一种惯性辅助卫星导航系统及其完好性检测方法

捷联惯性导航系统的解算方法捷联惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元测量物体的加速度和角速度，然后通过对这些测量值的积分计算出物体的速度和位置的导航系统。

INS广泛应用于航空航天、无人驾驶车辆和船舶等领域，具有高精度和自主性等特点。

INS的解算方法一般分为初始对准、运动状态估计和航位推算三个主要过程。

初始对准是指在启动导航系统时，通过利用外部辅助传感器（如GPS）或静态校准等方法将惯性传感器的输出与真实姿态和位置进行初次校准。

在初始对准过程中，需要获取传感器的初始偏差和初始姿态，一般采用标定或矩阵运算等方法进行。

运动状态估计是指根据惯性传感器的测量值，使用滤波算法对物体的加速度和角速度进行实时估计。

常用的滤波算法包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和粒子滤波等。

其中，卡尔曼滤波是一种最优估计算法，通过对观测值和状态进行线性组合，得到对真实状态的最佳估计。

扩展卡尔曼滤波则是基于卡尔曼滤波的非线性扩展，可以应用于非线性INS系统。

粒子滤波是一种利用蒙特卡洛采样技术进行状态估计的方法，适用于非高斯分布的状态估计问题。

航位推算是指根据运动状态估计的结果，对物体的速度和位置进行推算。

INS最基本的航位推算方法是利用加速度值对速度进行积分，然后再对速度进行积分得到位置。

但是，在实际应用中，由于传感器本身存在噪声和漂移等误差，导致航位推算过程会出现积分漂移现象。

为了解决这个问题，通常采用辅助传感器（如GPS）和地图等数据对INS的输出进行校正和修正。

当前，还有一些先进的INS解算方法被提出，如基于深度学习的INS 解算方法。

这些方法利用神经网络等深度学习模型，结合原始传感器数据进行端到端的学习和预测，以实现更高精度的位置和姿态估计。

综上所述，捷联惯性导航系统的解算方法主要包括初始对准、运动状态估计和航位推算三个过程。

其中，运动状态估计过程利用滤波算法对传感器的测量值进行处理，得到物体的加速度和角速度的估计。

Wi-Fi辅助的城市中BDS定位完好性监测
夏敬潮;汪善根;金向农;曾秋
【期刊名称】《测绘与空间地理信息》
【年(卷),期】2022(45)5
【摘要】接收机自主完好性监测通常是建立在冗余观测值的基础上,然而在城市复杂环境下,卫星信号易受高层建筑物的遮挡,观测到的卫星数量往往不足,为此,本文探讨了Wi-Fi辅助的北斗定位的完好性监测方法。

Wi-Fi的辅助功能主要体现在它可以为接收机提供概略的位置信息,当只有4颗观测卫星时,可将单点定位结果与Wi-Fi定位结果进行比较,从而判断卫星定位结果的可用性;另外,当卫星坐标或者观测值出现异常时,无初始坐标的单点定位往往不能迭代出正确的结果,此时可在Wi-Fi定位结果的基础上作进一步的数据预处理,以剔除掉异常的卫星。

【总页数】4页(P15-17)
【作者】夏敬潮;汪善根;金向农;曾秋
【作者单位】广州大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P228
【相关文献】
1.GPS+BD双模接收机自主完好性监测算法研究
2.一种惯性辅助卫星完好性监测多解分离法的优化方法
3.BDS广播星历A1型故障完好性监测方法
4.基于惯性辅
助的北斗接收机完好性监测方法研究5.均值漂移模型实现GPS/BDS导航完好性监测
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

惯性导航系统如何在没有GPS的情况下定位惯性导航系统是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元（IMU）进行导航定位的技术。

与依赖卫星的全球定位系统（GPS）不同，惯性导航系统独立于外部信号源，可以在没有GPS信号的情况下实现定位和导航。

本文将介绍惯性导航系统在GPS不可用情况下的定位原理和应用。

一、惯性导航系统概述惯性导航系统是一种利用物体运动中的惯性原理进行导航的系统。

通常由陀螺仪和加速度计等组件构成，通过测量物体的角速度和加速度，结合初始状态的参考值，计算出物体在空间中的位置、速度和方向等导航参数。

二、惯性导航系统定位原理惯性导航系统的定位原理基于物体运动的惯性特性。

当物体运动时，陀螺仪可以测量物体的角速度，而加速度计可以测量物体的加速度。

结合初始状态的参考值，可以通过积分计算出物体相对于初始位置的运动轨迹。

同时，在运动过程中，通过不断更新采集到的角速度和加速度数据，可以对位置、速度和方向等导航参数进行连续修正。

三、惯性导航系统误差问题惯性导航系统在实际使用中存在一定的误差问题。

主要包括陀螺仪的漂移误差和加速度计的积分漂移误差。

陀螺仪的漂移误差会导致角速度的测量值逐渐偏离真实值，从而影响导航结果的准确性。

加速度计的积分漂移误差会导致位置误差的不断累积。

为了解决这些误差问题，惯性导航系统通常需要与其他导航系统（如GPS）进行组合使用，通过传感器融合技术进行自校准和误差补偿。

四、惯性导航系统应用领域惯性导航系统在很多领域都有广泛的应用，特别是在没有GPS信号或者GPS信号不稳定的环境下。

下面列举几个应用领域：1. 航空航天：惯性导航系统被广泛应用于飞机、导弹、卫星等空中航行器中，能够为飞行器提供准确的导航和姿态信息。

2. 海洋航行：惯性导航系统可以在船只、船舰等航行载体中使用，提供准确的航迹跟踪和位置定位。

3. 无人驾驶车辆：惯性导航系统在无人驾驶领域具有重要作用，可以为无人驾驶车辆提供精确的位置和姿态信息，实现自主导航和控制。

光纤陀螺用途一、引言随着科技的不断发展，光纤陀螺作为一种新型的惯性导航技术，越来越受到人们的关注。

它具有高精度、高稳定性和长寿命等优点，在航空、航天、军事、海洋等领域得到了广泛应用。

本文将详细介绍光纤陀螺的用途。

二、光纤陀螺概述光纤陀螺是利用光学原理实现惯性导航的一种装置，其基本原理是利用磁悬浮技术将旋转体浮起，通过角速度传感器检测旋转体的旋转角速度，再通过信号处理电路计算出姿态信息。

与传统机械式陀螺相比，光纤陀螺具有更高的精度和稳定性。

三、航空领域1.民用飞机导航系统在民用飞机中，光纤陀螺被广泛应用于惯性导航系统（INS）中。

INS是一种独立于地面设施的全球定位系统（GPS）辅助导航系统，可以提供飞机在三维空间中的位置、速度和姿态信息，具有高精度、高可靠性和长时间稳定性等优点。

光纤陀螺作为INS中的核心部件，可以实现飞机在空中的准确导航。

2.军用飞机导航系统在军用飞机中，光纤陀螺也被广泛应用于INS中。

与民用飞机不同的是，军用飞机需要更高的安全性和隐蔽性。

光纤陀螺具有高精度、高稳定性和防干扰能力强等特点，可以满足军用飞机对导航系统的严格要求。

四、航天领域1.卫星姿态控制在卫星上，光纤陀螺可以作为卫星姿态控制系统（ACS）中的一部分，实现卫星在轨道上的精确定位和精确控制。

ACS可以通过调整卫星各个部分的姿态来实现多种功能，如通信、遥感、导航等。

光纤陀螺具有高精度、长寿命和抗辐射能力强等特点，在卫星姿态控制方面具有重要应用价值。

2.空间望远镜空间望远镜是一种用于观测天体的装置，需要具备高精度、高稳定性和长时间稳定性等特点。

光纤陀螺可以作为空间望远镜的姿态控制系统，实现望远镜的精确定位和精确控制，提高观测精度和可靠性。

五、军事领域1.导弹制导系统在导弹制导系统中，光纤陀螺可以作为惯性导航系统（INS）中的核心部件。

利用INS可以实现导弹的准确制导和打击目标。

光纤陀螺具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等特点，在军事领域具有重要应用价值。

惯性导航系统的原理及应用前言随着技术的不断发展，惯性导航系统在航空航天、海洋测量、地理勘测等领域中得到了广泛应用。

本文将介绍惯性导航系统的原理和应用，并讨论其在现代导航中的重要性。

1. 惯性导航系统的概述惯性导航系统是一种利用加速度计和陀螺仪等惯性传感器进行导航的系统。

它通过测量物体的加速度和旋转率，推算出物体的位置、速度和方向信息。

2. 惯性导航系统的原理惯性导航系统依赖于牛顿运动定律和角动量守恒定律。

具体来说，它利用加速度计测量物体的加速度，并通过积分计算出物体的速度和位移；同时，利用陀螺仪测量物体的旋转速度，并通过积分计算出物体的角位移。

3. 惯性导航系统的组成惯性导航系统由加速度计、陀螺仪和微处理器组成。

加速度计用于测量物体的加速度，陀螺仪用于测量物体的旋转速度，而微处理器则负责处理传感器数据并计算出物体的位置、速度和方向。

4. 惯性导航系统的优点惯性导航系统具有以下优点： - 独立性：惯性导航系统并不依赖于外部信号，可以在无法接收到卫星信号的环境下正常工作。

- 高精度：惯性导航系统采用高精度的传感器，并通过数据处理算法提高导航精度。

- 实时性：惯性导航系统可以实时测量物体的加速度和旋转速度，提供及时的导航信息。

5. 惯性导航系统的应用惯性导航系统在以下领域中得到广泛应用：- 航空航天：惯性导航系统在飞机、卫星等航空航天器中用于导航和姿态控制。

- 海洋测量：惯性导航系统在船舶、潜水器等海洋测量设备中用于测量位置和航向。

- 地理勘测：惯性导航系统在地质勘探、地图制图等领域中用于测量地理位置和方向。

6. 惯性导航系统的发展趋势随着技术的不断进步，惯性导航系统正越来越小型化、集成化，并且性能不断提高。

未来的惯性导航系统有望更加精确、可靠，同时也可以与其他导航技术（如卫星导航系统）相结合，提供更全面的导航解决方案。

结论惯性导航系统是一种重要的导航技术，它能够在无法接收到外部信号的环境下实现导航功能，并且具有高精度和实时性的特点。

惯性导航系统一、惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）1、基本观点惯性导航系统（ INS）是一种不依靠于外面信息、也不向外面辐射能量的自主式导航系统。

其工作环境不单包含空中、地面，还能够在水下。

惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。

陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。

激光陀螺丈量动向范围宽，线性度好，性能稳固，拥有优秀的温度稳固性和重复性，在高精度的应用领域中向来占有着主导地点。

因为科技进步，成本较低的光纤陀螺（ FOG）和微机械陀螺（ MEMS）精度愈来愈高，是将来陀螺技术发展的方向。

我国的惯导技术最近几年来已经获得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已接踵应用于长征系列运载火箭。

其余各种小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及般配 GPS修正的惯导装置等也已经大批应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。

如漂移率0.01 ° - 0.02 °/h 的新式激光陀螺捷联系统在新式战机上试飞，漂移率0.05 °/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各种导弹制导武器上的应用，都极大的改良了我军装备的性能。

惯性导航系统有以下主要长处：（ 1）因为它是不依靠于任何外面信息，也不向外面辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁扰乱的影响；（ 2）可全天流全世界、全时间地工作于空中、地球表面以致水下；（ 3）能供给地点、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好并且噪声低；（ 4）数据更新率高、短期精度和稳固性好。

其弊端是：（1）由于导航信息经过积分而产生，定位偏差随时间而增大，长久精度差；（2）每次使用从前需要较长的初始瞄准时间；（3）设施的价钱较昂贵；（4）不可以给出时间信息。

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]。

三维空间位置定位方法一、引言三维空间位置定位方法是指在三维坐标系中确定一个物体或者目标的具体位置和方向的方法。

在现代科技发展中，三维空间位置定位方法被广泛应用于航空航天、导航、地理信息系统、虚拟现实等领域。

本文将介绍几种常见的三维空间位置定位方法。

二、全球定位系统（GPS）全球定位系统是一种基于卫星导航的三维空间位置定位方法。

通过接收多颗卫星发射的信号，利用三角定位原理计算出接收器的三维坐标。

GPS系统由24颗主动卫星和若干地面控制站组成，可以在全球范围内提供高精度的位置定位服务。

GPS已经成为导航、车载导航、船舶定位和军事等领域中最常用的三维空间定位方法之一。

三、惯性导航系统惯性导航系统是一种基于惯性测量单元（IMU）的三维空间位置定位方法。

IMU由加速度计和陀螺仪组成，通过测量物体的加速度和角速度，利用积分计算出物体的位置和姿态。

惯性导航系统不受外界环境干扰，可以在没有GPS信号的环境下提供连续的位置定位服务。

然而，由于积分误差的累积，惯性导航系统的精度会随时间的推移而降低。

四、视觉定位系统视觉定位系统是一种基于摄像头或者摄像头阵列的三维空间位置定位方法。

通过对环境中的特征点进行提取和匹配，利用三角定位原理计算出相机的位置和姿态。

视觉定位系统可以实时获取物体的位置信息，并且不受外界环境的影响。

然而，视觉定位系统对环境中的光照条件、遮挡物和特征点的数量等因素较为敏感，会影响定位精度。

五、声纳定位系统声纳定位系统是一种基于声波传播的三维空间位置定位方法。

通过发送声波信号，并测量信号的传播时间和接收信号的强度，利用声速和声纳阵列等原理计算出目标的位置。

声纳定位系统在水下环境中应用广泛，可以实现对海洋中的船舶、鱼群等目标进行准确定位。

然而，声纳定位系统受到水下环境的影响，如水温、盐度、海流等因素都会对声波传播产生影响，从而影响定位精度。

六、激光定位系统激光定位系统是一种基于激光测距原理的三维空间位置定位方法。

惯性导航系统（INS）与全球卫星定位系统（GPS）结合技术在飞行器上的应用目前飞行器所使用的导航系统，能适应全天候、全球性应用的确实不多。

传统无线电导航，如塔康（TACAN）等，在应用上存有很多的限制和不便之处。

而为改善此缺点，一套不需要其它外来的辅助装置，就可提供所有的导航资料，让飞行员参考的惯性导航系统（Inertial Navigation System），虽已被成功发展并广为应用，但其在系统上的微量位置误差会随飞行时间的平方成正比累积，因此长时间飞行会严重影响到导航精确度，如果没有适当的修正，位置误差在一个小时内会累积超过300米。

另一套精密的导航系统GPS，其误差虽不会随时间改变，但GPS并非万能，有优点，也有先天的缺陷，它在测量高机动目标时容易脱锁并且会受到外在环境及电磁干扰，再者GPS短时间的相对误差量大于INS，若只依靠它来做导航或控制，会造成相反效果。

所以在导航系统设计上，常搭配惯性系统来使用，正巧GPS与INS有互补的作用，可经过一套运算法则，将两者优点保留，去除缺点，本文即针对两种导航系统特性进行探讨，并利用卡尔曼滤波器法则完成简易测量数据关系推导，设计一套“GPS/INS组合式导航系统”。

2前言早期舰船航行常利用“领航方法”来决定载体的位置及方向，观察陆地突出物，来引导船身驶向某处目标。

随着飞行器的问世，初期飞行也全凭借着飞行员对当时自我方向、距离、高度及速度的感觉来控制驾驶，执行起飞、落地及飞机转场等等动作。

这种控制载体由一个地方到另一个地方其间方向与距离指示的艺术，就称之为“导航”（Navigation）。

然而仅仅依循着人为的导航方式，在天气良好条件下或周遭存有许多明显参考目标物时，单纯凭目视来判断飞行并不困难；但如果遇上天气条件不佳、能见度差、参考目标不存在活不明显时，就得依靠飞行员的经验、技巧及运气来进行方位及位置的判别，这无形中会造成飞行员的压力，更会严重影响到飞行安全的诸多不确定因素。

惯性导航重力补偿方法惯性导航是一种基于惯性传感器（如陀螺仪和加速度计）的导航技术，能够在没有外部导航信号（如GPS）的情况下对飞行器、船舶或车辆进行定位和导航。

然而，惯性导航系统存在误差累积的问题，主要是由于传感器固有的漂移和噪声引起的。

为了解决这个问题，研究人员提出了一系列的重力补偿方法，以减小惯性导航系统的误差。

重力补偿方法的基本原理是利用传感器测量到的重力信息来校正惯性传感器的输出，从而提高导航系统的精度。

以下将介绍一些常见的重力补偿方法。

1.粗略重力模型法：这种方法的基本思想是利用地球的重力模型来估计真实的重力矢量，并将其与传感器测量到的重力矢量进行比较。

通过减去估计值和测量值之间的误差，可以补偿惯性导航系统的误差。

然而，由于地球重力模型的不完备性，这种方法的精度有限。

2.基于加速度计的重力补偿法：加速度计可以测量到重力加速度。

通过将加速度计的测量值与重力加速度进行比较，可以确定出传感器的误差，并进行相应的补偿。

例如，使用陀螺仪和加速度计组成的姿态解算器可以通过比较测量到的加速度和预测的重力加速度来纠正姿态估计误差，从而提高导航精度。

3.长时间定标法：长时间定标法是一种在线校准方法，其基本思想是通过记录和分析长时间的运动数据来估计传感器的误差，并对其进行校正。

例如，在飞行过程中，可以使用传感器测量到的飞机加速度信息和预测的飞机加速度进行比较，从而估计出传感器的漂移误差，并进行补偿。

4.利用陀螺仪测量的姿态信息：陀螺仪可以测量到飞行器或车辆的角速度信息。

通过将角速度积分得到姿态信息，并将其与预测的姿态信息进行比较，可以估计出传感器的漂移误差，并进行补偿。

例如，通过结合陀螺仪和加速度计的数据，可以利用卡尔曼滤波算法对姿态信息进行估计和校正。

综上所述，惯性导航重力补偿方法可以提高导航系统的精度，减小误差累积。

不同的方法适用于不同的场景和需求，研究人员可以根据具体情况选择合适的重力补偿方法。

未来，随着传感器技术的发展和算法的改进，惯性导航系统的精度将得到进一步提高。