组合导航技术讲座4-GPS-INS组合部分

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1、组合导航技术讲座组合导航技术讲座—GPS/INS组合导航西北工业大学航天学院罗建军提纲6.1概述6.2GPS/INS组合模式和结构6.3惯性组合导航系统设计的方法和原则6.4GPS/INS组合导航的模型和算法6.5GPS/INS组合导航的仿真与实验5/8/2012216.1概述V惯性导航的优点和存在问题V提高惯性导航系统精度的方法和途径V采用最优滤波的组合导航是提高惯导精度的有效途径V采用最优滤波的惯性组合导航原理VGPS、INS的互补性和组合的好处返回目录5/8/201236.1概述-惯性导航的优点和存在

2、问题1.惯性导航具有高自主性、抗干扰性、高的短期精度、高数据输出率、完备的导航信息、适应范围广等特点。在飞机、导弹、舰船等航飞器中，惯性导航系统多作为主要的导航手段。2.惯性导航的系统误差具有周期振荡的特性，某些导航参数误差具有随时间积累的特性。惯导系统精度主要由惯性器件精度决定，其中以陀螺仪的精度尤为突出。在长时间范围内，初始对准精度、系统使用的惯性敏感器缺陷和载体运动轨迹的动态特性都影响导航误差增长的速度。3.由于重力加速度随高度增加而减小，纯惯导系统高度通道工作不稳定，必须引入外部高度信息进行阻尼。4

3、.惯性导航是一种航位推算导航，正常工作前需要初始化信息。初始化主要任务包括：给定初始速度和位置；惯5/8/20124导平台对准；惯性器件测漂和标定。准备时间长。26.1概述-提高惯性导航系统精度的方法和途径•采用新型、高精度惯性器件•建立惯性器件误差模型并对器件误差进行补偿•研究和采用高精度惯性导航和姿态计算算法•与其他传感器或导航系统进行组合-组合导航在现有器件或设备的基础上，利用导航误差不随时间积累的外部参考信息源，定期或不定期地对惯性导航系统进行导航参数校正和对惯性器件的漂移进行补偿。虽然采用更精确的

4、敏感器可以提高精度，但惯性系统的成本会变得极为昂贵，而且提高的精度也有限。所以，除了潜艇导航系统或其他战略平台外，大多数战术平台不宜采用昂贵的惯性导航系统。因此，组合导航技术成为一条颇受关注的改进方法。而实践证明，组合导航技术也是提高武器系统导航精度和可靠性的有效途径。5/8/201256.1概述-采用最优滤波的组合导航是提高惯导精度的有效途径V组合导航的概念：组合导航技术是指使用两种或两种以上的不同（非相似）导航系统对同一信息源作测量，从这些测量值的比较值中提取各系统的误差并校正之，以提高整个导航系统性能

5、的方法和手段。采用组合导航技术的系统称为组合导航系统。参与组合的各导航系统或装置称为组合导航的子系统。V在多敏感器组合系统中直接采用外部测量值以确定方式修正导航变量，由于外部测量值本身包含严重随机误差、导航系统误差主要由随机的时变的导航敏感器误差引起等原因，使用中存在诸多问题，甚至引起严重的误差。V最优滤波（如卡尔曼滤波）是一种有系统地应用所有可利用的外部测量值，以改善导航系统精度的技术。最优地使用外部测量值和导航系统所提供的结果，可以获得比只有外部测量或导航系统时更好的导航精度。同时，使用滤波器可改善导航

6、系统设计和工作的灵活性，导航系统结构的改变通过程序改变程序比较容易地实现。5/8/2012636.1概述-采用最优滤波的惯性组合导航原理V在组合导航系统中，通常采用两种或两种以上具有互补特性的独立信息源：使用一种信息源提供时间短精度高的数据，其余信息源提供时间长稳定性高的数据，利用两者测量信息的差推算前一系统的修正值。实现利用后者数据限制前一种数据长时间飘移的目的。V鉴于惯性系统具有自主性好、全天候工作、短期工作精度好、隐蔽性好、信息全面性和宽频带等特有优点，因此在惯性组合导航系统中，一般均以该系统作为组合

7、导航系统的关键子系统。而利用其他导航系统，比如GPS、星光、无线电等系统精度长期稳定的输出信息去修正惯性导航系统的误差，从而提高惯性导航系统信息精度，实现组合导航。5/8/201276.1概述-采用最优滤波的惯性组合导航原理惯性导航输出系统运载体输出信号滤波器运动比较独立的辅助导航设备5/8/2012846.1概述-采用卡尔曼最优滤波的惯性组合导航原理¾卡尔曼滤波是一种最优滤波。它把一个变量的两个估值进行组合以形成一个加权平均值，加权因子的选取应产生最有可能的估值。按照已知的运动方程更新前一个最优估值可以得

8、到一个估值，而另一个估值则通过测量值获得。¾在惯性组合导航系统中，第一个估值直接由惯性导航系统提供，即从滤波上讲，惯性系统构成了产生测量值的物理过程的模型。第二个估值是测量值，由参与组合导航的辅助设备提供。不管测量值信息的来源如何，都可以采用这一技术。¾卡尔曼滤波问题的描述、假设条件和使用卡尔曼滤波技术实现组合导航的前提。5/8/201296.1概述-采用最优滤波的惯性组合导航原理¾使用卡尔曼滤波技术实现惯性组合