INSGPS组合导航技术——GPS的发展 中期报告
GPS与惯性导航系统的组合定位方法与精度评定
GPS与惯性导航系统的组合定位方法与精度评定GPS（全球定位系统）和惯性导航系统（INS）都是现代导航领域中常用的定位技术。
然而，它们各自都存在一些限制，譬如GPS在城市峡谷地区存在信号遮挡问题，而INS则容易产生漂移误差。
为了克服这些限制，研究人员发现将GPS和INS通过组合定位方法结合使用，可以提供更准确和可靠的定位结果。
首先，我们来了解GPS定位技术。
GPS系统是由一组卫星和接收器组成的，工作原理是通过测量接收器和卫星之间的距离来确定接收器的位置。
然而，由于地面建筑物和天气条件的限制，GPS的定位精度可能受到一定的影响。
特别是在高楼大厦聚集的城市地区，建筑物会遮挡卫星信号，导致定位误差增加。
此外，恶劣天气条件如大雨、大雪等也会对GPS信号产生干扰，进一步降低了定位的准确性。
然而，惯性导航系统可以弥补GPS的不足之处。
INS由加速度计和陀螺仪等传感器组成，可以通过测量加速度和角速度来推断航向和位移。
与GPS不同，INS并不依赖于外部信号，因此不受天气和建筑物遮挡的影响。
然而，INS在使用时间越长，误差也会越来越大。
这是由于惯性传感器的漂移问题导致的。
因此，INS的定位结果并不是完全可靠的。
为了充分利用GPS和INS的优势，研究人员提出了一种组合定位方法，即将两者的定位结果进行融合。
这种方法通过使用卡尔曼滤波（Kalman Filter）算法来整合GPS和INS的信息。
卡尔曼滤波是一种数学算法，能够根据系统的动态模型和不确定性信息，进行估计和修正。
在组合定位中，卡尔曼滤波可以将GPS和INS的定位结果进行加权融合，从而得到更精确的定位值。
组合定位的过程可以简单描述为以下几个步骤：首先，根据GPS接收器的测量值，计算出当前位置的估计值。
然后，根据INS的测量值，根据运动方程和初始条件推断位置和速度的改变量。
接着，根据两种传感器的测量精度和不确定性信息，使用卡尔曼滤波算法来融合GPS和INS的定位结果。
2024年GPS系统市场发展现状
2024年GPS系统市场发展现状前言GPS（全球定位系统）是一种由美国政府发展的全球导航定位系统，已经成为现代社会不可或缺的一部分。
GPS系统的市场发展一直在不断演进，并呈现出一些显著的趋势和现状。
本文将重点介绍GPS系统市场的发展现状，探讨其未来发展方向。
1. GPS系统市场规模及增长率GPS系统市场在过去几年中呈现出强劲的增长态势。
根据市场研究机构的数据，2019年全球GPS系统市场总规模约为XX亿美元，预计到2025年将达到XX亿美元。
市场增长率在过去几年中平均为XX％。
2. 主要应用领域GPS系统在诸多领域具有广泛的应用，其中一些主要领域如下：2.1 汽车导航领域汽车导航一直是GPS系统应用的主要领域之一。
现代汽车普遍配备了GPS导航设备，使驾驶员能够准确地定位和导航。
随着智能车辆的发展，GPS系统在汽车导航领域的需求将继续增长。
2.2 航空航天领域GPS系统在航空航天领域具有重要的作用。
航空公司使用GPS来导航飞机，提高飞行的精确性和安全性。
此外，航空航天领域的研究和开发也需要精确的定位和导航系统。
2.3 物流和运输领域物流和运输领域也是GPS系统的重要应用领域之一。
物流公司利用GPS系统来跟踪货物的位置和运输进度，提高物流的效率和可靠性。
此外，GPS系统还可以帮助车队管理和路线规划。
2.4 个人定位和运动追踪随着智能手机和可穿戴设备的普及，个人定位和运动追踪成为了GPS系统的另一个重要应用领域。
人们可以使用GPS来定位自己的位置并记录行走、跑步等运动数据。
3. GPS技术的进展GPS技术在过去的几十年中得到了显著的进步，主要体现在如下几个方面：3.1 定位精度的提高GPS系统的定位精度逐渐提高，从最初的十几米到现在的几米甚至更低。
这使得GPS系统在更多的领域得到了应用，如精确定位、智能车辆和无人驾驶等。
3.2 多模式导航功能现代GPS系统不仅能够提供基本的定位和导航功能，还可以结合其他传感器和地图数据提供更多的导航功能。
GPS／INS超紧组合系统综述
GPS／INS超紧组合系统综述作者：王君帅王新龙来源：《航空兵器》2013年第04期摘要：介绍了GPS/INS超紧组合系统的概念，按照结构与信息处理方式的不同将超紧组合系统分为INS辅助GPS超紧组合、相关深组合和非相关深组合三种模式，在给出不同模式超紧组合系统结构的基础上对比分析了各自的特点，综述了GPS/INS超紧组合系统的国内外发展现状，指出超紧组合系统的关键技术与未来的发展方向。
关键词：组合导航；GPS/INS；超紧组合中图分类号：V249.32+8 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2013）04-0025-06SurveyofGPS/INSUltraTightIntegratedNavigationSystemWANGJunshuai，WANGXinlong（SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China）Abstract：TheconceptionofultratightintegratedGPS/INSnavigationsystemisintroduced.Accordingtothevariationof architecturesandinformationprocessingmethods，theultratightGPS/INSintegratednavigationsystemcanbeclassifiedintothreemodes，whichareINSaidedultratightintegration，coherentdeepintegrationandnoncoherentdeepintegration.Onthebasisofprovidingarchitecturesofdifferent ultratightintegrationmodes，theirfeaturesarecomparedandanalyzedrespectively.ThedevelopmentsofGPS/INSultratightintegrationath omeandabroadarereviewed，andthekeytechnologiesand futuredirectionsofultratightintegrationarepointed.Keywords：integratednavigation；GPS/INS；ultratightintegration0 引言在导航系统中，全球卫星导航系统（GPS）和惯性导航系统（INS）具有优势互补的特点，二者组合的GPS/INS组合导航系统能够克服各子系统的明显缺点，保证导航的连续性，提高导航性能。
组合导航调研报告
组合导航调研报告1. 引言在当今社会，导航系统已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
组合导航系统为用户提供了更精确、可靠的定位服务，极大地提高了导航的准确性和效率。
本调研报告旨在对组合导航系统进行研究和分析，从而深入了解其优势、应用领域和未来发展趋势。
2. 组合导航系统的定义组合导航系统是将多种定位技术结合在一起，通过算法和处理方法对各种导航信号进行融合和处理，最终得到更准确的位置信息和导航结果的系统。
常见的组合导航系统包括使用全球定位系统 (GPS)、惯性导航系统 (INS) 、地面测量系统等。
3. 组合导航系统的优势3.1 提高定位准确性：组合导航系统能够利用多种定位技术相互补充，从而减小误差并提高定位准确性。
3.2 增强导航可靠性：通过融合多种导航信号，组合导航系统能够满足各种工作环境下的导航需求，提高导航可靠性。
3.3 支持导航持续性：组合导航系统可以在信号中断或不可用的情况下，通过惯性导航系统等其他手段继续提供导航服务，增强了导航的连续性。
4. 组合导航系统的应用领域4.1 航空航天领域：组合导航系统在飞机、导弹等航空航天器的精确定位和导航中起到重要作用。
4.2 陆地和海洋领域：组合导航系统在汽车、船舶等交通工具定位导航领域广泛应用，提高了导航的准确性和可靠性。
4.3 无人系统领域：组合导航系统在无人机、无人车等领域的导航和自主飞行中有着重要的应用。
5. 组合导航系统的未来发展趋势5.1 融合更多导航技术：随着新一代导航技术的出现，组合导航系统将融合更多种类的导航技术，以进一步提高导航系统的准确性和可靠性。
5.2 精确动态建模：组合导航系统将更多地依赖精确的动态建模和环境模拟，以更好地处理动态环境下的导航问题。
5.3 人工智能应用：通过使用人工智能技术，组合导航系统能够更好地适应不同用户和环境的需求，提供更智能化的导航服务。
6. 结论组合导航系统以其准确性、可靠性和连续性的优势在各个领域得到广泛应用。
GPS与惯导系统的组合导航技术
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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。
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GPS/INS
GPS/INS组合:
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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。
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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。
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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
目录
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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
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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。
GPS与INS的组合定位技术研究
I G I T C W技术 研究Technology Study28DIGITCW2024.011 有关概念1.1 GPS系统的组成1.1.1 空间组成卫星在GPS 空间域的组成中起着至关重要的作用。
不同的卫星，其分工也不一样，如负责收集和传送资料的卫星，分为主星和辅星。
在实际工作中，由于收集任务的不同，卫星系统运行的轨道也是不同的。
目前，全球定位系统的卫星通过信息传输和图像采集等设备，可以实现无死角的全覆盖[1]。
1.1.2 地面控制组成主要是通过编码设置来实现对各种工作的要求。
其中，天线的正常工作是依靠电磁感应来实现的。
通过对卫星运行状态的监控，可以精确地对地，实现对地的精确定位。
1.1.3 用户设备用户设备的组成比较简单，可以根据接收到的信息，对系统进行分析和精确地计算，其中包括了信号接收IC 线、显像设备、功能设备等。
1.2 GPS定位原理GPS 卫星在正常工作时，可以收集到地表的各种数据，利用微机对其进行运算，然后将多颗卫星的测距结果综合汇总，把精确的数据传送至地表。
在接收基站接收到卫星数据后，将其加入3D 立体坐标中，根据雷达和卫星的时间差，需使用计算器进行一系列的计算，最后获得精确的坐标。
在运行中需要对收到的错误数据进行修正，然后将这些信息发送到人造卫星，用以校正，偏差控制在5米内。
同时，地理条件也会影响精度，造成定位误差较大。
为有效解决这些问题，需要运用计算机将相关的算法融合到测量中，以提高测量的精度[2]。
1.3 INS/GPS组合模式及其特性（1）松组合方式：将GPS 与惯性导航系统、速度信息相结合，由惯性导航系统与全球定位系统所得到的坐标与速率差，即为观测值。
以INS 为主要内容，当GPS 可工作的时候，GPS 的导航解可以被用作观测量输入信息的融合滤波器，利用扩展Kalman 滤波，对INS 的速度、位置、姿态以及传感器误差进行最优估计，并根据估计的结果对INS 进行输出或者反馈修正，从而让其维持高精度的导航。
车载组合导航系统发展现状
车载组合导航系统发展现状随着科学技术的不断发展，现代导航系统的种类越来越多，如: INS、全球定位系统(GPS)、多普勒(Doppler)测速系统、奥米加导航系统(Omega),罗兰系统(Loran)，塔康系统(Tacan)，还有天文导航(CNS)、地形辅助系统等，这些导航设备都各有优缺点，精度和成本也不大相同。
同时，由于各领域，尤其是军事领域对导航信息量的要求越来越多，对导航精度的要求也越来越高。
要使系统性能得到提高，靠提高单一导航系统的精度，不仅在技术上难度很大，而且在实际中效果也不十分明显，无法满足高精度要求的。
若将多种导航系统适当地组合起来，即可大大提高导航精度。
组合导航系统与单一导航系统的性能比较，具有以下优点1) 组合系统中惯性导航系统的精度比单独使用惯性导航系统时要求的精度低，能够降低惯性导航系统的成本，还可提高系统的可靠性和容错性能;2) 组合导航具有余度的导航信息，可利用其余度信息检测出某个导航子系统的故障，并隔离掉失效的子系统，然后将其余正常子系统重新组合(系统重构)，就能够继续完成导航任务。
因而在20世纪70年代，组合导航技术的出现使得这一问题有了完美的解决方案，使其得到了迅速发展，并取得了令人瞩目的成就。
它克服了单个导航系统的缺点，取长补短，使组合后的导航精度高于各个系统单独工作的精度。
组合导航系统就是将具有不同特点的导航设备与导航方法进行综合，应用计算机技术对多种导航信息进行融合处理，以提高整个系统的性能。
它是一种综合工程技术，涉及到各导航信息源相关设备技术、计算机技术、显示技术以及控制系统、最优估计等理论。
目前，组合导航系统技术在工程实践中还必须解决以下问题: 在导航信息大量冗余的情况下，计算量过大，实时性不能保证；导航子系统的增加使故障率也随之增加，如果某一子系统出现故障而又没有及时监测出并隔离掉时，故障数据会污染整个系统，使可靠性降低。
针对组合导航系统量测信息量多，数据处理困难这一特定问题，导航信息的处理技术也从根据单个传感器所获得的数据集来进行的单一信息处理向多传感器获得的多数据集的信息融合方向发展。
卫星-惯导组合定位(INSGPS)系统satellite-a概要
卫星-惯导组合定位（INS/GPS）系统satellite－acoustics integrated positioning system卫星-惯导组合定位（INS/GPS）系统是将卫星接收机接口和惯导系统接口与计算机连接，并连接其他相应定位设备组成的定位系统。
众所周知GPS作为一种先进的生产方式已经被大多数测绘单位所接受,但GPS的固有弱点很大程度上限制了它的使用范围. 城市测图如果能高效地应用GPS技术将会大大提高效率,节约费用.但城市高楼林立,无线电环境复杂,造成GPS多路径效应极大增加,严重的遮挡甚至使接收机无法正常收星. 外业用户也会经常遇到需要在树下或遮挡严重的地域作业的问题.有的GPS接收机采取降低致信度的办法来达到抗干扰的目的.但致信度的降低造成GPS精度以无法预测的非线性变化,这是很难接受的.现在如果GPS与INS有机结合起来,这套系统可以在开阔环境以高精度RTK测量,并在相当长的时间内利用GPS给出的高精度初始位置进入原本不可能进入的林地,隧洞,桥下甚至室内进行作业!这是一个非常美妙的前景!惯性导航与卫星定位（INS/GPS）组合导航系统充分发挥两者各自优势、取长补短，利用GPS的长期稳定性与适中精度，来弥补INS的误差随时间传播或增大的缺点，利用INS的短期高精度来弥补GPS接收机在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等的缺点，进一步突出捷联式惯性导航系统结构简单、可靠性高、体积小、重量轻、造价低的优势，并借助惯导系统的姿态信息和角速度信息，提高GPS接收机天线的定向操纵性能，使之快速捕获或重新捕获GPS卫星信号，同时借助GPS连续提供的高精度位置信息和速度信息，估计并校正惯导系统的位置误差、速度误差和系统其它误差参数，实现对其空中传递对准和标定，从而可放宽对其精度提出的要求，使得整个组合制导系统达到最优化，具有很高的效费比。
广泛应用于导航定位应用；精密定位应用；精密授时、大气研究；为武器精确制导；航天与武器试验。
GPS,INS组合导航
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。
SINS_GPS紧耦合组合导航
第19卷第1期 中国惯性技术学报 V ol.19 No.1 2011年2月 Journal of Chinese Inertial Technology Feb. 2011 收稿日期：2010-12-24；修回日期：2011-02-20 基金项目：国家自然科学基金项目（60904086）作者简介：郑辛（1968—），男，博士研究生，研究方向为组合导航与智能导航。
E-mail ：33s@ 联 系 人：付梦印（1964—），男，教授，博士生导师。
E-mail ：fumy@文章编号：1005-6734(2011)01-0033-05SINS/GPS 紧耦合组合导航郑 辛，付梦印（北京理工大学 自动化学院，北京 100081）摘要：针对可用星数目小于4情况下，SINS/GPS 松散组合导航必须转为纯惯性状态，无法解决纯惯性导航参数误差发散的问题，提出了以导航星伪距和伪距率为观测量的紧耦合SINS/GPS 组合导航方案。
建立了紧耦合系统的数学模型，搭建了硬件系统，并应用于工程实践。
车载试验结果表明：当可用星数目小于4时，紧耦合系统定位的纬度误差、经度误差小于100 m，且与导航时长无关，而纯惯性系统定位误差随时间发散，0.5 h 纬度误差为1000 m，而1 h 时纬度误差增至2000 m 左右；当可用星数目大于等于4时，SINS/GPS 紧耦合模式其经、纬度误差小于10 m，高程误差小于20 m，而松散组合时误差约为前者3倍。
关 键 词：纯惯性；松散组合；紧耦合；伪距；伪距率；可用星数目 中图分类号：U666.1文献标志码：ASINS / GPS tightly-coupled integrated navigationZHENG Xin, FU Meng-yin(School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: The SINS/GPS loose-coupled system has to work in the pure inertial state if less than 4 satellite are available, thus its parameter errors would be unbounded. In view of this problem, a tightly-coupled SINS/GPS integrated navigation scheme is put forward which takes the pseudorange and pseudorange rate of GPS as the observations. The model of tightly-coupled system is set up, and the technology is realized in practical application. The vehicle test results show that: when number of usable navigation satellites is less than four, the latitude and longitude errors of tightly-coupled are both smaller than 100 m and has nothing to do with the navigation time; and when it is equal or more than 4, the latitude error is about 1000 m in half an hour and about 2000 m in an hour. When the usable satellite number is more than four, latitude and longitude errors of tightly-coupled system are both smaller than 10 m, and the altitude error is smaller than 20 m, which are significantly less than those of loose-coupled system.Key words: pure inertial ; loose-coupled; tightly-coupled; pseudo-range; pseudo-range rate; number of a vailable satellite国内现阶段工程上普遍采用的捷联惯导与GPS 的组合导航模式是位置、速度匹配的松散组合形式，这种组合模式原理简单、算法实现容易且计算量较小，但是缺点很明显；首先，组合进行的前提是组合导航系统的GPS 接收机必须处于定位状态，也就是要求可用星数目必须大于等于4，然而在实际情况中，由于受天气因素、信号遮挡以及人为或非人为的各种干扰影响，并不能保证可用星数目总是满足定位条件，如果接收机长时间不能定位，导航系统长时间工作于纯惯性状态，导航参数误差发散，将会严重影响系统的34 中国惯性技术学报 第19卷导航精度。
差分GPS-INS组合定位定姿及其在MMS中的应用
差分GPS-INS组合定位定姿及其在MMS中的应用差分GPS/INS组合定位定姿及其在MMS中的应用摘要:随着现代测绘技术的发展，利用差分GPS和惯性导航系统（INS）进行组合定位定姿已成为一种有效的测绘方法。
本文将详细介绍差分GPS和INS的原理和工作机制，以及它们在组合定位定姿中的应用。
进一步探讨了差分GPS/INS组合定位定姿在移动测绘系统（MMS）中的具体案例，并对其在实践中的优势和挑战进行了讨论。
一、引言在现代测绘领域，获取精确的位置和姿态信息对于地图制作、三维建模以及地质勘探等应用至关重要。
相比传统的GPS定位技术，差分GPS/INS组合定位定姿技术结合了GPS和INS的优势，能够提供更精确和稳定的位置和姿态信息。
二、差分GPS和INS的原理与工作机制2.1 差分GPS定位原理差分GPS定位是一种利用测量基准站和流动测站之间的距离差异来消除GPS定位误差的方法。
差分GPS接收器接收到基准站发送的GPS信号，并与基准站上的接收器进行实时比对和纠正，从而消除了大气延迟等误差，提高了定位精度。
2.2 INS定位原理惯性导航系统（INS）通过测量三个加速度和三个角速度来确定运动物体的三维姿态和位置。
INS主要由加速度计和陀螺仪组成，通过对运动器件的力学特性和物体运动学原理的分析，从而实现对物体的位置和姿态进行测量。
三、差分GPS/INS组合定位定姿的方法3.1 状态预测差分GPS/INS组合定位定姿首先通过INS测量得到初始位置和姿态信息，然后通过状态预测方法对未来的位置和姿态进行预测。
常用的状态预测方法包括标准卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波等。
3.2 测量更新在状态预测的基础上，差分GPS/INS组合定位定姿将基准站的GPS测量值与预测值进行比对和纠正，从而获得更精确的位置和姿态信息。
这一步骤可以通过差分GPS数据与INS数据进行加权融合实现。
四、差分GPS/INS组合定位定姿在MMS中的应用4.1 建筑物测绘差分GPS/INS组合定位定姿技术在建筑物测绘中具有广泛的应用前景。
组合导航综合设计总结报告-金鹏+卞晓永+毛槿健
组合导航系统综合设计总结报告姓名：030810521 金鹏030810523 卞晓永030810511 毛槿健班级：0308105日期：2011/11/29一、引言...............................................1.1陀螺和加表的发展概况...................................................1.2 GPS的发展概况.........................................................1.3 捷联惯导的现状 ........................................................二、组合导航原理........................................2.1 组合导航的工作原理 ....................................................2.2 INS/GPS组合模式分析...................................................三、组合导航综合设计....................................3.1IMU误差建模及补偿......................................................3.2GPS信息提取............................................................3.3组合导航结果分析.......................................................四、小结与体会 .........................................一、引言、1.1陀螺和加表的发展概况惯性导航系统是一种自主式导航系统，自问世以来，广泛应用在航海、航空、航天和军事等领域中；陀螺仪作为一种重要的惯性敏感器，是构成INS的基础核心器件，INS的性能在很大程度上取决于陀螺仪的性能。
INS-DVL组合导航关键技术研究
INS-DVL组合导航关键技术研究INS/DVL组合导航关键技术研究摘要：随着全球定位系统（GPS）在海洋环境中的局限性变得越来越明显，需要开发新的导航方法。
航行员在深海中的航行越来越需要高精度的导航支持，因此人们开始研究将惯性导航系统（INS）和多普勒速度测量装置（DVL）相结合的技术，以获得更为准确的位置和速度信息。
INS/DVL组合导航系统受到了广泛的关注，但其在复杂海洋环境下实现高精度导航仍面临一些问题。
本文对INS/DVL组合导航系统的技术原理、误差来源、错误补偿方法、导航滤波算法及其在复杂海洋环境中的应用进行了综述，旨在为航海领域研究者提供一些参考。
关键词：惯性导航系统、多普勒速度测量装置、组合导航、导航滤波算法、海洋环境。
正文：一、概述INS/DVL组合导航系统是利用惯性测量单位和多普勒速度测量仪的数据信息融合实现高精度导航的一种方法。
INS能够提供船舶的加速度和艏向角速度信息，而DVL则可测量船舶在流场中的速度。
许多研究表明INS/DVL组合导航系统具有高精度、持续性、自主性等优点，因而受到广泛的研究和应用。
但在应用过程中，INS/DVL组合导航系统仍会受到各种误差的干扰，包括INS的器件误差、DVL的测量误差、环境的干扰等。
这些误差会影响导航系统的性能，甚至导致导航失败。
因而，需要采取措施进行错误补偿和优化算法选择。
二、 INS/DVL组合导航系统技术原理一般而言，INS/DVL组合导航系统的技术原理可分为以下步骤：INS惯性测量单位和DVL装置同步输出数据，然后将二者数据融合并通过滤波处理，最终得到位置和速度信息。
（1）惯性测量单位惯性测量单位由加速计和陀螺仪两种传感器组成。
加速计可测量船舶的加速度，而陀螺仪可以测量艏向角速度。
INS系统将两种传感器的数据转换为三维坐标系下的位置和速度信息。
（2）多普勒速度测量装置多普勒速度测量装置能够测量船舶在流场中的速度。
将其输出的速度矢量信息转换成体坐标系下的船体速度信息，与INS计算得到的船体速度信息进行匹配。
GPS与惯导系统的组合导航技术
LOGO 基于卡尔曼组合数据的融合方法
分类:
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
LOGO 标准卡尔曼滤波原理
系统的过程噪声和观测噪声的统计特性，假定如下： () () (3)
其中QK 是系统过程噪声WK 的 p*p维对称非负定方差矩阵，RK 是系统观测噪声 VK 的 m*m维对称正定方差阵，而δkj是 Kronecker-δ函数
如果被估计状态XK 和对XK 的观测量ZK 满足(1)、(2)式的约束，系统 过程噪声WK 和观测噪声VK满足(3)式的假定，系统过程噪声方差阵 QK 非负定，系统观测噪声方差阵RK 正定， k 时刻的观测为ZK，则XK 的估计XˆK可按下述方程求解
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。
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。
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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。
GNSS INS 组合导航的发展现状及未来趋势
GNSS/INS组合导航的发展现状及未来趋势——结合司南导航GNSS/INS组合导航产品及应用分析智能交通王振国1 应用背景不得不说，以前关于“GNSS应用只受想象力的限制”的传言，虽然深信不疑，但现在个人已亲眼所见并亲身体会到了，单就司南导航本身的业务来说，已经涉及到了人员定位、车辆定位、铁路监测、船舶定位、机械控制、飞机导航、高精度测绘等领域，更不用说细分的各个行业了。
与此同时，用户的观念也发生了很大的变化——以前是不清楚自己能不能用，现在是想尝试着用，希望GNSS厂商能根据他们的应用方式和环境给出一个基于GNSS的解决方案，因为毕竟GNSS定位的高精度与便捷性等优势是任何其它导航定位方法无法比拟的，当然，目前GNSS设备价格的降低也促进了这种观念的转变。
然而，GNSS应用也有其局限性，随着应用的不断深入和使用场景的扩展，靠单一的GNSS定位，并不能满足所有用户所有场景的需求。
导航定位的方式有很多种，GNSS卫星定位由于其突出的优点，得到了全世界各行业用户的青睐，但与此同时，作为一种非自主定位方式，GNSS系统要求必须对卫星可见（即所谓的“靠天吃饭”），并且为了保证高精度的结果，对卫星信号的质量也会有一定的要求，因此，在某些特殊的应用场合，例如隧道、树下、楼宇之间、山沟和其它对卫星信号有影响或者会引起卫星信号丢失的环境，GNSS的应用就受到了限制。
经过验证，目前对于这类环境，行之有效的解决方案有两种：第一、发展GNSS多系统应用，增加星座卫星数量。
目前正式投入运行的GNSS系统主要包括BDS（中国）、GPS（美国）和GLONASS（俄罗斯），例如自2012年底中国北斗卫星导航系统（BDS）正式运行以来，在楼宇之间、山沟中的GNSS定位效果已经得到了明显的改善；第二，发展GNSS与惯性导航（INS）组合导航应用技术。
与GNSS定位不同，惯性导航是一种自主定位导航技术，其优势是不受外界环境（主要是遮挡或电磁干扰等环境）的影响，并可以在一定的时间内保证较高精度，缺点是定位误差会随时间积累，高精度（厘米级）的惯性导航系统成本可达几十万甚至上百万人民币，这对于普通民用市场来说，几乎没有应用空间，而低成本的惯性导航系统，价格虽然只有千元级别，但精度比较低，且误差扩散比较快，只适合与GNSS高精度定位方式结合使用，这样的组合导航方式，正好能够满足一般的民用需求。
高中地理：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
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。
GPSINS组合导航定位定向系统研究的开题报告
GPSINS组合导航定位定向系统研究的开题报告一、研究背景随着现代科技的飞速发展，空地海等多种领域应用中，对高精度导航定位系统的需求越来越迫切。
传统的GPS定位系统在复杂环境下容易出现定位误差，因此需要通过与其他传感器的组合使用来提高定位精度，同时实现导航定位与定向的功能。
因此，GPSINS组合导航定位定向系统的研究变得至关重要。
二、研究目的本研究的主要目的是探究GPSINS组合导航定位定向系统的原理、算法和应用。
通过综合应用卫星导航和惯性导航技术，构建高精度、高鲁棒性的定位定向系统，以满足实际应用的需求。
三、研究内容1. GPSINS组合导航定位定向系统原理的研究。
2. GPSINS组合导航定位定向系统算法的研究与设计。
3. GPSINS组合导航定位定向系统的实现与测试。
4. GPSINS组合导航定位定向系统在具体应用领域中的应用研究。
四、研究方法本研究将采用文献综述法、实验分析法、模型仿真法等科研方法，对GPSINS组合导航定位定向系统的原理、算法、实现和应用等方面进行研究。
五、研究意义本研究对于提高航空、海事、铁路、汽车等行业的导航定位和定向精度，保障人民生命财产安全，具有重要的意义。
同时，GPSINS组合导航定位定向系统的研究也具有重大的科学研究价值，可以促进卫星导航和惯性导航技术的应用和发展。
六、预期结果及创新点本研究预期可以实现高精度、高鲁棒性的GPSINS组合导航定位定向系统，并在实际应用领域中验证其有效性。
同时，本研究的主要创新点在于将卫星导航和惯性导航技术有机地结合起来，构建出综合应用的导航定位定向系统。
新一代精确制导武器用的卫星定位惯性导航组合
新一代精确制导武器用的卫星定位/惯性导航组合卫星定位/惯性导航（GPS/INS）组合制导技术，是目前最先进的、全天候、自主式制导技术，有广泛应用前景，是国外正在发展的第四代中/远距精确制导空地武器、尤其是第四代精确制导炸弹普遍采用的一项关键技术。
最早采用GPS/INS组合制导技术的机载精确制导武器，是美国海军的舰载攻击机A-7E装备使用的“斯拉姆”（SLAM）AGM-84E空舰导弹。
该弹采用GPS/INS组合制导为中段制导，红外成像加视频数据链遥控为末段制导，在1991年初爆发的海湾战争中，以其很高的命中精度取得引人注目的战绩。
海湾战争之后该弹的改进型——“增敏斯拉姆”（SLAM-ER）AGM-84H和“大斯拉姆”（Grand SLAM）空舰导弹，中段制导均采用GPS/INS组合制导。
目前已经采用GPS/INS组合制导技术的新一代机载精确制导空地武器有：美国的AGM-86C空射巡航导弹、AGM-130空地导弹、 AGM-142空地导弹、CBU-97/B传感器引爆（SFW）子母炸弹和GBU-29/31“杰达姆”（JDAM）制导炸弹。
“杰达姆”由B-2A隐身战略轰炸机携带，首次大量用于1999年3月24日至6月10日对南联盟持续78天的狂轰滥炸中，并于5月8日野蛮轰炸我驻南使馆。
计划加装该组合制导的机载精确制导武器有：AGM-154“杰索伍”（JSOW）联合防区外发射武器、“贾斯姆”（JASSM）联合防区外空地导弹和“杰达姆”（JDAM）第2、3阶段制导炸弹等。
一、全球定位系统（GPS）技术美国1993年建成的“全球定位系统”（GPS），是美国国防部管理的军民两用的天基无线电导航系统。
它由导航星座、地面控制站和用户定位接收机组成。
导航星座目前由24颗卫星组成，其中有21颗工作卫星和3颗备用卫星，在离地高度约20183千米处有6个椭圆形轨道平面，轨道倾角55°，均匀分布4颗卫星，运行周期12小时/转，3颗卫星的覆盖区域超过全球，故使全球各地用户至少可同时接收到6颗卫星播发的导航信号，最多可同时接收11颗卫星播发的导航信号。
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中期报告
论文题目:
INS/GPS组合导航技术——GPS的发展
学生姓名: XX
学号: XXXXXXXXX
专业: 自动化XX
学校: 南京XXOO大学
2011.11
1 GPS 定位原理及其数学模型
1.0 GPS 概述
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是本世纪70 年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。
经过20 余年的研究实验，耗资300 亿美元，到1994 年3 月，全球覆盖率高达98%的24 颗GPS 卫星星座已经布设完成。
经过几年的发展，当前它由25 颗以上的导航卫星组成。
整个GPS 系统包括导航卫星、地面站、用户设备三部分。
现分述如下：
1.0.0 导航卫星
GPS 系统有24 颗卫星，分布在6 个轨道面上，轨道倾角55゜，每个轨道上均匀分4 颗卫星，卫星高度有20183 公里，周期为12 小时。
这种布局能使载体在地球上任意地点、任意时刻都能接收到4 颗以上卫星的信号，实现全球连续定位。
卫星受地面站控制，推动系统使卫星保持在设定的轨道及一定的轨道位置和姿态。
卫星接收地面站发来的导航信息(包括卫星星历、历书、时钟校正参数等)，存储这些信息，并向用户发送导航电文。
1.0.1 地面控制部分
地面控制部分包括监测站、主控站和注入站。
(1) 监测站。
目前监测站有5 个，它的任务是在卫星过顶时收集卫星播发的
导航信息，对卫星实行连续监控，收集当地卫星数据，并将数据送往主控站。
(2）主控站。
主控站只有一个，它的任务是用配备的精密原子钟为整个GPS系统提供时间基准，并将GPS 时间和UTC 时间的相对漂移编入导航电文，然后通过注入站注入给卫星。
主控站处理各个监测站送来的数据，编制各卫星星历，计算各卫星的种类和电离层校正参数，并送给注入站。
同时，它还用来控制卫星的运行轨道，控制卫星的位置和姿态。
(3) 注入站。
注入站有三个，任务是把主控站送来的导航信息在卫星过顶时注入卫星，并监测注入卫星的导航信息是否正确。
每颗卫星的导航数据每隔8 小时注入一次。
1.0.2 用户设备
用户设备的种类很多，有单机接收装置及差分台站等，用来接收卫星导航电文实现导航定位。
最常见的GPS 用户设备端就是单机的GPS 信号接收机。
GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS 信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS 信号从
卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS 卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置、姿态、甚至三维速度和时间。
静态定位中，GPS 接收机在捕获和跟踪GPS 卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS 信号的传播时间，利用GPS 卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。
而动态定位则是用GPS 接收机测定一个运动
物体的运行轨迹。
载体上的GPS 接收机天线在跟踪GPS 卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS 信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。
1.1 GPS 测姿原理
普通的GPS 接收机一般只提供位置和速度信息，在很多情况下，还需要知道载体的姿态信息。
随着高精度姿态测量产品的不断成熟，使得GPS 系统从传统单纯的定位测速提升到可以实时向用户提供精确连续的三维位置、速度、姿态和时间，系统不仅具有较高的精度，同时还克服了INS 固有的积累误差。
GPS 测姿主要依靠同一组基线矢量在载体坐标系和本地坐标系中的相互关系来估算。
GPS 基线矢量即是两付GPS 天线之间的矢量差值[44]。
载体坐标系中的GPS 基线矢量可以事先精确测量，而本地坐标系中的基线矢量则需要另外求解。
对基线两段的天线分别测定其接收到的GPS 载波信号的瞬时相位，并比较其相位差（即载波相位差分法）。
这种方法几乎可以抵消全部存在空间相关性的误差源，仅余多路径和测量噪声的影响。
由于天线和GPS 卫星之间的距离远大
于基线长度，因此载波相位信号可以看作平面波，如图3-2 所示。
天线1、2 的实际观测相位差Δφ（单差）为
Δφ = eb +λΔN (3-3)
式中，基线矢量b=(X,Y,Z)T为待求，ΔN 为相位单差整周模糊值，λ为载波信
号波长，e 为GPS 基线到卫星的单位方向向量。
e 可以由GPS 天线的位置坐标
数据和卫星的位置坐标数据求得，前者可由GPS 定位解求得，后者可从卫星发
射的导航电文中的星历数据获得。
由于天线到卫星的单位方向矢量基于地心直角坐标系，所以这里求出的基线
矢量也是基于地心直角坐标系的，而在载体的姿态计算中，需要的是本地坐标系
中的基线矢量，所以需将基线矢量通过下式(3-4)转换至本地坐标系。
式中，α为载体所在地经度，β为载体所在地纬度。
以舰船为例，载体坐标系的定义如下：X 轴平行中心点指向船艏，Y 轴垂直甲板平面向上，Z 轴按右手
规则确定。
本地坐标系中和载体坐标系的基线矢量有以下关系
式中，i b 为载体坐标系中基线矢量，l b 为本地坐标系基线矢量，ψ为航向角，θ
为纵摇角，γ为横滚角。
由上述公式就可以求出三个姿态角。