导航原理组合导航原理.doc

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1、3．组合式惯性导航/制导系统现代组合导航系统是本世纪70年代在航海、航空与航天等领域随着现代高科技的发展应运而生的。截止20世纪末，国内外已先后推出200多种不同系列的组合导航系统，装备在各种不同类型的舰船上。组合导航已成为当今船舶导航最重要的导航设备之一。预计在21世纪初的第10—30年间，将会推出更多的智能型、多功能、多模式、高精度、高可靠性的组合导航系统。3.1组合导航的概念3.1.1舰船组合导航系统的产生导航技术对于舰船航行来说是非常重要的。自古以来，人们就寻觅着各种方法来提高导航的精度。每一种新技术的产生都被迅速应用到了导航领域。随着现代科学技术的发展

2、，导航技术也有了长足的进步，各种适应于不同的航行载体的导航系统应运而生，如惯性导航系统、无线电导航系统、多普勒导航系统、全球卫星定位系统、天文导航系统等。它们各自都有其优点，但也有固有的不足之处。惯性导航系统具有自主性，它不受外界干扰，相对精度比较高，能输出多种较高精度的导航参数（位置、航向、姿态等），但误差（尤其是位置误差）随时间积累；无线电导航系统的定位精度不受时间的影响，但却受外界干扰影响较大，工作范围受地面台站覆盖区域的限制；多普勒导航系统与惯性导航系统一样，同属航位推算类，误差也是积累的，且多普勒导航系统必须采用外部航向信息；70年代发展起来的GPS系

3、统，虽然具有定位和测速精度高，不受时间与地区的限制等诸多优点，但受制于人，战时很难保证正常使用，因此在航行载体上单独使用GPS作为导航设备也是不可取的。由此看来，单一导航系统很难满足现代航行和战争的需要，所以要求有一种准确、迅速、稳定、可靠的导航系统产生，这就是组合导航系统。早在几个世纪以前，我国古老的航海术中就已经体现出组合导航的技术思想“舟师试地理，夜则观星，昼则观日，隐晦观指南针”。这是北宋宣和元年朱或著的“萍洲可谈”一书中记载的。就是说，当时的航海家用地文航海术、天文航海术和磁罗盘进行导航，这就是一种组合导航思想的体现。现代组合导航系统是本世纪70年代，

4、在航海、航空与航天等领域随着现代高科技的发展应运而生的。它的发展是一个从简单到复杂、从用处较少到多用途、从灵活性较小到灵活性较大的过程。从上世纪50年代起，人们为了满足航天领域的导航定位要求，就开始了组合导航系统的研究。但由于缺乏必要的导航数据组合处理算法，早期的组合系统多采用简单的功能组合，各导航传感器之间完全独立，组合的潜力远远没有发挥出来。60年代出现的卡尔曼滤波技术，使组合导航系统向深层次发展成为可能，即在两个（或两个以上）导航系统输出的基础上，利用卡尔曼滤波去估计系统的各种误差（误差状态），再用误差状态的估值去校正系统，达到综合的目的，克服了组合设备各

5、自的缺点，发挥了各自的长处，使组合系统的精度优于任一系统单独使用时的精度。自70年代以来，随着电子计算机技术特别是微机技术的发展和现代控制系统理论的进步，组合导航技术开始迅猛发展起来。美、英、日、俄、德等国家，在微型计算机、电子集成技术及信息滤波融合技术的推动下，竞相发展了多功能多用途的组合导航系统。广泛应用在飞机、船舶、潜艇和导弹上。过去单独使用的各种导航设备，通过微型电子计算机有机地组合到一起，发挥各自特点、扬长避短，加之使用卡尔曼滤波技术等数据处理方法，使系统导航能力、精度、可靠性和自动化程度大为提高。其中比较典型的有美国的DD-963型组合导航系统，法国

6、海军用的以惯性导航为主的SAGEM组合导航系统，德国的NACDS25组合导航系统和F-122护卫舰用的INA组合导航系统，以及加拿大国防研究院为加拿大海军研制的17维状态扩展Kalman滤波的组合导航系统等。我国舰船组合导航系统的研究起步于70年代末，经过30多年的努力，发展也很快，已广泛用于多种型号舰艇、测量船及其它船舶。3.1.2舰船组合导航系统的发展趋势舰船组合导航是一门涉及控制理论、计算机技术、数据处理技术、最优估计理论等多学科于一体的综合性的科学技术。每一项技术的发展都会带来组合导航技术的进步。目前，现代组合导航系统的研究正向着信息多元化、数字化、智能

7、化、小型化，向着导航、通讯及主机控制的集成化方向发展。主要发展趋势可归纳如下：（1）组合导航系统的微型化、自动化要求继续升级。随着微处理机性能的提高，组合导航系统将优先采用多微机分布式结构或局域网连接，使数据交换、处理能力、数据利用率大大增加，提高系统的自动化程度。（2）对组合导航系统高可靠性、高精度的要求将是重要的设计指标。为此可采用两套并行独立系统互为备份的方案，以提高设备的可靠性和冗余性，对系统管理软件应增添自检、报警、容错等功能。为提高系统的精度，新型导航传感器将扩充到组合导航系统中，同时将研制和使用高效能的滤波器。（3）组合导航系统的功能更需完善。组合

8、导航系统除有定位、导航、