现代传感与检测技术组合导航与融合导航简介

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1、1组合导航与融合导航组合导航与融合导航1、概述1、概述 组合导航组合导航同一平台、多传感器实施互补、互验、 互校的导航系统。同一平台、多传感器实施互补、互验、 互校的导航系统。特点：特点：各传感器独立输出导航信 息。各传感器独立输出导航信 息。 融合导航融合导航同一平台、多传感器实施信息融合的 导航系统。同一平台、多传感器实施信息融合的 导航系统。特点：特点：多传感器、统一输出导航信息。多传感器、统一输出导航信息。 组合导航一般强调硬件的最佳组合；组合导航一般强调硬件的最佳组合； 融合导航一般强调多传感器数据融合算法；融合导航一般强调多传感器数据融合算法； 融合导航与组合导航既有联系又有区别，

2、融合导航 首先基于组合导航融合导航与组合导航既有联系又有区别，融合导航 首先基于组合导航。1.1 概念1.1 概念1、概述（续）1、概述（续）重磁导航（重力导航、磁力导 航）重磁导航（重力导航、磁力导 航）现有导航系统现有导航系统全球卫星导航定位系统（GPS、 GLONASS、GALILEO、BD）全球卫星导航定位系统（GPS、 GLONASS、GALILEO、BD）惯性导航（包括惯性导航INS、 航位推算导航DR）惯性导航（包括惯性导航INS、 航位推算导航DR）天文导航系统（CNS）天文导航系统（CNS）匹配导航（地形匹配导航、影 像匹配导航）匹配导航（地形匹配导航、影 像匹配导航）1.2

3、 分类1.2 分类2.1 卫星导航的发展2.1 卫星导航的发展2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 卫星定位系统是一种天基无线电导航系统。卫星定位系统是一种天基无线电导航系统。 它能够在全球范围，为多个用户，全天候、实时、 连续地提供高精度三维位置、速度及时间信息。它能够在全球范围，为多个用户，全天候、实时、 连续地提供高精度三维位置、速度及时间信息。美国：GPS；美国：GPS；俄罗斯：GLONASS；俄罗斯：GLONASS；目前己经投入运营或正在建设的几个主要的卫星导 航系统有：目前己经投入运营或正在建设的几个主要的卫星导 航系统有：欧空局：GALILEO；欧空局：G

4、ALILEO；中国：COMPASS。中国：COMPASS。结论：GPS不能保证安全、连续、精确、可靠导航结论：GPS不能保证安全、连续、精确、可靠导航 美国2000年之后每年都将审议一次SA政策；美国2000年之后每年都将审议一次SA政策； 美国军方声称随时都有可能改变GPS政策；美国军方声称随时都有可能改变GPS政策； GPS的系统信号在高纬度地区经常出现盲区；GPS的系统信号在高纬度地区经常出现盲区； 美国国防部曾强调，限制敌人在战时利用GPS。美国国防部曾强调，限制敌人在战时利用GPS。1）美国GPS可能存在问题1）美国GPS可能存在问题2.2 卫星导航存在的问题2.2 卫星导航存在的问

5、题2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 与GPS相比，GLONASS因运行时间短，用户尚少， 目前还不具备象GPS增强系统和IGS网络长期不间 断的观测信息支持。与GPS相比，GLONASS因运行时间短，用户尚少， 目前还不具备象GPS增强系统和IGS网络长期不间 断的观测信息支持。 GPS接收机市场十分活跃，产品不断翻新，而 GLONASS目前还未达到这一水平，且GLONASS接收 机供应严重不足。GPS接收机市场十分活跃，产品不断翻新，而 GLONASS目前还未达到这一水平，且GLONASS接收 机供应严重不足。 此外，因为没有GLONASS卫星的精确轨道源数据，

6、故无法测定精度。与GPS相比这是GLONASS的个一 主要缺陷此外，因为没有GLONASS卫星的精确轨道源数据， 故无法测定精度。与GPS相比这是GLONASS的个一 主要缺陷。2）GLONASS存在的主要问题2）GLONASS存在的主要问题2.2 卫星导航存在的问题（续）2.2 卫星导航存在的问题（续）2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 “伽利略计划”是由欧盟委员会和欧洲空间局共同发 起并组织实施的欧洲民用卫星导航计划，它受多个 国家政策和利益的制约，政策具有摇摆性。伽利略计划”是由欧盟委员会和欧洲空间局共同发 起并组织实施的欧洲民用卫星导航计划，它受多个 国家政策

7、和利益的制约，政策具有摇摆性。 由于欧盟受美国的影响极大，“伽利略计划”本身 的独立性值得怀疑；由于欧盟受美国的影响极大，“伽利略计划”本身 的独立性值得怀疑； GALILEO计划目前已经延后，考虑到目前的金融危机， 未来的GALILEO如何发展现在还看不清楚。GALILEO计划目前已经延后，考虑到目前的金融危机， 未来的GALILEO如何发展现在还看不清楚。2.2 卫星导航存在的问题（续）2.2 卫星导航存在的问题（续）3）GALILEO存在的主要问题3）GALILEO存在的主要问题2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 北斗一代系统由三颗地球同步卫星、一个地面控制 中

8、心及各类用户接收机组成。北斗一代系统由三颗地球同步卫星、一个地面控制 中心及各类用户接收机组成。 “北斗一号”覆盖范围小，服务区由东经70度至东 经145度，北纬5度到北纬55度，覆盖我国和周边地 区。“北斗一号”覆盖范围小，服务区由东经70度至东 经145度，北纬5度到北纬55度，覆盖我国和周边地 区。 “北斗一号”采用双星定位技术，只能为终端用户 提供经度和纬度，无法为用户提供所在高度的数据， 因此需要预先存储需定位目标的地面高程信息，并 通过与地面中心站的联系才能推算高度。“北斗一号”采用双星定位技术，只能为终端用户 提供经度和纬度，无法为用户提供所在高度的数据， 因此需要预先存储需定位

9、目标的地面高程信息，并 通过与地面中心站的联系才能推算高度。3）北斗卫星定位系统可能存在的问题3）北斗卫星定位系统可能存在的问题2.2 卫星导航存在的问题（续）2.2 卫星导航存在的问题（续）2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 由于地面高程精度不高，且卫星数量少，无冗余信息， 定位精度和可靠性不高。由于地面高程精度不高，且卫星数量少，无冗余信息， 定位精度和可靠性不高。 用户必须向地面中心站申请定位，才能获得定位信息， 于是用户的隐蔽性成问题。用户必须向地面中心站申请定位，才能获得定位信息， 于是用户的隐蔽性成问题。 由于地面中心站是北斗一代的核心，地面中心站一旦 遭

10、攻击，整个卫星系统将陷入瘫痪。由于地面中心站是北斗一代的核心，地面中心站一旦 遭攻击，整个卫星系统将陷入瘫痪。 北斗一号用户受限，用户过多会造成信道拥挤；北斗一号用户受限，用户过多会造成信道拥挤； 信号需双向传送，很难满足高动态定位要求；信号需双向传送，很难满足高动态定位要求；3）北斗卫星定位系统可能存在的问题3）北斗卫星定位系统可能存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 接收机生产厂家生产的接收机也必须入网注册， 否则无法定位；接收机生产厂家生产的接收机也必须入网注册， 否则无法定位； 接收机必须经过特许部门的测试才有市场准入；接收机必须经过特许部门的测试才有

11、市场准入； 接收机市场竞争局面很难打开；接收机市场竞争局面很难打开； 接收机电磁待机时间短，很难用于长时间野外导 航定位与通讯；接收机电磁待机时间短，很难用于长时间野外导 航定位与通讯； BD跟踪站只限在境内，于是轨道精度也受限。BD跟踪站只限在境内，于是轨道精度也受限。3）北斗卫星定位系统可能存在的问题3）北斗卫星定位系统可能存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题2.3 北斗二代展望2.3 北斗二代展望 “北斗一号”卫星的寿命 即将到限，发展新一代 北斗卫星势在必行。北斗一号”卫星的寿命 即将到限，发展新一代 北斗卫星势在必行。 二代二代COMPASS，可望

12、实现全球导航定位。，可望 实现全球导航定位。 必须解决防欺骗、防干 扰、兼容性、互操作、 降低发射功率等问题；必须解决防欺骗、防干 扰、兼容性、互操作、 降低发射功率等问题； 需解决全球跟踪问题。需解决全球跟踪问题。2、卫星导航的发展即存在的问题2、卫星导航的发展即存在的问题 与外界不发生任何光、电和磁联系与外界不发生任何光、电和磁联系隐蔽性好隐蔽性好； 工作不受气象条件的限制工作不受气象条件的限制可用性强可用性强； 完全依靠运动载体设备自主完成导航任务完全依靠运动载体设备自主完成导航任务自主 性好自主 性好； 能够提供比较齐全的导航参数能够提供比较齐全的导航参数参数齐全参数齐全； 目前已广泛

13、应用于潜艇、水面舰艇、军用飞机、战 略导弹和战术导弹、战车和人造卫星等领域目前已广泛应用于潜艇、水面舰艇、军用飞机、战 略导弹和战术导弹、战车和人造卫星等领域应 用面广应 用面广。3.1 惯性导航的优点3.1 惯性导航的优点3、惯性导航特点3、惯性导航特点 系统精度主要取决于惯性测量元件，导航参数的系统精度主要取决于惯性测量元件，导航参数的误差 随时间而积累误差 随时间而积累，不适宜长时间导航。，不适宜长时间导航。 一般惯导系统的加热和一般惯导系统的加热和初始对准所需时间较长初始对准所需时间较长，很难 满足远距离、高精度导航和其它特定条件下的快速反 应要求。，很难 满足远距离、高精度导航和其它

14、特定条件下的快速反 应要求。3.2 惯性导航的缺点3.2 惯性导航的缺点02000400060008000-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0SeconddB02000400060008000024dLDeg020004000600080000400800Second02000400060008000-80-400m/sVeastVnorth位置误差速度误差位置误差速度误差3、惯性导航（续）3、惯性导航（续）4、天文导航4、天文导航 根据天体来测定飞行器位置和航向的导航技术。即以 天体为参考点，确定飞行器在空中的真航向。根据天体来测定飞行器位置和航向的导航技术。即以 天体为参考点，确

15、定飞行器在空中的真航向。 天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，测量天体 相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角就可以计 算出飞行器的位置和航向。天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，测量天体 相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角就可以计 算出飞行器的位置和航向。 星体跟踪器望远镜对准天体方向可以测出飞行器前进 方向（纵轴）与天体方向（即望远镜轴线方向）之间 的夹角（称为航向角）。天体任一瞬间相对于子午线 的夹角（即天体方位角）已知，天体方位角减去航向 角即得飞行器的真航向。星体跟踪器望远镜对准天体方向可以测出飞行器前进 方向（纵轴）与天体方向（即望远镜轴线方向）之间 的夹角（称为航向角）。

16、天体任一瞬间相对于子午线 的夹角（即天体方位角）已知，天体方位角减去航向 角即得飞行器的真航向。4.1 天文导航的基本概念与原理天文导航的基本概念与原理天文导航系统是自主式系统，不需要地面设备；天文导航系统是自主式系统，不需要地面设备；不受人工或自然形成的电磁场的干扰；不受人工或自然形成的电磁场的干扰；不向外辐射电磁波，隐蔽性好；不向外辐射电磁波，隐蔽性好；定向、定位精度高，定位误差不随时间累积。定向、定位精度高，定位误差不随时间累积。因而天文导航得到广泛应用，并将在未来的深空 探测中发挥更加广泛的作用。因而天文导航得到广泛应用，并将在未来的深空 探测中发挥更加广泛的作用。4.2 天文导航的优点天文导航的优点4、天文导航（续）4、天文导航（续） 脉冲星是太阳系以外的遥远 天体，它们的位置坐标，如 恒星星表一样构成一种脉冲星是太阳系以外的遥远 天体，它们的位置坐标，如 恒星星表一样构成一种高精 度惯性参考系高精 度惯性参考系； 脉冲星按一定频