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慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)逐漸代替了單一的慣導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)時(shí)代的發(fā)展需要，慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)克服了單一導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性，將飛機(jī)和艦船等運(yùn)載體上的兩種或兩種以上的導(dǎo)航設(shè)備組合在一起的導(dǎo)航系統(tǒng)。

導(dǎo)航，就是引導(dǎo)航行，確定航行提運(yùn)動(dòng)到什么地方和向何方向運(yùn)動(dòng)的意思。隨著時(shí)代的變遷、近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、運(yùn)載工具的種類增多，“導(dǎo)航”的概念也大大擴(kuò)展。于是，多傳感器慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)成為導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，且已成為倍受人們關(guān)注的熱門領(lǐng)域，并在軍事領(lǐng)域、空間技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛就是GPS/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（也稱為GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)）。

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

美國(guó)軍方研制子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NNSS），于1958年投入使用。但是該系統(tǒng)定位時(shí)觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、定位精度低，無(wú)法實(shí)時(shí)、連續(xù)的進(jìn)行定位，限制性很大。為了實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、全天候、多功能的連續(xù)導(dǎo)航與定位，于是20世紀(jì)70年代，由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS應(yīng)運(yùn)而生。

GPS全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

定位精度高。利用GPS系統(tǒng)可以獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)的高精度坐標(biāo)、速度和時(shí)間信息，在較大空間尺度上對(duì)靜態(tài)目標(biāo)可以獲得10-6～10-7的相對(duì)定位精度。隨著技術(shù)水平的提高，定位精度還將進(jìn)一步提高。

觀測(cè)時(shí)間短，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。

全球范圍內(nèi)連續(xù)覆蓋。隨著衛(wèi)星數(shù)目的增多，可以保證地球上（包括水面和空中）任何地點(diǎn)在任何時(shí)間都能觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星，從而保證全球范圍內(nèi)的全天候連續(xù)三維定位。

適應(yīng)性強(qiáng)?？稍诟鞣N惡劣環(huán)境中工作，可以24小時(shí)工作。而且無(wú)論是高山，深谷，GPS都能夠工作。

盡管GPS具有較高的精度和較低的成本，且具有很好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。但也存在下述缺點(diǎn)：

GPS衛(wèi)星星座對(duì)地球覆蓋還不完善，尤其是中緯度地區(qū)，存在著所謂的“間隔區(qū)”；

GPS高動(dòng)態(tài)性能較差。GPS接收機(jī)的工作受飛行器機(jī)動(dòng)的影響，當(dāng)飛行器的機(jī)動(dòng)超過GPS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，接收機(jī)會(huì)失鎖，從而不能工作，或者動(dòng)態(tài)誤差太大，超過允許值就不能使用。

GPS接收機(jī)必須接收到衛(wèi)星信號(hào)才能夠進(jìn)行定位、導(dǎo)航，在有遮擋的情況下不能使用（如室內(nèi)、水下、地下等）。

由于上述不足，因此目前的GPS系統(tǒng)在高可靠性的領(lǐng)域，還只能作為一種輔助導(dǎo)航設(shè)備，而不能作為唯一的導(dǎo)航設(shè)備使用，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）簡(jiǎn)介

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作機(jī)理是建立在牛頓經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上的，它是一種自助式的導(dǎo)航方法。它完全依靠機(jī)載設(shè)備自主地完成導(dǎo)航任務(wù)，不需要外界任何電磁信號(hào)，也不向外部輻射能量，可以獨(dú)立給出載體的姿態(tài)、速度和位置信息，抗外界干擾能力很強(qiáng)，因此具有很好的隱蔽性。

其工作環(huán)境不僅包括空中、地球表面，還可以在水下，在航空、航海、火箭、導(dǎo)彈、宇宙航行等方面都有廣泛應(yīng)用。目前純粹的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足中近程導(dǎo)航精度的要求，但是還不能滿足遠(yuǎn)程導(dǎo)航以及 投擲、偵察、反潛等更高精度的導(dǎo)航要求。

主要是由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)存在誤差積累、漂移大的特點(diǎn)，定位誤差會(huì)隨時(shí)間的延續(xù)不斷增大。因此，長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)航時(shí)需要提供校正用的外部信息。這些局限性決定了慣導(dǎo)不能夠長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確的工作，而這恰好是GPS具備的。

GPS/INS組合系統(tǒng)的組成

將GPS與慣性導(dǎo)航組合成一個(gè)系統(tǒng)的主要目的就是為了提高導(dǎo)航的精度和可靠性能。這種慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的方式，克服了各自的缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使綜合后的導(dǎo)航精度高于兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)工作的精度，實(shí)現(xiàn)了在高動(dòng)態(tài)和強(qiáng)干擾的復(fù)雜環(huán)境下實(shí)時(shí)、高精度的導(dǎo)航定位，是一種比較完善的導(dǎo)航系統(tǒng)。

主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

改善系統(tǒng)精度。對(duì)于慣導(dǎo)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)慣性傳感器的校準(zhǔn)、慣導(dǎo)系統(tǒng)的空中對(duì)準(zhǔn)、高度通道的穩(wěn)定等，從而有效的提高慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能和精度；

加強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。對(duì)于GPS全球定位系統(tǒng)，慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助可以提高其跟蹤衛(wèi)星的能力，提高接收機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性，提高可靠性。同時(shí)提高了GPS接收機(jī)開機(jī)時(shí)信號(hào)的快速捕獲能力和由于姿態(tài)機(jī)動(dòng)（遮擋）所引起信號(hào)丟失之后的在捕獲性能。

實(shí)現(xiàn)一體化，減小非同步誤差。GPS/INS組合系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一體化，把GPS接收機(jī)放入慣導(dǎo)部件中，可以使系統(tǒng)的體積、重量和成本進(jìn)一步減小，且便于實(shí)現(xiàn)慣導(dǎo)和GPS的同步，減小非同步誤差。

總之，GPS/INS組合系統(tǒng)可以構(gòu)成一種比較理想的導(dǎo)航系統(tǒng)，是目前導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的主要方向。

GPS/INS組合系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

GPS/INS組合系統(tǒng)作為導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，已經(jīng)成為國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)，尤其是低成本的GPS/INS慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)的一些高等院校、研究所和企業(yè)公司也開展了組合導(dǎo)航的多項(xiàng)技術(shù)的研究。例如北京航空航天大學(xué)研究設(shè)計(jì)了一種“GPS/INS/MM（地圖匹配）車輛定位系統(tǒng)”，其組合定位誤差達(dá)到±40m。

目前GPS/INS組合系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)為：提高GPS系統(tǒng)的抗干擾性能，提高GPS/INS組合制導(dǎo)的可靠性；研制新型INS系統(tǒng)，從而提高GPS/INS組合制導(dǎo)的精度；研究數(shù)據(jù)融合技術(shù)，進(jìn)一步提高GPS/INS組合制導(dǎo)的性能。

雖然GPS/INS組合系統(tǒng)還在研究發(fā)展中，但是GPS/INS組合系統(tǒng)中的GPS與INS是互補(bǔ)的、互相提高的一種組合集成系統(tǒng)，其定位精度高、可靠性好、性能強(qiáng)，系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用領(lǐng)域更寬廣，將會(huì)是導(dǎo)航研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。

標(biāo)簽： 慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)