)路的閉合，使接收機內(nèi)部變化很大，實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。因此，實際應(yīng)用時，可根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和條件，選擇合適的SINS/GPS組合模式。