机载组合导航系统与技术

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1、够一1994年9月第3期导航NarigationNo．3·Fall,1994机载组合导航系统与技术谢洪华(西安导航技术研究所，710068)、j}、{2AirborneIntegratedNavigationSystemandImplementationTechniqHeXieHonghua摘要本文首先介绍组台导航系统的基本概念和简要历史，并着重阐述惯导与GPS组合带来的好处一它可以实现一个理想的导航系统．然后介绍组台导航系统的实现途径，包括误差模型的建立和验证以及卡尔曼滤波技术．最后指出，我国机载组合导航系统必须采用多种无线电导航设备与惯导相组合的多传感器组台方式．关键词惯寻GP

2、S妇台导航系统谖点模型《焉旅AbstractThepaperdescribesthebasicconceptandbriefhistoryoftheintegratednavigationsys—ternandlaysemphasisonthebenefitsofGPS／INSintegratedsystem—itispossibletorealizetheidealnavigationsystem．Thentheapproachestoimplementtheintegratedsystemarepresenteincludingthedevelopmentandvalidati

3、onoftheINSandGPSermrmodels．andKalmanfilteringtechT1．Finally,itissuggestedthatthemultl-sensorintegratednavigationsystemmustbeemployedKeywordsINSGPSIntegratednavigationsystemErrormodeling1引言所谓组合导航系统，是指由两种或两种以上的导航系统组成的系统．这种系统常常选择成使一种系统的优点能够弥补另一种系统的弱点。组合系统会同时表现出两种或两种以上系统的优点。以及因信息冗余度带来更高的可靠性。采用卡尔曼滤

4、波技术的组合系统之精度，要比任何单独使用的导航系统的精度要高。组合系统可以在一些无线电导航系统之闽的组合．也可以是无线电导航系统与惯性导航系统之问的组合．前者有GPS／MLS，GPS／罗兰C、GPS／多勒雷达等的组合系统；后者有惯导／多勒雷达、惯导／奥米加惯导／GPS等的组合系统。然而，后者的组合要明显地优于前者，故此处只讨论惯导与无线电导航系统的组合．目前采用的组合导航方案主要有两类：一类是测速系统与惯导的组合，如多勒雷达——本文1994年7月6日收到．·44·导航1994拄／惯导组合导航系统；另一类是定位导航系统与惯导的组合一奥米加／惯导、G．PS／惯导等均属这一类。作为军事应

5、用场合，最早考虑多勒导航雷达与惯导的组合。因为多h勒雷达也是一种不依赖于任何外部设备的自备式导航系统．自主性强、可垒天候垒球运行、隐蔽性和抗干扰性能也较好。多勒／惯导组合系统就是用惯导的高精度姿态信息稳定多h勒雷达的天线，以提高其测遮精度；而多h勒雷达长期精度很高的速度信息对惯导进行阻尼·以提高整个系统的导航精度。同时，由于有多h勒雷达速度信息提供的初始条件，在必要时可对惯导实施初始对准．也就是说，在惯导开始通电1～2分钟、平台快速整平后，飞机可以立即起飞，再在空中进行对准，以满足快速反应要求。但是，多勒／惯导组合系统只一能减慢系统误差的增长而不能完全克服误差随时闯积累的缺点。奥米

6、加与惯导的组合也是最早考虑的组合系统之一，特别是在潜艇导航的应用场厶．因为奥米加是唯一一种既可覆盖垒球、又具备。入水特性的无线电导航系统。但是奥米加的定位精度较差，一般在2～4海里．导航星全球定位系统(GPS)是一种以空间卫星为基础的无线电定位和导航系统，借助于2l颗(外加3颗备份)人造卫星，能为世界上任何地方，包括空中、陆地、海上、甚至外层空问的用户，全夭候、全时闻、连续地提供精确的三维位置、三维速度以及时间信息．GPS系统向全世界用户开放的c／A码提供的水平定位精度高达100米(2drms)，垂直定位精度为156米(2口)。如果采用差分技术，其定位精度可优于10米-另外，GPS

7、采用了伪码扩频技术，使它有一定的抗干扰能力。正因为GPS具有如此优越的性能，GPS与惯导的组合一直被人们所重视，它是现代导肮技术的一个重要的发展方向．2惯导与GPs的组合2．1概述国外权威人士一致认为，理想的导航系统应该满足如下要求：全球覆盖：高的相对精度和绝对精度；对高动态的载体具有良好的实时响应能力；能够提供三维位置、三维速度和姿态数据：工作不受外部环境的影响；具有抗人为和非人为干扰的能力；不被敌方利用；可供我方广大用户使用；能随时．自主地进行故障检测和故障排除；