北斗卫星导航系统已经组网成功并在亚太地区提供服务，是全球四大卫星导航系统之一。现阶段航空航天领域的导航需求日渐迫切，因此北斗卫星导航系统的高动态应用成为研究热点。
　　本书以高动态飞行器为应用背景，以GNSS／INS紧组合系统惯性辅助的基带跟踪环路为研究对象，研究速度辅助、加速度辅助、加加速度辅助的PLL结构和辅助方法，并分析辅助的PLL稳态误差和瞬态误差，以实现高动态卫星信号的稳定跟踪。

第1章 绪论
1．1 研究背景及意义
1．1．1 研究背景
1．1．2 研究意义
1．2 GNSS／INS组合导航系统研究现状
1．2．1 GNSS／INS组合导航理论的研究现状
1．2．2 GNSS基带跟踪环路研究现状
1．2．3 GNSS／INS组合导航设备研制现状
1．2．4 实验测试方法
1．3 GNSS／INS紧组合系统惯性辅助的跟踪环路需解决的问题
1．3．1 惯性辅助的GNSS接收机基带跟踪环路基本结构设计
1．3．2 惯性辅助的GNSS接收机基带跟踪环路误差机理
1．3．3 基于卡尔曼滤波的PLL高动态跟踪方法
1．4 本书的研究内容、组织结构及成果
1．4．1 本书的研究内容和组织结构
1．4．2 本书的研究成果

第2章 GNSS／INS紧组合导航
2．1 GNSS／INS紧组合系统
2．2 惯性信息辅助的卫星信号捕获
2．2．1 惯性信息辅助的卫星信号捕获原理
2．2．2 基于GNSS模拟器的辅助捕获实验
2．3 基于状态向量表达式的跟踪环路
2．3．1 DLL
2．3．2 FLL
2．3．3 PLL
2．3．4 FLL辅助的PLL
2．4 载波／码联合滤波器
2．4．1 载波／码联合滤波器数学模型
2．4．2 实验验证
2．5 组合导航滤波器
2．6 本章小结

第3章 载波跟踪环路误差与瞬态响应
3．1 控制系统的一些分析方法
3．1．1 PLL基本结构
3．1．2 高阶系统瞬态指标分析的近似方法
3．1．3 非线性控制系统瞬态响应的分析方法——相平面法
3．1．4 非线性控制系统的分析方法一微分方程法
3．2 载波跟踪环路稳态误差
3．2．1 FLL稳态跟踪误差
3．2．2 PLL稳态跟踪误差
3．3 载波跟踪环路瞬态响应
3．3．1 PLL的拖入过程
3．3．2 PLL的拖出过程
3．4 本章小结

第4章 辅助的PLL及其稳定性分析
4．1 辅助的PLL
4．1．1 辅助的PLL结构与两种实现方法
4．1．2 直接辅助的PLL与间接辅助的PLL跟踪性能的实验对比分析
4．1．3 辅助的PLL误差分析
4．2 速度辅助的PLL误差传递机理分析
4．3 辅助信息时间延迟对PLL稳态性能的影响
4．3．1 辅助信息时间延迟对直接辅助PLL的影响
4．3．2 辅助信息时间延迟对间接辅助PLL的影响
4．4 GNSS／INS紧组合系统样机半实物仿真实验
4．5 本章小结

第5章 基于KFPLL的高动态跟踪方法
5．1 基于卡尔曼滤波器的PLL
5．2 高动态下自适应跟踪方法
5．2．1 高动态下自适应跟踪方法
5．2．2 仿真结果
5．3 基于非线性跟踪微分器的加加速度辅助跟踪方法
5．3．1 基于非线性跟踪微分器的加加速度辅助跟踪方法
5．3．2 实验验证
5．4 本章小结

第6章 总结与展望
6．1 本书总结
6．2 惯性辅助方法的算法复杂度和鲁棒性分析

参考文献

北斗卫星导航系统已经组网成功并在亚太地区提供服务，是全球四大卫星导航系统之一。现阶段航空航天领域的导航需求日渐迫切，因此北斗卫星导航系统的高动态应用成为研究热点。本书以高动态飞行器为应用背景，以GNSS/INS紧组合系统惯性辅助的基带跟踪环路为研究对象，研究速度辅助、加速度辅助、加加速度辅助的PLL结构和辅助方法，并分析辅助的PLL稳态误差和瞬态误差，以实现高动态卫星信号的稳定跟踪。
　　本书的主要工作和研究成果包括以下几个方面：
　　（1）研究了GNSS/INS紧组合系统的基带跟踪环路表达式，设计了载波／码联合滤波器。将传统的离散形式跟踪环路表示成状态向量形式，结构简单明确，能够实时输出码相位、载波相位、载波多普勒频率及其变化率。在此基础上，设计了载波／码联合滤波环路，将载波跟踪和码跟踪在同一环路滤波器中完成。采用北斗B3频点数据进行验证，静态条件下，三阶PLL和一阶DLL组成的联合滤波环路相位精度提高27%；高动态条件下，同阶次的独立滤波环路不能准确估计40g高动态信号的多普勒频率及其变化率，而联合滤波环路可稳定跟踪，跟踪误差约为0.033周（120，10）。
　　（2）分析了PLL的瞬态响应过程.采用经典控制理论中的高阶系统瞬态指标分析方法、相平面法以及等效的微分方程法对PLL的拖入时间和瞬态相位误差极限值进行计算。PLL的稳态误差和瞬态误差均满足各自阈值的情况下可稳定跟踪。分析和仿真实验结果表明，载体一卫星视线加速度阶跃是引起三阶PLL拖出并失锁的主要原因。
　　（3）研究了惯性辅助的PLL结构及其稳定性。首先提出了速度和加速度直接辅助和间接辅助两种辅助方法。直接辅助方法和间接辅助方法各具优势：直接辅助方法瞬态响应过程迅速，瞬态性能更优；间接辅助方法不受辅助信息误差偏值的影响。分析了上述辅助方法的PLL稳态误差和瞬态误差，并给出稳定跟踪所需满足的误差阈值。其次研究了速度辅助的PLL误差传递机理，并推导了误差放大系数。分析结果表明，速度直接辅助的PLL误差放大系数小于间接辅助的PLL。GNSS/INS紧组合系统中辅助信息更新率低于环路更新率，导致辅助信息时间延迟，研究了辅助信息时间延迟对跟踪性能的影响。实验结果表明，若辅助信息存在时间延迟，直接辅助的PLL跟踪相位偏差增大，间接辅助的PLL跟踪相位噪声增大，上述作用对加速度辅助方式的影响远小于速度辅助方式。
　　（4）采用GNSS信号模拟器生成的高动态卫星射频信号和同步输出的惯导数据对GNSS/INS紧组合系统样机进行了定位测速实验验证，ECEF坐标系下，载体最大加速度为50g，最大加加速度为5g/s。无辅助情况下，样机无法跟踪上述高动态卫星信号。加速度辅助情况下，样机可稳定跟踪，载体作水平面圆周运动时，三维位置误差为0.24m（RMS），速度误差为0.06m/s（RMS）；载体作往复直线运动时，三维位置误差为0.39m（RMS），速度误差为0.44m/s（RMS）。
　　（5）针对存在较高视线加加速度的高动态应用背景，提出了基于KFPLL的自适应跟踪方法与加加速度辅助跟踪方法。其中，自适应KFPLL能够根据相位误差调整KFPLL滤波器状态噪声矩阵相关参数，有效提高无辅助PLL对视线加加速度信号的跟踪性能。此外，加加速度辅助的KFPLL基于非线性跟踪微分器，由视线加速度估计视线加加速度，调整KFPLL滤波器状态噪声矩阵相关参数。若采用加速度辅助方法，辅助信息偏差可导致直接辅助的PLL产生相位偏差，视线动态性变化可导致间接辅助的PLL产生较长的瞬态过程，加加速度辅助的KFPLL解决了上述问题。采用GNSS模拟器输出的北斗B3频点数据进行验证，实验结果表明，上述方法可有效跟踪10g/s视线加加速度的卫星信号。