弹载惯性卫星星光高精度组合导航

科技成果——惯性卫星深组合导航技术开发单位中国航天科工集团公司北京控制与电子技术研究所技术简介通过深组合滤波技术，可以实时估计并补偿惯性导航随时间积累的导航误差；而且可以辅助接收机减少重捕获的时间和增强跟踪卫星信号的稳定性。

特别在卫星个数小于4颗后，仍能有效估计惯导误差，保证导航数据的连续性和有效性。

利用双天线测向技术可大幅度提高航向角精度。

该产品可为用户提供稳定、高精度的三维位置、速度、姿态和时间信息。

技术指标定位精度：＜3m（1σ）；速度精度：＜0.02m/s（1σ）；俯仰角精度：＜0.015（1σ）；横滚角精度：＜0.015（1σ）；航向角精度：＜0.1（1σ）；数据更新率：200Hz。

技术特点（1）解决了大姿态、高动态运动条件下的卫星信号的稳定捕获和跟踪环路带宽自适应调整，以及惯性导航误差的在线估计等难题，实现了高动态条件下的高精度组合导航；（2）通过高动态深耦合接收机环路设计及抑制干扰的方法，解决了传统接收机高动态和高抗干扰性能无法兼顾的难题，提高了接收机伪距率测量精度、动态适应能力和抗干扰能力；（3）通过卫星不完备条件下的深耦合惯性/卫星组合导航方法，实现了BD2/GPS/GLONASS三系统的数据融合和不间断导航，解决了卫星不完备时组合导航精度快速下降的问题，提高了全程高精度组合导航的连续性和可靠性；（4）通过基于深耦合系统的晶振加速度敏感度影响抑制方法，解决了大过载条件下晶振频率稳定性急剧下降导致组合导航精度大幅下降的难题。

技术水平国际领先、国内领先可应用领域和范围航空导航、舰载导航、地面车辆、无人车、智能交通专利状态已申请国家专利1项，申请国防专利16项。

技术状态小批量生产、工程应用阶段合作方式合作开发、技术服务投入需求1500万元转化周期半年预期效益该产品的研发成功，将是国内自主创新开发的首台兼容BD2惯性/卫星深组合导航产品，将促进卫星导航高端服务领域的重点突破，提升应用水平和应用规模，发挥卫星产品与服务在我国其他行业中的支撑作用。

自动驾驶组合导航1卫惯组合导航需求逐渐刚性，百亿级市场已来临1.1. GNSS与IMU融合可提供稳定的绝对位置信息全球卫星导航系统（GNSS）是能为地球表面或近地空间任何地点提供全天候定位、导航、授时的空基无线电导航定位系统。

美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（Galileo）以及我国的北斗卫星导航系统（BDS）是全球四大卫星导航定位系统。

受多路径效应、对流层折射等因素影响，普通GNSS单点定位精度一般在5-10米（实际普通GNSS在开阔地带单频单模单点定位精度约为2. 5米）。

为提高卫星导航系统的定位精度，出现了高精度卫星定位技术，主要包括以基于网络RTK技术的连续运行参考站系统（CORS）为代表的地基增强技术、以美国广域增强系统（WAAS）为代表的区域星基增强系统以及基于实时精密单点定位技术（PPP）的商业全球星站差分增强技术。

惯性导航系统（INS）属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。

惯性导航系统的核心部件为陀螺仪和加速度计，利用载体先前的位置、惯性传感器测量的加速度和角速度来确定其当前位置。

给定初始条件，加速度经过一次积分得到速度，经过二次积分得到位移。

角速度经过处理可以得出车辆的俯仰、偏航、滚转等姿态信息，利用姿态信息可以把导航参数从载体坐标系变换到当地水平坐标系中。

惯性导航系统有自主导航、不受外部依赖、输出频率高（大于IoOHZ）等优点。

定位精度取决于陀螺仪、加速度计等惯性传感器的测量精度，高性能IMU价格昂贵。

惯性导航定位误差会随着时间不断累积，导致位置和姿态的测量结果偏离实际位置，因此无法用来做长时间的高精度定位。

因此，通常采用惯性导航系统作为GNSS信号丢失时的补偿，以使导航系统功能连续。

惯性导航起源于军工领域，因其成本高，长期用于国防和商用航空航天领域，相关模组器件主要由我国军工企业研发制造，产品以高精度战术级器件为主（包括激光惯性导航、光纤惯性导航和高精度MEMS惯性导航）。

星光／惯性复合制导次佳星快速确定方法研究摘要:采用星光/惯性复合制导能显著提高弹道导弹的机动发射性能和命中精度。

在单星方案的实际应用中,由于太阳规避角的影响,需要根据最佳星来选择次佳星,进而确定实际导航星。

针对单星方案,建立其基于初始定位定向误差的相关数学模型,在确定最佳星的基础上,提出约束优选方案来选择次佳星。

仿真结果显示,采用所建立模型能有效修正初始定位定向误差的影响;所提出的约束优选方案确定次佳星速度快、效果好,是对完善解决实际导航星快速确定问题的有益补充和探索。

关键词:星光/惯性复合制导单星方案最佳星次佳星引言星光/惯性复合制导是弹道导弹的一种复合制导体制,它利用所选导航星的星光矢量测量信息,获取空间基准,通过估计平台指向误差所造成的落点偏差,最后在导弹末修阶段加以综合修正,以此来提高弹道导弹的命中精度,其本质是通过矢量观测确定飞行器的姿态[1]。

在其单星方案的实际应用中,理论上须通过观测特定方位的恒星,才能达到综合修正的最好效果,最大程度地提高导弹的命中精度,这颗特定方位的恒星即为单星方案的最佳星[2]。

在导弹发射前的准备过程中,考虑到太阳光照、地球遮挡、发射时间和发射地点等各种因素的影响,实际发射时的星空中,根据理论诸元计算所得到的最佳星方位上,不一定存在符合条件的星体,或者在最佳星方位上的星体由于太阳光照等因素的影响,而不能选用作为实际的导航星[3]。

因此,在导弹实际发射任务中,实际选择的导航星通常都会偏离最佳星方位。

在这种情况下,首先就需要在确定最佳星的基础上,选择出规避各种影响因素下修正效果较好的星体即次佳星,然后再根据次佳星来确定实际可用的导航星,以达到较好的修正效果。

次佳星的选择与实际导航星的确定有直接关系,决定着实际导航星的修正效果,进而影响复合制导系统的工作性能。

因此,为最大程度地提高星光/惯性复合制导修正导弹落点偏差的能力,在最佳星不能作为实际导航星使用的情况下,需要对次佳星的选择方法及其可行性进行研究,同时还要满足实际应用中的快速发射要求,这也是次佳星确定问题的难点所在。

高精度测量与制导的惯性导航系统研究导语：在现代高科技领域，高精度测量与制导系统的研究具有重要的意义。

本文将重点介绍惯性导航系统的研究，探讨其在高精度测量和制导方面的应用与进展。

一、引言惯性导航系统是一种基于惯性传感器测量的导航系统，能够实现航行器在没有外部参考的情况下进行位置和姿态的估计与跟踪。

传统的惯性导航系统通常包括三个主要组成部分：加速度计、陀螺仪和计算装置。

这些组件能够提供绝对而精确的相对位置和姿态信息，用于导航和制导应用。

二、惯性导航系统的研究进展1. 精度提升随着科技的发展，惯性导航系统在高精度测量与制导方面取得了长足的进步。

其中的关键是提高传感器的测量精度和稳定性。

目前，最新的惯性传感器采用了现代化的制造和校准技术，能够实现更高的精度和更低的误差。

此外，使用多传感器融合技术可以进一步提高系统的精度。

2. 多传感器融合技术为了进一步提高惯性导航系统的精度和可靠性，研究人员引入了多传感器融合技术。

该技术通过同时使用GPS、气压计、地磁传感器等不同类型的传感器，将它们的测量结果进行融合，从而得到更准确的位置和姿态估计。

多传感器融合技术的使用既提高了系统的精度，又增加了系统的鲁棒性和可靠性。

3. 作动器控制惯性导航系统不仅可以用于测量和估计位置和姿态信息，还可以用于导航和制导控制。

在航空航天领域，惯性导航系统可以实现航空器的自主飞行和自动着陆。

为了实现更高的制导精度，研究人员还进一步研究了作动器控制技术。

作动器控制技术利用惯性导航系统提供的位置和姿态信息，对作动器进行精确的控制，从而实现目标的精确导航和控制。

4. 应用领域高精度测量与制导的惯性导航系统在许多领域都有着广泛的应用。

在航空航天领域，惯性导航系统被广泛应用于飞机、导弹和卫星等航天器的导航和制导控制。

在海洋领域，惯性导航系统被用于舰船和潜艇的导航和控制。

在车辆领域，惯性导航系统被用于汽车、火车和无人驾驶车辆的自主导航和控制。

三、挑战与未来发展方向1. 技术挑战尽管高精度测量与制导的惯性导航系统取得了重要的进展，但仍面临一些技术挑战。

卫星导航与惯性导航的组合应用在现代导航技术领域，卫星导航和惯性导航是两种常见且重要的导航方式。

它们各自具有独特的优势和局限性，而将两者进行组合应用，则能够实现更精准、可靠和连续的导航服务，为众多领域带来了巨大的便利和发展机遇。

卫星导航，如我们熟知的 GPS、北斗等系统，通过接收卫星信号来确定用户的位置、速度和时间等信息。

其优点显而易见，能够在全球范围内提供高精度的定位信息，而且使用方便，只要能接收到卫星信号，就能迅速获取导航数据。

然而，卫星导航也存在一些不足之处。

比如，在高楼林立的城市峡谷、隧道、深山等信号容易被遮挡或干扰的区域，卫星导航的性能可能会大打折扣，甚至无法正常工作。

此外，卫星导航的更新频率相对较低，对于一些高速动态的应用场景，可能无法及时提供准确的实时信息。

惯性导航则是依靠测量物体的加速度和角速度来推算其位置和姿态的变化。

它不依赖外部信号，具有自主性强、不受外界干扰、数据更新频率高、能够实时提供导航信息等优点。

即使在卫星信号丢失的情况下，惯性导航系统仍能在短时间内保持较高的导航精度。

但惯性导航也有其缺点，由于测量误差会随时间累积，长时间工作后，导航精度会逐渐降低。

正是由于卫星导航和惯性导航各自的特点，使得它们的组合应用成为一种理想的解决方案。

这种组合能够充分发挥两者的优势，弥补彼此的不足，从而提供更全面、更可靠的导航服务。

在航空领域，卫星导航与惯性导航的组合应用尤为重要。

飞机在飞行过程中，需要高精度、高可靠性的导航信息。

在开阔的空域，卫星导航能够提供准确的位置和速度信息；而当飞机穿越云层、遭遇电磁干扰或在其他可能导致卫星信号丢失的情况下，惯性导航则能够确保导航的连续性和稳定性。

例如，在飞机起飞和降落阶段，对导航精度的要求极高，此时组合导航系统能够发挥关键作用，保障飞行安全。

在航海领域，船舶在远航过程中，同样面临着复杂的导航环境。

卫星导航可以为船舶提供在开阔海域的精确导航，但在靠近港口、穿越狭窄水道或者遇到恶劣天气时，卫星信号可能会受到影响。

组合惯性导航系统有哪些？随着时代的发展，单一惯性导航系统逐渐被组合惯性导航系统所代替。

单一导航系统都有各自的局限性，组合惯性导航系统是将飞机和舰船等运载体上的两种或两种以上的导航设备组合在一起的导航系统。

下面雅驰为你介绍一些利用多种信息源互补构成精确度更高的多功能导航系统。

1、卫星惯导组合：通过卫星定位系统信息定时对惯性系统进行偏差纠正。

在无法接受卫星信号时，惯性定向定位导航系统也能够保障信息在一定时间内的精准度。

具有精度高，可通讯的特点，但是需要从外界获取信息。

2、天文与惯性导航系统组合：关于天文和惯性导航系统组合，以下三种方式供你参考：一是利用惯性导航和天文导航系统位置信息差值来校正的组合方法，给出工程应用的实际结果；二是根据天文导航系统观测天体的高度、方位值，依据天文原理计算两者之差作为观测卡尔曼滤波组合；三是确定产台坐标系在惯性坐标中跟踪地理坐标系的误差作为观测卡尔曼滤波组合，最后采用天文导航位置信息对陀螺常值漂移的校正。

3、GPS/INS组合导航系统：能很好的实现惯性传感器的校准、惯导系统的空中对准和高度稳定性等，从而提高惯导系统的性能、精度、跟踪卫星的能力。

还可以实现GPS完整性检测，提高可靠性，实现一体化。

4、惯导/多普勒组合：惯性导航系统和多普勒导航的组合解决了多普勒受地形影响的因素，又解决了惯性导航自身的误差，体现了两者很好的互补效果。

5、惯导/地磁组合导航系统：具有自主性强、隐蔽性好、成本低、可用范围广等优点，是当前惯性导航系统研究领域的一个热点。

6、惯导/地形匹配组合导航系统：因为地形匹配的定位精度很高，所以可以利用这种精度的信息来消除长时间工作的误差累计，提高惯性导航的定位精度。

7、GPS/航迹推算组合导航系统：航迹推算是在GPS失效的情况下，根据大气数据测得空速，推算出地速和航迹角。

当信号中断或差时，由航迹确定位置；当信号质量好时，利用GPS定位确定位置。

这样有效的降低了系统的成本。

ins gnss组合导航原理
insgnss组合导航原理是利用惯性导航系统（inertialnavigationsystem,INS）和全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem,GNSS）进行组合导航的一种方法。

INS是一种以加速度计和陀螺仪为基础的导航系统，可以测量飞行器在空间中的加速度和角速度，从而计算出其位置、速度和姿态等信息。

GNSS是通过卫星发射的信号来提供位置、速度和时间等信息的一种导航系统，包括GPS、GLONASS、Galileo等。

ins gnss组合导航原理利用INS和GNSS两种导航系统的互补性，可以在长时间导航中提高导航精度和稳定性。

INS有较高的精度和短期稳定性，但会出现随时间漂移等问题，而GNSS的测量精度和长期稳定性较好，但在某些环境下（如城市峡谷、密集林木等）会受到信号遮挡、多径效应等干扰。

ins gnss组合导航原理将INS和GNSS的测量结果进行融合，可以克服各自的局限性，提高导航精度和可靠性。

具体实现方法包括： 1. 利用INS和GNSS的测量结果进行数据融合，通过卡尔曼滤波等方法进行状态估计和修正。

2. 利用INS和GNSS的信息进行互补滤波，将两种导航系统的优势进行结合，提高导航精度和稳定性。

ins gnss组合导航原理在机载导航、航天器导航、地面移动终端等领域都有广泛应用，可以提高导航系统的精度和可靠性。

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惯性导航与卫星导航组合定位精度分析及仿真周俊;王琳;徐永强;黄海;李枭楠【摘要】随着导航领域的逐渐发展,卫星导航的应用成为重要课题.阐述了惯性导航、卫星导航及其组合导航系统的基本原理和优缺点,对惯性导航系统的定位精度进行分析及仿真验证,并给出分析和验证的过程及结果.对惯性导航与卫星导航松组合模式的定位精度进行了分析和测试,并给出所使用的Kalman滤波器的详细参数及测试结果.测试结果表明,组合后的定位精度比单INS定位精度有大幅提高,且误差不随时间发散.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2018(048)012【总页数】5页(P1086-1090)【关键词】卫星导航;惯性导航;组合导航;Kalman滤波【作者】周俊;王琳;徐永强;黄海;李枭楠【作者单位】陆军航空兵学院陆军航空兵研究所, 北京 101121;陆军航空兵学院陆军航空兵研究所, 北京 101121;陆军航空兵学院陆军航空兵研究所, 北京101121;陆军航空兵学院陆军航空兵研究所, 北京 101121;中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北石家庄 050081【正文语种】中文【中图分类】TP30 引言惯性导航系统(INS)是依据牛顿惯性原理，利用陀螺、加速度计等惯性敏感元件及初始信息来计算载体的姿态、速度和位置[1-2]。

惯性导航完全依靠载体自身设备独立自主地进行导航，是一种保密性好且不易受干扰的导航系统[3-4]。

但由于惯性器件存在测量误差，这种误差进入导航解算时会随时间累积，导致导航结果的误差随时间发散[5]。

全球卫星导航系统(GNSS)是一种星基无线电导航系统，能为全球陆、海、空、天的各类军民载体提供全天候、全天时和高精度的三维位置、速度和精密时间信息[6-8]。

但由于用户接收机在接收其导航定位信号时容易受到遮挡、折射和高动态等因素的干扰，导致信号质量不稳定，进而影响定位精度，甚至失锁[9-10]。

而INS与GNSS的组合能够有效地解决惯导误差随时间发散的问题，同时可以增强GNSS接收机对信号的捕获与跟踪性能，提高导航系统的稳定性[11-13]。