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导航基本原理-组合导航

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导航系统

导航系统

第1 章绪论1.1 导航的基本概念导航是引导运载体到达预定目的地的过程。

导航分两类：(1)自主式导航，用飞行器或船舶上的设备导航，有惯性导航、多普勒导航和天文导航等；(2)非自主式导航，用于飞行器、船舶、汽车等交通设备与有关的地面或空中设备相配合导航，有无线电导航、卫星导航。

在军事上，导航还要配合完成武器投射、侦察、巡逻、反潜和援救等任务。

高效、高精度的导航系统更是我国这种发展中国家赶超发达国家的战略性资源和倍能器。

在军用方面，随着新时期军事战略方针的转变及高新技术武器装备的发展，导航定位定向系统已经成为我军现代化建设中一项不可缺少的重要军事技术装备，其重要性表现在：它是信息战必不可少的基础设备，是建立战场统一坐标的前提，是快速、准确火力部署的保障，同时又是实现武器精确打击能力的必要条件。

所以，导航定位定向系统对迅速提高我军的综合作战能力，加快数字化部队建设至关重要；在民用方面，国外的导航定位定向系统己在大地测量、定向钻并、隧道掘进、地面车辆导航、飞机进场着陆、航天航空遥感、机载重力测量、公路监测、地下油气管道监测、矿井监测、激光断面监测等方面得到广泛地的应用，并取得了巨大的经济效益。

在日常生活中我们经常接触到的导航是车载导航，车载导航属于非自主式导航，车载导航是利用车载GPS（全球定位系统）配合电子地图来进行的，汽车GPS导航系统由两部分组成：一部分由安装在汽车上的GPS接收机和显示设备组成；另一部分由计算机控制中心组成，两部分通过定位卫星进行联系。

1.2 惯性导航(INS)概述通常说的惯性技术，是惯性器件、惯性测量、惯性导航、惯性制导和惯性稳定等技术的统称。

惯性技术既是一门学科，也是一门工程技术，在陆、海、空、天各个领域有着广泛应用。

惯性器件（陀螺仪和加速度计）、惯性仪表、惯性导航系统都是以牛顿力学定律为基础的。

惯性导航系统通过加速度计实时测量载体运动的加速度，经积分运算得到载体的实时速度和位置信息。

《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》范文

《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》范文

《基于SINS-北斗的组合导航技术研究》篇一基于SINS-北斗的组合导航技术研究一、引言随着科技的不断进步，导航技术在军事、航空、航海、自动驾驶等领域得到了广泛的应用。

惯性导航系统（SINS）以其独立自主的导航特性被广泛应用，然而，单一的惯性导航系统在长时间内存在累积误差的问题。

而北斗卫星导航系统作为我国自主研发的全球卫星导航系统，具有定位精度高、可靠性强的特点。

因此，将SINS与北斗卫星导航系统进行组合，形成SINS/北斗组合导航系统，可以有效地提高导航的精度和可靠性。

本文将基于SINS/北斗的组合导航技术进行研究，探讨其原理、实现方法以及应用前景。

二、SINS/北斗组合导航技术原理SINS/北斗组合导航技术是将惯性导航系统和北斗卫星导航系统进行有机融合，利用两种系统的优势互补，提高导航的精度和可靠性。

SINS通过测量载体的加速度和角速度，进行积分运算得到载体的姿态、速度和位置信息。

而北斗卫星导航系统通过接收卫星信号，进行定位、测速和授时。

将两者进行组合，可以有效地抑制SINS的累积误差，提高导航的精度和稳定性。

三、实现方法SINS/北斗组合导航技术的实现主要涉及两个方面：硬件设计和软件算法。

硬件设计方面，需要设计合理的惯性测量单元（IMU），包括陀螺仪、加速度计等传感器，以及与北斗卫星接收机进行数据交互的接口电路。

同时，为了保证系统的稳定性和可靠性，还需要对硬件进行抗干扰设计、电磁兼容性设计等。

软件算法方面，主要包括数据预处理、SINS算法、北斗定位算法以及组合导航算法等。

数据预处理主要是对传感器数据进行滤波、标定等处理，以消除噪声和误差。

SINS算法和北斗定位算法分别用于实现惯性导航和卫星导航。

而组合导航算法则是将两种系统的数据进行融合，以实现优势互补。

四、应用前景SINS/北斗组合导航技术具有广泛的应用前景。

在军事领域，可以用于战场态势感知、导弹制导等。

在民用领域，可以用于无人驾驶、智能机器人、航空航天等领域。

KY-INS112 组合导航系统 使用说明书

KY-INS112 组合导航系统 使用说明书

KY-INS112组合导航系统使用说明书北京北斗星通导航技术股份有限公司导航产品事业部目录1.概述 (1)2.功能及指标 (1)2.1主要功能 (1)2.2性能指标 (1)3.工作原理 (3)3.1.产品组成 (3)3.2.基本原理 (3)4.使用说明 (4)4.1外形尺寸 (4)4.2电气接口 (5)5.系统导航工作流程 (8)5.1.组合导航流程 (8)5.2.纯惯性导航流程 (8)6.产品配置 (9)6.1.设备接口功能 (9)6.2.配置查询 (10)6.3.波特率配置 (10)6.4.协议及更新率配置 (10)6.5.初始值配置 (12)6.6.功能模块配置 (12)6.7.“零速修正”配置 (12)6.8.“位置输出平滑”配置 (13)6.9.载体类型配置 (13)6.10.GNSS天线杆臂配置 (14)6.11.输出杆臂设置 (15)6.12.安装角设置 (15)6.13.输出角设置 (16)6.14.强制转惯性导航 (16)6.15.系统复位 (17)7.输出语句解析格式 (17)7.1.可输出的协议类型 (17)8.存储数据导出 (22)9.系统维护 (24)9.1.固件升级 (24)9.2.参数上传 (24)10.注意事项 (25)11.附录 (25)11.1.卫星接收机COM2输出配置 (25)11.2.差分配置说明 (26)11.2.1.差分基准站设置 (27)11.2.2.差分通讯链路设置 (27)11.2.3.差分移动站设置 (28)11.3.32位CRC校验计算方法 (28)1. 概述KY-INS112组合导航系统由MEMS传感器及高端GNSS 接收机板卡（NovAtel-718D ）组成，通过多传感器融合及导航解算算法实现。

该产品可靠性高，环境适应性强。

通过匹配不同的软件，产品可广泛应用于无人机、无人车、测绘、船用罗经、稳定平台、水下运载器等领域。

2. 功能及指标2.1主要功能组合导航系统能够利用GNSS 接收机接收到的卫星导航信息进行组合导航，输出载体的俯仰、横滚、航向、位置、速度、时间等信息；失去信号后输出惯性解算的位置、速度和航姿信息，短时间内具备一定的导航精度保持功能。

GPS与惯导系统的组合导航技术

GPS与惯导系统的组合导航技术

谢谢观看
LOGO
GPS/INS
INS:
INS 不仅能够提供载体位置、速度参数,还能提 供载体的三维姿态参数,是完全自主的导航方式,在 航空、航天、航海和陆地等几乎所有领域中都得 到了广泛应用。但是,INS 难以克服的缺点是其导航 定位误差随时间累加,难以长时间独立工作。
LOGO
GPS/INS
GPS/INS组合:
LOGO
紧耦合和松耦合
优点:
1.组合结构简单，便于工程实现，便于实现容错 2.两个系统能够独立工作，使得导航系统有一定的 余度
缺点:
1. GPS 输出的位置、速度通常是与时间相关的； 2.INS 和 GPS 信息流动是单向的，INS 无法辅GPS。
LOGO
GPS/INS
紧耦合:
紧耦合模式是指利用 GPS 接收机的的原始信息来和惯 导系统组合，原始信息一般是指伪距、伪距率、载波 相位等。
LOGO
分类:
基于卡尔曼组合数据的融合方法
按照组合中滤波器的设置来分类，可以分成： 集中式的卡尔曼滤波 分布式的卡尔曼滤波 按照对系统校正方法的不同，分为: 开环校正(输出校正) 闭环校正(反馈矫正) 按照组合水平的深度不同，分为： 松耦合 紧耦合 根据卡尔曼滤波器所估计的状态不同，卡尔曼 滤波在组合导航中的应用有: 直接法 间接法
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紧耦合和松耦合
基于卡尔曼滤波的组合方式:
利用卡尔曼滤波器设计 GPS/INS 组合导航系统的方法 多种多样按照组合水平的深度不同，分为： 松耦合 紧耦合
LOGO
紧耦合和松耦合
松耦合:
松耦合模式是指直接利用 GPS 接收机输出的定位信 息与 INS 组合，它是一种 低水平的组合。位置、速 度组合是其典型代表，它 采用 GPS 和 INS 输出的位 置和速度信息的差值作为 量测值。

导航基本原理-组合导航共61页文档

导航基本原理-组合导航共61页文档

•Leabharlann 29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
导航基本原理-组合导航
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯

组合导航系统常见故障分析及研究

组合导航系统常见故障分析及研究

组合导航系统常见故障分析及研究摘要：本文主要介绍了组合导航系统的基本功能与工作原理，详细介绍分析了组合导航系统在装机过程与通电使用中出现的多种故障。

从工作原理入手详细说明了组合导航系统常见故障及故障分析与排除，为外厂维护及故障的判断提供了理论依据。

关键词：组合导航系统、对准、标定1 概述组合导航系统具有全天候自主导航能力，作为载机的主要信息源，能为飞控系统、任务管理系统及其它航电设备提供各种导航信息，包括经度、纬度、东向速度、北向速度、地速、俯仰角、横滚角、真航向、磁航向、磁差；机体三轴角速度、机体三轴加速度；风速、风向、偏流角、航迹角、偏航角、偏航距、预定航迹角；到下一航路点的待飞距离和待飞时间等。

组合导航系统发生故障，将会影响机组人员对飞机的操纵，轻则影响飞行任务实施，严重时将会危及飞机飞行安全。

工作框图如图1所示。

2 组合导航系统工作原理当载机移动时，装于X、Y、Z三轴上的加速度计Ax、Ay、Az可敏感飞机三个轴向上的加速度ax、ay、az。

X、Y、Z三轴上激光陀螺敏感机体的角运动，计算机根据陀螺输出来更新姿态矩阵进而计算出姿态角、方位角，并对ax、ay、az通过数学平台(姿态矩阵)将其转换到东、北、天三个方向进行积分，即可得飞机在东、北、天三个方向的速度Vn，Ve, Vu。

对速度积分，即可得到飞行距离。

通过正余弦运算，将距离分解到东、北两个方向，即得到飞机即时经、纬度的信息。

根据水平地速方向和真航向，即可推算出偏流角；根据即时位置到航线的垂直距离可算出偏航距；根据预定航迹与航迹角可得知飞机偏航角；根据水平地速，待飞时、待飞距、偏航角，即可给出驾驶仪操纵信号，自动控制载机按飞行计划航线飞行。

惯性仪表组件敏感并输出载机相对惯性坐标系三个轴向的角速率和加速度，通过陀螺力反馈电路和加速度计采样电阻得到代表角速率和加速度大小的电压信号。

这些电压信号经过陀螺和加速度计量化器电路后，被转换为可以使计算机接收的数字脉冲序列。

捷联惯导算法与组合导航原理讲义

捷联惯导算法与组合导航原理讲义

捷联惯导算法与组合导航原理讲义(20170220)(总205页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除捷联惯导算法与组合导航原理讲义严恭敏，翁浚编著西北工业大学2016-9前言近年来，惯性技术不论在军事上、工业上，还是在民用上，特别是消费电子产品领域，都获得了广泛的应用，大到潜艇、舰船、高铁、客机、导弹和人造卫星，小到医疗器械、电动独轮车、小型四旋翼无人机、空中鼠标和手机，都有惯性技术存在甚至大显身手的身影。

相应地，惯性技术的研究和开发也获得前所未有的蓬勃发展，越来越多的高校学生、爱好者和工程技术人员加入到惯性技术的研发队伍中来。

惯性技术涉及面广，涵盖元器件技术、测试设备和测试方法、系统集成技术和应用开发技术等方面，囿于篇幅和作者知识面限制，本书主要讨论捷联惯导系统算法方面的有关问题，包括姿态算法基本理论、捷联惯导更新算法与误差分析、组合导航卡尔曼滤波原理、捷联惯导系统的初始对准技术、组合导航系统建模以及算法仿真等内容。

希望读者参阅之后能够对捷联惯导算法有个系统而深入的理解，并能快速而有效地将基本算法应用于解决实际问题。

本书在编写和定稿过程中得到以下同行的热心支持，指出了不少错误之处或提出了许多宝贵的修改建议，深表谢意：西北工业大学自动化学院：梅春波、赵彦明、刘洋、沈彦超、肖迅、牟夏、郑江涛、刘士明、金竹、冯理成、赵雪华；航天科工第九总体设计部：王亚军；辽宁工程技术大学：丁伟；北京腾盛科技有限公司：刘兴华；东南大学：童金武；中国农业大学：包建华；南京航空航天大学：赵宣懿；武汉大学：董翠军；网友：Zoro；山东科技大学：王云鹏。

书中缺点和错误在所难免，望读者不吝批评指正。

作者2016年9月目录第1章概述............................................... 错误!未指定书签。

1.1捷联惯导算法简介................................................ 错误!未指定书签。

手机导航工作原理

手机导航工作原理

手机导航工作原理
手机导航的工作原理是基于全球定位系统（GPS）和导航软件
的组合运作。

首先，手机上的导航软件会发送一个请求给GPS芯片，请求
获取当前的地理位置信息。

GPS芯片会接收来自全球定位系
统的卫星信号，并计算出手机的经纬度坐标。

接下来，导航软件会将获取到的地理位置坐标与预先加载的地图数据进行比对。

地图数据通常包括道路网络、地点标记和交通信息等。

通过比对，导航软件能够确定手机所处的具体位置，并将其在地图上显示出来。

同时，导航软件会根据用户输入的目的地信息，计算出最佳的行车路线。

这个过程通常包括考虑到道路距离、交通状况、速度限制和用户个性化偏好等因素。

一旦最佳路线确定，导航软件会指导用户沿途行驶，并实时提示路况和导航指令。

最后，导航软件还可以提供其他功能，如语音导航、实时路况更新、周边兴趣点搜索等。

这些功能都是通过运算和与网络的交互来实现的。

总的来说，手机导航的工作原理是基于GPS定位和导航软件
的结合运作。

通过利用卫星信号获取当前位置，并与地图数据进行比对和计算，手机导航能够实现精确的定位和路线导航。

捷联惯导算法与组合导航原理讲义

捷联惯导算法与组合导航原理讲义

捷联惯导算法与组合导航原理讲义严恭敏，翁浚编著西北工业大学2016-9前言近年来，惯性技术不论在军事上、工业上，还是在民用上，特别是消费电子产品领域,都获得了广泛的应用,大到潜艇、舰船、高铁、客机、导弹和人造卫星，小到医疗器械、电动独轮车、小型四旋翼无人机、空中鼠标和手机，都有惯性技术存在甚至大显身手的身影。

相应地，惯性技术的研究和开发也获得前所未有的蓬勃发展，越来越多的高校学生、爱好者和工程技术人员加入到惯性技术的研发队伍中来。

惯性技术涉及面广，涵盖元器件技术、测试设备和测试方法、系统集成技术和应用开发技术等方面，囿于篇幅和作者知识面限制，本书主要讨论捷联惯导系统算法方面的有关问题，包括姿态算法基本理论、捷联惯导更新算法与误差分析、组合导航卡尔曼滤波原理、捷联惯导系统的初始对准技术、组合导航系统建模以及算法仿真等内容。

希望读者参阅之后能够对捷联惯导算法有个系统而深入的理解，并能快速而有效地将基本算法应用于解决实际问题。

本书在编写和定稿过程中得到以下同行的热心支持，指出了不少错误之处或提出了许多宝贵的修改建议,深表谢意:西北工业大学自动化学院：梅春波、赵彦明、刘洋、沈彦超、肖迅、牟夏、郑江涛、刘士明、金竹、冯理成、赵雪华；航天科工第九总体设计部：王亚军；辽宁工程技术大学：丁伟；北京腾盛科技有限公司：刘兴华；东南大学：童金武；中国农业大学:包建华；南京航空航天大学：赵宣懿；武汉大学：董翠军;网友：Zoro；山东科技大学:王云鹏。

书中缺点和错误在所难免，望读者不吝批评指正.作者2016年9月目录第1章概述 (6)1.1捷联惯导算法简介 (6)1.2 Kalman滤波与组合导航原理简介 (7)第2章捷联惯导姿态解算基础 (10)2。

1反对称阵及其矩阵指数函数 (10)2。

1。

1 反对称阵 (10)2。

1.2 反对称阵的矩阵指数函数 (12)2。

2方向余弦阵与等效旋转矢量 (13)2.2.1 方向余弦阵 (13)2。

组合导航教案

组合导航教案

组合导航教案一、教学目标1、让学生了解组合导航的基本概念和原理。

2、使学生掌握常见的组合导航系统类型及其特点。

3、培养学生分析和解决组合导航相关问题的能力。

二、教学重难点1、重点（1）组合导航系统的构成和工作原理。

（2）不同组合导航模式的优势和适用场景。

2、难点（1）组合导航系统中的数据融合算法。

（2）如何根据实际需求选择合适的组合导航方案。

三、教学方法1、讲授法：讲解组合导航的基本理论和知识。

2、案例分析法：通过实际案例分析，加深学生对组合导航的理解和应用。

3、小组讨论法：组织学生进行小组讨论，培养学生的合作与交流能力。

四、教学过程1、课程导入（约 10 分钟）通过介绍现代导航技术在日常生活和军事领域的广泛应用，如飞机导航、船舶导航、汽车自动驾驶等，引出组合导航的概念。

提问学生对于导航的了解程度，激发学生的学习兴趣。

2、知识讲解（约 50 分钟）（1）组合导航的定义和基本原理组合导航是指将两种或两种以上的导航系统进行组合，以提高导航的精度、可靠性和可用性。

其基本原理是通过对不同导航系统的测量数据进行融合和优化，得到更准确的导航信息。

（2）常见的组合导航系统类型GPS/惯性导航系统（INS）组合北斗/INS 组合无线电导航/INS 组合天文导航/INS 组合分别介绍每种组合导航系统的组成部分、工作原理、优点和局限性。

（3）组合导航中的数据融合算法卡尔曼滤波算法扩展卡尔曼滤波算法无迹卡尔曼滤波算法讲解这些算法的基本思想和在组合导航中的应用。

3、案例分析（约 30 分钟）以飞机导航为例，分析在不同飞行条件下（如恶劣天气、电磁干扰等），如何选择合适的组合导航方案，以及如何处理导航数据的误差和异常。

4、小组讨论（约 20 分钟）将学生分成小组，讨论以下问题：（1）在智能交通领域，组合导航有哪些潜在的应用？（2）未来组合导航技术的发展趋势是什么？5、总结归纳（约 10 分钟）对本节课的重点内容进行总结，强调组合导航在现代导航领域的重要性，以及掌握组合导航技术的关键知识点。

组合导航技术的发展

组合导航技术的发展
➢ 系统方程——INS线性化旳误差方程； ➢ 经过扩展Kalman滤波（Extended Kalman Filter=
EKF）对INS旳速度、位置、姿态以及传感器误差进 行最优估计，并根据估计成果对INS进行输出或者反 馈校正。
6、卫星导航与惯性导航组合方式（续）
松组合旳主要优点
4.3 脉冲星导航
➢ 脉冲星是太阳系以外旳遥远 天体，它们旳位置坐标，如 恒星星表一样构成一种高精 度惯性参照系；
➢ 脉冲星按一定频率发射稳定 旳脉冲信号，其长久稳定度 好于最稳定旳铯原子钟。
➢ 脉冲星能够提供绝好旳空间参照基准和时间基准，所以脉 冲星是空间飞行器旳极好旳天然导航信标。
4、天文导航（续）
系统旳容错功能。 ➢ 提升导航系统旳抗干扰能力，提升完好性。
6、卫星导航与惯性导航组合方式
6.1 涣散组合(Loosely-Coupled Integration)
松组合基本概念
➢ 松 组 合 又 称 级 联 Kalman 滤 波 (Cascaded Kalman Filter)方式。
➢ 观察量——INS和GNSS输出旳速度和位置信息旳差 值；
➢ 另外，因为没有GLONASS卫星旳精确轨道源数 据 ， 故 无 法 测 定 精 度 。 与 GPS 相 比 这 是 GLONASS旳个一主要缺陷。
2、卫星导航旳发展即存在旳问题
2.2 卫星导航存在旳问题（续）
3）GALILEO存在旳主要问题
“伽利略计划”是由欧盟委员会和欧洲空间局共同发起并 组织实施旳欧洲民用卫星导航计划，它受多个国家政策 和利益旳制约，政策具有摇摆性。 因为欧盟受美国旳影响极大，“伽利略计划”本身旳独立 性值得怀疑； GALILEO计划目前已经延后，考虑到目前旳金融危机 ，未来旳GALILEO怎样发呈现在还看不清楚。

激光捷联惯性／卫星组合导航系统基本原理及应用情况

激光捷联惯性／卫星组合导航系统基本原理及应用情况
激光陀螺 加 速 度 计
Ｓ ／ＧＮＳ Ｓ
的应用则刚刚起步 。本文简要介绍 了激光捷联惯性／ 卫星组合导航系统 的基本原理及应 用情况 。
关 键 词 激光 捷 联 惯 性／ 星 组 合 导航 系统 卫
Ｒａ ｉ ａ ｅ ａ ｔｏｎ ｌ ｎｄ Ａｐｐ ｃ ｔｏ ｏ ｓ ｒ ｉ ｆ ａ ｉ ｎ ｆＬａ ｅ
激 光 喷导 系统在 结构 安排上 最大 特 点是 没 有机 械 式 陀螺 稳 定平 台。它 将 三个 机 械 抖动 激
光 （ 自由度） 单 陀螺和三个加速度计直接固连在载体上 ， 组成三维坐标系。其系统工作原理可总 结 如下 ：
（ １ ）由惯 性测量 元件 （ 加速 度计 和激 光 陀螺 仪 ） 出载 体 坐标 系相对 于 惯性 坐标 系 的加 速度 给
２
．
维普资讯
第 ４期
王庆伟 ： 激光捷联惯性／ 卫星组合导航系统基本原理及 应用情 况
２ 控制 电路 ）
包括伺服回路、 信号处理与控制电路 ， 其功能是对传感器提供的信号进行处理 ， 转换为标准 数字 信息 。
３ 模／ 转换 电路 ） 数 将处 理好 的数据转 换为 计算机 能识别 的数字 形式 。 ４ 系统 控制／ ） 数据处 理模块 该 部分 主要 功能如 下 ：
Hale Waihona Puke ＷａｇＱｎ ｗ ｉ ｎ ｉｇ ｅ
（ ｏ ｇｕＡ ｉ ｉ ｄ ｓ ｙＧ ｏ ｐ Ｈ ｎ ｄ ｖａ ｏ Ｉ ｕｔ ｒｕ ） ｔｎ ｎ ｒ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｌ Ｉ ／ ｓｒ ｃ ＳＮＧ ＧＮＳ Ｓ，ａ ｋｎ ｆｎ ｖｇ ｔ ｎ ｅ ｕｐ ｎ ，ｉ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓ ｅｙ ａ ｐ ｉｄ ｏ ｉｄ ｏ ａ ｉａｉ ｑ ｉｍｅ ｔ ｓ ｏ ｒｈ ｎ ｉ ｌ ｐ ｌ ｎ ｏ ｖ ｅ

《导航系统原理》课件

《导航系统原理》课件

随着传感器技术的发展，多传感器融 合技术成为导航系统的重要发展方向 ，它可以提高导航精度和稳定性，降 低对单一传感器的依赖。
卫星导航技术
卫星导航技术的出现是导航系统发展 的一大里程碑，它具有精度高、覆盖 范围广、全天候等优点，广泛应用于 各个领域。
全球定位系统（
02
GPS）
GPS的组成
空间部分
由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。这些卫星分布在6个轨道平面 上，每个轨道平面4颗卫星。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组合导航系统的应用领域
军事应用
组合导航系统广泛应用于军事领域的导 弹制导、无人机航迹规划、战场侦察等 领域。
VS
民用领域
组合导航系统也广泛应用于民用领域，如 航空、航海、车辆自动驾驶、智能机器人 等领域。
导航系统的未来发
05
展
导航系统的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的不断发展， 未来的导航系统将更加智能化， 能够实现自主规划、智能推荐、 实时优化等功能。
提供全球范围的高精度位置信息。
惯性导航系统
通过陀螺仪和加速度计等传感器测量 载体的角速度和加速度，从而推算出 载体的位置和姿态信息。
磁力计
通过测量地球磁场强度，提供载体方 向信息。
里程计
通过测量载体移动的距离和方向，提 供载体移动信息。
组合导航系统的工作原理
1 2
数据融合
组合导航系统将不同传感器的数据进行融合，以 获得更准确的位置、姿态、方向和速度信息。
导航系统原理
导航系统通过接收和处理来自各种传感器的信息，计算出物体的位置、速度和 航向等参数，从而为使用者提供导航指引。
导航系统的分类

捷联惯导算法及车载组合导航系统研究

捷联惯导算法及车载组合导航系统研究

2、GPS和捷联惯导组合导航系统具有互补性，可以实现优势互补，提高导航 系统的性能。
然而，本研究仍存在一些不足之处。首先，对于GPS和捷联惯导组合导航系 统的具体实现方法，尚未进行详细探讨。未来研究可以进一步深入研究系统的硬 件实现方法、软件算法等具体技术细节。其次，虽然本次演示对GPS和捷联惯导 组合导航系统的应用
参考内容
引言
随着科技的不断发展，导航系统在军事、民用等领域的应用越来越广泛。其 中，全球定位系统（GPS）和捷联惯导组合导航系统受到了高度重视。本次演示 旨在分析GPS和捷联惯导组合导航系统的研究现状、方法、结果和展望，以期为 相关领域的研究和实践提供参考。
研究方法
本次演示采用文献综述和理论分析相结合的方法，对GPS和捷联惯导组合导 航系统进行深入研究。首先，收集并阅读相关文献，了解GPS和捷联惯导组合导 航系统的发展历程、研究现状和应用场景。其次，从系统组成、工作原理、性能 特点等方面，对GPS和捷联惯导组合导航系统进行理论分析。
结论
本次演示对捷联惯导算法和车载组合导航系统进行了详细的研究和介绍。捷 联惯导算法作为一种重要的惯性导航算法，具有广泛的应用前景。车载组合导航 系统则是智能驾驶领域的一种重要技术，可以提高导航精度和可靠性。随着科技 的不断进步，
对于捷联惯导算法和车载组合导航系统的研究将会不断深入，出现更多的研 究成果和应用实例。未来的研究方向可以包括进一步优化捷联惯导算法以提高其 精度和稳定性，以及研究更为复杂的车载组合导航系统以适应更加复杂的道路环 境和驾驶任务。
捷联惯导算法及车载组合导航 系统研究
01 引言
目录
02 捷联惯导算法研究
03
车载组合导航系统研 究
04 结论
05 参考内容
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2）把惯导和GPS输出的位置和速度信息进 行加权平均，其原理框图如图6.6所示。在 短时间工作的情况下，惯导精度较高。而长 时间工作时，由于惯导误差随时间增长，因 此惯导输出的权随工作时间增加而减小。
二、用位置、速度信息综合（反馈校正方 式）
这是采用综合卡尔曼滤波器的一种综合模式， 其原理框图如图6.7所示。用GPS和惯导输出的 位置和速度信息的差值作为量测值，经综合卡 尔曼滤波，估计惯导系统的误差，然后对惯导 系统进行校正。
综合系统的状态方程为
X 1 (t) F1 (t) X1 (t) G1 (t)W1 (t)
X [E ,N ,U ,VE ,VN ,VU ,L,,h,bx,by,bz ,rx,ry ,rz ,x,y ,z ]T
W [gx ,gy ,gz ,bx ,by ,bz ,ax ,ay ,az ]T
措施：可以设计一个简单的噪声方差估计器，估计器 的输入是惯性传感器的输出，利用估计结果，动态调 解滤波中的噪声方差，使卡尔曼滤波器具有自适应滤 波性质，可使滤波效果得到改善。
4.4 GPS/惯性组合导航系统
4.4.1 GPS/惯性组合导航模式
惯性导航系统由于其工作的完全自主性和导航 功能的完备性决定了在完全综合导航系统中的 主体地位。而GPS全球定位系统以其优良的测 速定位性能、用户部分（GPS接收机）的造价 低廉而作为综合导航系统的辅助系统，成为设 计者的最佳选择。GPS/惯性组合作为一种颇 为理想的综合方案而得到广泛应用。
4.3 最优组合导航系统
-Kalman滤波在组合导航中的应用
根据KF所估计的状态不同，Kalman滤波在组 合导航中的应用有直接法与间接法之分。
直接法估计导航参数本身，间接法是估计导航 参数的误差。
直接法的KF接收惯导系统测量的比力、角速度 和其他导航系统计算的某些导航参数，经过滤 波，给出有关导航参数的最优估值。
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速度误差方程
位置误差方程
（3）位置误差方程
（4）惯性仪表误差
惯性仪表误差包括安装误差、刻度系数误差和 随机误差。为了简单起见，这里只考虑随机误 差。
① 陀螺漂移误差模型 平台误差角误差方程中的陀螺漂移，是沿“东、
北、天”地坐标系的陀螺漂移。对平台式惯导 系统，当系统采用东北天地理坐标系时，则式 中的陀螺漂移即为实际陀螺的漂移。而对捷联 式惯导系统，则式中的陀螺漂移为从机体系变 换到地理系的等效陀螺漂移。
在实际计算时取有限项即可
状态方程和量测方程中的系统噪声和量测噪声具 有如下性质
② 加速度计误差模型 考虑为一阶马尔柯夫过程，且假定三个
轴的加速度计的误差模型相同，均为
式中 Ta 为相关时间。
（5）GPS误差
GPS接收机给出的位置和速度误差一般是时 间相关的，在位置、速度综合模式中这些误 差是量测噪声，所以噪声特性是有色的，而 且建模比较困难，不能用状态扩充法加以处 理。常用的处理方法是加大综合滤波器的迭 代周期。
上式说明，组合导航系统的导航参数的误差就 是惯导系统导航参数误差估值的估计误差。
2、反馈校正
采用反馈校正的间接法估计是将导航参数误差 的估值反馈到各导航系统内，对误差状态进行 校正。反馈校正的滤波示意图如图6.5所示
输出校正和反馈校正的分析
从形式看，输出校正只是校正系统的输出量，而 反馈校正则校正系统内部状态，但可以证明，如 果滤波器是最优滤波器，则两种校正方式的结果 是一样的。然而，真正意义上的“最优滤波器” 工程上是不存在的。未校正系统导航参数的误差 会随时间而增大，因而输出校正方式下的滤波器 状态值会越来越大。这使得方程线性化等近似计 算误差不断增大，从而滤波效果变差。
综合卡尔曼滤波器设计中几个需要注意的 问题：
1、坐标系问题 2、滤波器状态的可观测性问题 3、滤波器初值的确定 4、提高综合滤波器的自适应能力
2、滤波器状态的可观测性问题
惯性导航为主体的综合导航系统，其一部分状 态（如位置、速度误差等）可观测性好，有些 状态（如加速度计零偏、水平偏差角等）的可 观测性差。这里由于这些状态之间存在较强的 线性相关性，如果载体运动过程中姿态角变化 不大（如车辆、水面舰船），则加速度计零偏 和水平姿态角几乎是不可分辨的。因此，在确 定滤波器的状态时，要充分注意这一点。根据 具体情况，舍弃某些难于观测又相对次要的状 态。滤波系统的可观测性，可通过可观测矩阵 加以判断。
2、紧密综合（或称深综合）
紧密综合是一种高水平的综合，其主要特点是 GPS接收机和惯导系统相互辅助。为了更好地 实现两者之间的相互辅助，最好是把GPS和惯 导系统按综合的要求进行一体化设计。属于紧 密综合的基本模式是伪距、伪距率的综合，以 及在伪距、伪距率综合基础上再加上用惯导位 置和速度对GPS接收机跟踪环路进行辅助，也 可以再增加对GPS接收机导航功能的辅助。用 在高动态飞行器上的GPS/惯性综合系统通常 都是采用紧密综合模式。
（1）用伪距、伪距率综合
4.4.2 位置速度综合（Loose Coupling）
4.4.2.1 综合系统的数学模型 1、系统的状态方程 当综合系统采用线性卡尔曼滤波器时，则取系
统的误差作为状态。
（1）平台误差角方程
平台误差角方程在讲惯导系统时已经进行了讨 论。当考虑飞行高度h和地球为旋转椭圆球体 时，可重写如下：
间接法估计的状态都是误差状态，即滤波 方程中的状态矢量是导航参数误差状态和 其它误差状态的集合（用 来表示）。
利用状态估值 去对原系统进行校正也 有两种方法，即输出校正和反馈校正。
1、输出校正
以惯导系统和其它某一导航系统组合为
例，间接法的组合导航卡尔曼滤波器将
惯导系统和其它导航系统各自计算的某
因此，在组合导航系统中，直接法较少 采用。
间接法估计时，所谓“系统”实际就是导 航系统的各种误差的“组合”，系统状态 均为小量，方程线性化带来的误差较小。
在滤波计算时，不参与原系统的计算流 程，对原系统来讲，除了接受误差估值 的校正外，原导航系统保持其工作的独 立性。
这使得间接法能充分发挥各个系统的特 点（例如惯导系统具有较快的参数更新 率），因而被广泛采用。
间接法的KF，接收的信号是惯导系统和其他导航 参数的差值，经过计算给出有关误差的最优估计 值。
利用直接法进行估计时，状态方程和测 量方程有可能是非线性的，由于运动体 的导航参数一般不是小量，方程线性化 会带来较大误差，且滤波计算需花费较 多时间，这使得导航参数的刷新周期不 可能太快，难以满足动态载体对导航参 数更新的要求。
组合导航
2. 最优综合导航系统
采用卡尔曼滤波器的组合方法
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计，它 用“状态”表征系统的各个物理量，而以“状 态方程”和“观测方程”描述系统的动力学特 性。它要求应用对象是线性系统，且已知系统 的某些先验知识，如系统噪声和测量噪声的统 计特性。综合导航系统基本满足这些条件，因 而适合采用卡尔曼滤波。
这是一种低水平的综合，其主要特点是GPS和 惯导仍独立工作，综合工作仅表现在用GPS辅 助惯导。属于这类综合的有两种方式。
一、输出校正方式 1）用GPS给出的位置、速度信息直接调整惯
导系统的输出。实际上，就是在GPS工作期间， 惯导显示的是GPS的位置和速度：GPS停止工 作时，惯导在原显示的基础上变化，即GPS停 止工作瞬时的位置和速度作为惯导系统的初值。
GPS接收机和惯性导航系统的综合，根据不同 的应用技术，可以有不同方式的综合，即综合
的深度不同。按照综合深度，可以把综合系统 大体分为两类：一类叫松散综合（Loose Coupling）或称简易综合（Easily Integration），另一类叫紧密综合（Tight Coupling）。
1、松散综合
E


VN
RN h
(ie
sin L
VE RN h
tgL) N
(ie
cosL
VE RN
h
)U


E


r


VN
RN h
iesin LL ( iesin L
VE RN h
tgL)E

VN RM
h
U
N

u
表示惯导系统的位置信息为
表示GPS接收机给出位置信息为:
式中t、Lt、ht 为真实的位置，NE、NN、NU 为GPS 接收机沿东、北、天方向的位置误差。
定位位置量测矢量为:
量测噪声作为白噪声处理，其方差分别为：
式中为伪距测量误差。表示惯导系统的速度信息 为：
式中
是飞行器沿地理坐标系各轴的
GPS/惯性综合系统克服了各自缺点，取长补 短，使综合后的导航精度高于两个系统单独工 作的精度。
综合系统的优点表现为：对惯导系统可以实现 惯性传感器的校准等，从而可以有效地提高惯 导系统的性能和精度；而惯导系统对GPS的辅 助，提高了其跟踪卫星的能力，从而提高接收
机的动态特性和抗干扰能力。


VE
RN
h
tgL

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L

、
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sec2 h
L)L
(ie
cosL
VE RN
N
、)
hU
E

VN RM
h

N
N

式中角注、N、U 代表东、北、天；
RM Re (1 2 f 3 f sin 2 L)
RN Re (1 f sin 2 L)
由于以上原因，对实际系统（尤其是长时间工作 的系统）来说，只要状态能够通过具体实施反馈 校正来实现，综合导航系统就尽可能采用反馈校 正的滤波方法。