惯性多源高精度组合导航定位与测量关键技术-东南大学

控制科学与工程是一门研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。

它是20世纪最重要的科学理论和成就之一，它的各阶段的理论发展及技术进步都与生产和社会实践需求密切相关。

11世纪我国北宋时代发明的水运仪象台就体现了闭环控制的思想。

到18世纪，近代工业采用了蒸汽机调速器。

但直到20世纪20年代逐步建立了以频域法为主的经典控制理论并在工业中获得成功应用，才开始形成一门新兴的学科——控制科学与工程。

此后，经典控制理论继续发展并在工业中获得了广泛的应用。

在空间技术发展的推动下，50年代又出现了以状态空间法为主的现代控制理论，并相继发展了若干相对独立的学科分支，使本学科的理论和研究方法更加丰富。

60年代以来，随着计算机技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，显著加快了工业技术更新的步伐。

在控制科学发展的过程中，模式识别和人工智能与控制相结合的研究变得更加活跃；由于对大系统的研究和控制学科向社会、经济系统的渗透，形成了系统工程学科。

特别是近20年来，非线性及具有不确定性的复杂系统向“控制科学与工程”提出了新的挑战，进一步促进了本学科的迅速发展。

目前，本学科的应用已经遍及工业、农业。

交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融、人口和社会各个领域，从日常生活到社会经济无不体现本学科的作用。

控制科学以控制论、信息论、系统论为基础，研究各领域内独立于具体对象的共性问题，即为了实现某些目标，应该如何描述与分析对象与环境信息，采取何种控制与决策行为。

它对于各具体应用领域具有一般方法论的意义，而与各领域具体问题的结合，又形成了控制工程丰富多样的内容。

本学科的这一特点，使它对相关学科的发展起到了有力的推动作用，并在学科交叉与渗透中表现出突出的活力。

例如：它与信息科学和计算机科学的结合开拓了知识工程和智能机器人领域。

与社会学、经济学的结合使研究的对象进入到社会系统和经济系统的范畴中。

与生物学、医学的结合更有力地推动了生物控制论的发展。

东南大学仪器科学与技术专业卓越工程师培养计划（博士部分）2011年4月2日仪器科学与技术专业是东南大学最早建立的工程类专业之一，创建于1960年。

1961年开始招收研究生，1981年被国务院学位委员会批准成为硕士学位授权点，1990年被批准成为博士学位授权点。

1998年“仪器科学与技术”一级学科被国务院学位委员会批准成为首批一级学科博士学位授权点，2005年本学科被评为江苏省首批国家重点学科培育建设点，2006年“仪器科学与技术”一级学科被批准设立博士后科研流动站。

东南大学仪器科学与技术专业努力培养面向未来国家建设需要、适应未来科技进步、德智体全面发展的仪器科学与技术领域的卓越人才。

一、培养标准1、培养目标面向未来国家建设需要，适应未来科技进步，德智体全面发展，掌握仪器科学与技术学科的基础理论和专业知识，获得工程师的良好训练；了解本学科的国际前沿和发展趋势，具有解决复杂工程问题和科学研究的能力；能胜任仪器科学与技术领域的教育、研究、设计、管理，以及投资与开发、金融与保险等工作，具有继续学习能力、创新能力、国际视野和领导意识的卓越人才。

2、培养规格未来仪器科学与技术领域的卓越工程师应具有科学、工程和人文三方面的综合素质。

在本科、硕士阶段的基础上，应在“知识、能力、人格”方面具有以下更高的要求。

2.1 拥有科学、技术、职业以及社会经济方面的丰富知识经过博士研究生阶段的培养，学生应具有坚实的理论基础和系统深入的专业知识，包括：人文社会科学知识、自然科学知识、工具性知识、专业知识及社会发展和相关领域科学知识。

2.1.1人文社会科学知识具有宽厚的人文社会科学基础，包括：现代科技革命与马克思主义等社会科学知识。

2.1.2自然科学知识具有扎实的自然科学基础，熟悉自然科学的新进展，包括：1)掌握高等工程数学；2)熟悉现代信息科学、环境科学的最新发展；3)熟悉其他当代科学技术发展的最新发展。

2.1.3工具性知识熟练掌握工具性知识。

项目名称：低成本高精度惯性组合无缝导航定位关键技术及应用完成人：陈熙源，程向红，杨波，祝雪芬，周祥东，揭建英，方琳，黄浩乾，汤传业，申冲，徐元完成单位：东南大学，江苏罗思韦尔电气有限公司，北京七维航测科技股份有限公司项目简介：随着GPS、惯性等导航定位技术的应用，在温度变化范围大、载体动态范围大以及GPS 失锁、出现偶然性间断等恶劣环境时，要实现低成本高精度无缝连续导航定位已成为目前研究的难题，迫切需要解决多个关键技术与技术瓶颈。

本项目针对低成本高精度惯性组合无缝导航定位的智能超紧组合、高动态姿态测量与高精度对准、低成本芯片级陀螺仪研制等关键技术，经过9年系统深入的研究，突破了多项核心技术，研制成功系列低成本导航定位关键设备，填补了国内空白，并在多个重要领域得到成功应用。

本项目的技术创新点：（1）提出新颖的基于软件GPS接收机的超紧密组合导航定位方法，设计了应用于高动态环境下抗干扰惯性器件标定方法及自适应滤波器，通过主/辅工作模式智能切换、自适应匹配，显著提高了高动态或微弱信号情况下的导航定位精度和可靠性。

（2）针对载体在大动态或高频振动情况下的姿态测量和定位难题，提出基于比力信息的精对准光纤捷联系统的对准方法，将载体的姿态测量和定位精度在原来基础上提高近5倍。

（3）成功研制了一种新型的、功耗低、响应快、灵敏度高、重复性好、高度集成化、工艺简单的MEMS 芯片级温控陀螺仪，在全温范围内，频率控制精度3.57×10-4Hz，解决了温度变化大时的陀螺温控难题。

本项目获国家发明专利授权27项；获实用新型专利授权10项；获计算机软件著作权3项。

发表论文126篇，其中SCI收录30篇，EI收录76篇。

本项目相关成果曾获2013年江苏知识产权局专利优秀奖等。

本成果不仅在车载无缝导航中得到应用，而且在国内首次应用于水下滑翔器的导航定位。

该成果还在双天线光纤组合惯导系统、光纤罗经系统、国家海洋水下探测、搜救及国家之间界河勘测、南极科考船雷达基准测量等重要领域得到应用或产业化，取得了重大的社会效益和经济效益，近三年新增产值10.52亿元，新增利税2.82亿元，间接经济效益20多亿元。

北京理工大学2016版学术型研究生培养方案学科专业：控制科学与工程学科代码：081100控制科学与工程（081100）一、学科简介与研究方向控制科学与工程一级学科具有博士学位授予权并设博士后流动站，下设“控制理论与控制工程”、“检测技术与自动化装置”、“系统工程”、“模式识别与智能系统”、“导航、制导与控制” 和“电气工程与控制”六个学科方向，其中，“控制理论与控制工程”是国家重点学科，“导航、制导与控制”是国家重点培育学科，“模式识别与智能系统”是国防科工委重点学科，“控制科学与工程”一级学科是北京市一级重点学科。

控制科学与工程是研究控制理论、方法、技术及其工程应用的学科。

该学科以控制论、系统论、信息论为基础，研究各应用领域内的共性问题，即研究为了实现控制目标，应如何建立系统的模型，分析其内部与环境信息，采取何种控制与决策行为。

同时，上述理论方法与各应用领域密切结合，形成了控制工程丰富多样的研究内容。

本学科在理论研究与工程实践结合、学科交叉和军民结合等方面具有鲜明的特色与优势，对我国国民经济发展和保卫国家安全发挥了重大作用。

本学科主要研究方向有：1.控制理论与控制工程：复杂系统的建模、控制、优化、决策与仿真；鲁棒控制与自适应控制；非线性滤波与控制；工程系统的综合控制与优化；运动控制系统分析与设计；先进控制理论与方法；生物医学信息处理；无人系统自主控制。

2.模式识别与智能系统：智能控制与智能系统；计算智能与优化决策；模式识别与机器学习；图像理解与计算机视觉；多智能体协同控制；指挥控制与决策系统；无人系统智能控制；复杂系统分布式仿真。

3.导航、制导与控制：惯性定位定向导航；组合导航与智能导航；惯性器件及系统测试；仿生导航；地球物理场信息匹配辅助导航；飞行器制导、控制与仿真；新型惯性器件；多源导航信息共享与控制。

4.系统工程：系统工程理论及应用；系统建模、优化与集成；复杂系统分析与控制；网络信息处理与控制；数据建模与决策；大数据管理与分析；天地一体化系统协同控制。

GPS/INS 组合导航（仪器科学与工程学院）摘要：GPS/INS 组合导航是用GPS和INS各自的优点进行组合得到的组合导航系统。

它能够拥有GPS的长距离同误差和INS的短距离精确导航的优点，本文是关于GPS/INS组合导航的综述。

关键词：组合导航；惯性导航系统；GPS；INSGPS可以提供全球性的、全天候的、高精度的无源式三维导航定位服务，定位误差不随时间增长，但是GPS的自主性差，需要依靠运营商，受地形建筑的遮蔽信号物的影响，很难做到高精度实时动态控制和导航。

而INS的短期精度高、自主性强、抗干扰能力强，但是长期精度低，导航误差随着时间会逐渐积累。

所以二者的优缺点结合互补，可以实现实时精度高，动态性强，数据更新率高等优点。

1背景1.1 GPS简介GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。

GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。

20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。

主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

它有以下的优点[1][4][5]：1、定位精度高，GPS定位精度可以达到0.1～0.0lppm。

定点定位GPS有着这么高的精度可以满足不同情况下，不同需求下的精度需求。

2、范围广，全球定位。

3、适应性强，可在各种恶劣环境中工作，可以24小时工作。

而且无论是高山，深谷，GPS都能够工作。

同样的GPS也有弊端：1、抗干扰能力弱，GPS利用电磁波传递信号，容易受到地形，天气，磁场，电磁波等干扰。

也会受到大气层中对流层和电离层的影响。

2、由于电磁波传播途径被影响，会导致定位时产生误差。

影响精度。

3、自主性差GPS是现在人们生活工作中重要的工具，能够满足人们一定的生活工作需求，但是它明显的缺点也是制约其进一步发展的因素。

控制科学与工程是一门研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。

它是20世纪最重要的科学理论和成就之一，它的各阶段的理论发展及技术进步都与生产和社会实践需求密切相关。

11世纪我国北宋时代发明的水运仪象台就体现了闭环控制的思想。

到18世纪，近代工业采用了蒸汽机调速器。

但直到20世纪20年代逐步建立了以频域法为主的经典控制理论并在工业中获得成功应用，才开始形成一门新兴的学科——控制科学与工程。

此后，经典控制理论继续发展并在工业中获得了广泛的应用。

在空间技术发展的推动下，50年代又出现了以状态空间法为主的现代控制理论，并相继发展了若干相对独立的学科分支，使本学科的理论和研究方法更加丰富。

60年代以来，随着计算机技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，显著加快了工业技术更新的步伐。

在控制科学发展的过程中，模式识别和人工智能与控制相结合的研究变得更加活跃；由于对大系统的研究和控制学科向社会、经济系统的渗透，形成了系统工程学科。

特别是近20年来，非线性及具有不确定性的复杂系统向“控制科学与工程”提出了新的挑战，进一步促进了本学科的迅速发展。

目前，本学科的应用已经遍及工业、农业。

交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融、人口和社会各个领域，从日常生活到社会经济无不体现本学科的作用。

控制科学以控制论、信息论、系统论为基础，研究各领域内独立于具体对象的共性问题，即为了实现某些目标，应该如何描述与分析对象与环境信息，采取何种控制与决策行为。

它对于各具体应用领域具有一般方法论的意义，而与各领域具体问题的结合，又形成了控制工程丰富多样的内容。

本学科的这一特点，使它对相关学科的发展起到了有力的推动作用，并在学科交叉与渗透中表现出突出的活力。

例如：它与信息科学和计算机科学的结合开拓了知识工程和智能机器人领域。

与社会学、经济学的结合使研究的对象进入到社会系统和经济系统的范畴中。

与生物学、医学的结合更有力地推动了生物控制论的发展。