导航技术基础导航技术基础课程论文.doc

《导航技术基础导航技术基础课程论文.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、GNSS/INS组合导航技术综述报告学号：，姓名：摘要：本文首先对全球导航卫星系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）的原理和发展进行概述，分析了两种导航技术的应用领域和各自的优缺点。通过比较，卡尔曼滤波能够利用充分利用两者的特性，提供一个性能优于GNSS、INS中任一系统的组合导航技术。关键词：GNSS；INS；组合导航；卡尔曼滤波一.引言导航有五种基本形式。1.地标导航，依靠识别明显的标记来确定自己的位置及方向引导。它的历史可以追溯到人类出现以前。2.航位推测，依赖于掌握的开始位置、特定的航向信息及对速度的估算。3.天体导航，利用时间及本地垂线于已知天体（如太阳、月亮、行星

2、或恒星等）之间的夹角来估计方位和经纬度。4.无线电导航，依赖于已知位置的射频源（包括全球导航卫星系统）。5.惯性导航，依赖于初始位置、速度、姿态及其后测量的姿态变化速度、加速度。这是唯一不需要外界基准源的导航形式。这些导航形式也可以组合起来使用，本文主要研究全球导航卫星系统和惯性导航系统及其组合形式GNSS/INS。组合导航是一种综合工程技术，涉及到各种导航信息源许多设备的有关技术，计算机技术、显示技术以及控制系统、数据处理等理论。即在载体上同时安装几种导航系统。使它们互相取长补短，扩大使用范围，并提高导航精度。现在的系统组合一般都是在多个系统的输出基础上，对系统的误差状态进行

3、估计，然后再去校正系统，以达到所谓组合。以惯导系统去和其它方式的导航系统组合比较常见，如:GNSS/惯性组合系统、多普勒/惯性组合系统、罗兰/惯性组合导航系统、天文/惯性组合导航系统等。其中以GNSS/惯性组合系统发展最为迅速，GNSS的特点(全球性和高精度)使得它成为惯导系统最理想的辅助设备，GNSS/惯性组合系统是导航系统发展的主要方向。组合导航的本质就是利用外部信息，采用组合算法，对惯导系统导航误差、平台失调角以及惯性器件误差进行估计修正，从而提高系统的精度。组合导航被认为是目前导航领域和大地测量领域的最佳组合方式，是目前导航技术发展的主要方向之一。卡尔曼滤波技术将GNS

4、S和INS紧密结合起来，充分利用了GNSS和INS之间的互补误差特性：INS的短期位置误差相对较小，但这种误差会随时间积累；GNSS位置误差的短期性能不如INS好，但该误差不随时间而增加。卡尔曼滤波能够利用充分利用两者的特性，提供一个性能优于GNSS、INS中任一系统的共用集成导航工具。一.全球卫星导航系统GNSS概述卫星导航是借助于在预定空间轨道上运行的人造卫星而进行的一种导航。用户(飞机、舰船、汽车、导弹等)通过测定其相对于卫星的位置，通过计算便能确定自身在地球上的位置。图2-1给出了卫星导航系统的简单原理图。目前，有4种正在运行或有待于发展的全球导航卫星系统。图2-1卫星

5、导航系统原理图2.1全球定位系统（GPS）全球定位系统是美国国防部依据其NAVSRAR卫星计划开发的给予卫星导航系统的一部分。2.1.1GPS轨道满运行的GPS包括2430颗或者更多(目前实际有30多颗)的活动卫星，这些卫星近似均匀地分布在6个圆轨道上，每个轨道上有4颗或更多的卫星。轨道相对于赤道的倾斜角为，眼赤经以间隔均匀分布。各轨道与地区的相对位置是变化的近似圆形轨道，半径都是26560km，轨道的周期是半个恒星日（）。图2-2GPS卫星分布图2.1.2GPS信号每颗GPS卫星都携带一个为卫星发射信号提供时间信息的铯原子钟和（或）铷原子钟。而每个星载时钟内都有时钟校正。每颗

6、GPS卫星发射两个L波段的扩频载波信号——信号的载波频率，信号的载波频率。这两个频率为基准频率的整数倍：，。每颗卫星的信号均使用二相相移键控（BPSK），由C/A码、P码两个矩形伪随机噪声码（PRN)调制。每颗卫星的信号均为只有P码调制的BPSK信号。2.1.3地面控制部分地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。每个监测站配有GPS接收机。监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站采集各个监测站传送来的数据，根据采集的数据计算每一颗卫星的星历、时钟校正量、状态参数、大气校正量等，并按一定格式编辑成导航电文传送到注入站。地面控制站也

7、称作地面天线，地面控制站与卫星之间有通信链路。由主控站传来的卫星星历和钟参数以5波段射频上行注入到各个卫星。2.1.4用户设备部分用户设备部分主要是各种类型的GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备。用户设备部分对用户来说是至关重要的。空间部分和地面监控部分，是用户广泛应用该系统进行导航和定位的基础，而用户只有通过用户设备，才能实现应用GPS导航和定位的目的。用户设备的主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及参数，经过数据处理，完成导航和定位等工作。2.1.5选择可