组合导航系统：概述与特点

由前面章节的内容可知,惯性导航系统在工作时不需要任何外来信息,也不向外辐射任何信息,仅靠系统本身就能在全天候条件下,在全球范围内和任何介质环境里自主地、隐蔽地进行连续的三维空间定位和测姿,能够提供反映载体完整运动状态的信息。惯性导航系统具有极宽的频带,它能够跟踪和反映载体的任何机动运动,且输出非常平稳。因此,惯性导航系统的应用十分广泛。但是,惯性导航系统的导航误差会随着时间而积累,这对于续航时间长的载体来说无疑是致命缺陷。

虽然GPS能根据接收到的导航卫星信号解算出载体的位置和速度,且其误差有界,具有很好的长期稳定性,但是GPS信号易受到环境干扰,而且接收机的动态跟踪能力一般较低,当航行体做大机动运动时,环路极易失锁,此时GPS信号会完全丢失。况且,GPS系统由美国国防部直接控制。

因此,为了满足对动态载体运动目标(导弹、飞机、卫星、坦克、车辆、舰船等)的跟踪精度或对动态系统的状态估计精度,需要多传感器的组合导航。毕竟,单一传感器提供的信息很难满足目标跟踪(或状态估计)的精度要求。所以,可采用组合导航技术将这些性能各异的不同导航系统进行有机地结合,以提高导航的整体性能。

组合导航技术是指使用两种或两种以上的导航系统对同一信息源进行测量,从这些测量的比较值中提取各系统的误差并校正,以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的。采用组合导航技术的系统称为组合导航系统。组合导航系统通常具有协合超越、性能互补、互为余度的特点。

实现组合导航有两种基本方法：

(1)回路反馈法,即采用经典的控制方法来抑制系统误差,并使子系统之间的性能互补。

(2)最优估计法,即采用现代控制理论中的最优估计法(常采用卡尔曼滤波或维纳滤波),从概率统计最优的角度估算系统误差并消除这些误差。

这两种方法都使各子系统间的信息相互渗透,以达到性能互补。但由于各子系统的误差源和在量测中引入的误差都是随机的,所以最优估计法使用得更广泛。(www.xing528.com)

本章将主要介绍在武器系统中应用较为广泛的GPS/INS组合导航方式。GPS/INS组合导航系统的主要优势在于：

(1)可发现并标称惯性导航系统误差,从而能提高导航精度。

(2)可弥补卫星导航的信号缺损问题,从而能提高导航能力。

(3)可提高卫星导航载波相位的模糊度搜索速度,从而能提高信号周跳的检测能力,提高组合导航的可靠性。

(4)可提高卫星导航接收机对卫星信号的捕获能力,从而能提高整体导航效率。

(5)可增加观测冗余度,从而能提高异常误差的检测能力,提高系统的容错能力。

(6)能提高导航系统的抗干扰能力,提高完备性。