第五章组合导航技术的发展
组合导航系统
航空组合导航
航空使用的组合导航系统种类很多。军用组合导航系统常以惯性导航为主，再与其他导航设备组合。民用组 合导航系统常见的有伏尔导航系统、地美依导航系统、罗兰C导航系统、伏尔塔克导航系统、奥米加导航系统的组 合。越洋飞行也用惯性导航与奥米加导航系统组合。
民航使用的新一代组合导航系统是飞行管理系统，把飞行姿态控制、飞行性能管理、导航、气象信息，数字 仪表飞行和彩色屏幕显示等组合在一起，进行综合处理。
关键技术
从本质上看，组合导航系统是多传感器多源导航信息的集成优化融合系统，它的关键技术是信息的融合和处 理 。新的数据处理方法，特别是卡尔曼滤波（见波形估计）方法的应用是产生组合导航的关键。卡尔曼滤波通 过运动方程和测量方程，不仅考虑当前所测得的参量值，而且还充分利用过去测得的参量值，以后者为基础推测 当前应有的参量值，而以前者为校正量进行修正，从而获得当前参量值的最佳估算。当有多种分系统参与组合时， 就可利用状态矢量概念。通常，取误差本身作为状态矢量，不是对速度、方位本身等作出最佳估计，而是对速度 误差、方位误差等作出最佳估计。把这一估算从实际测得的速度、方位中减去，就得到此时此刻的速度、方位等 参量。组合导航实际上是以计算机为中心，将各个导航传感器送来的信息加以综合和最优化数学处理，然后进行 综合显示。
现状以及优势
组合导航系统的组成组合导航系统是利用计算机和数据处理技术把具有不同特点的导航设备组合在一起，以 达到优化的目的，整个系统由输入装置、数据处理和控制部分、输出装置以及外围设备组成。输入装置能够实时、 连续的接收各种测量信息，由计算机将接收的信息进行综合处理，从而得到最优的结果以便于确定航向、航速、 天文以及地文测算等，最后由输出装置例如显示器、打印机等对优化后的信息进行显示。组合导航系统最大的优 势就是能够实现优势互补,提高导航系统的精度和可靠性。
组合导航技术
1、简答题：（1）为什么说组合导航系统是导航发展的方向？GPS/惯性组合导航系统有何特点？答：组合导航系统是指用GPS、无线电导航、天文导航、卫星导航等系统中的一个或几个与惯导组合在一起，形成的综合导航系统。
组合导航是近代导航理论和技术发展的结果。
每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性，传统的单一导航系统由于自身存在各种缺陷已经不能满足现实需求。
惯性组合导航系统的特点如下： 1. GPS/INS组合对改善系统精度有利。
2. GPS/INS组合加强系统的抗干扰能力。
3. 惯性系统提高GPS接收机的跟踪能力。
4. 惯性系统可以解决周跳问题，而且降低对惯导系统的要求。
（2）说明组合导航系统的基本原理和不同校正方式的优缺点。
答：组合导航是将过去单独使用的各种导航设备通过计算机有机地组合在一起，应用卡尔曼滤波等数据处理技术，发挥各自特点，取长补短，使系统导航的精度、可靠性和自动化程度都大为提高，它的实质就是以计算机为中心，将各个导航传感器送来的信息加以综合和最优化处理，然后对导航参数进行综合显示或输出。
校正方式分为输出校正和反馈校正。
利用各导航系统误差的估计值去分别校正各导航系统相应的输出导航参数，以得到导航参数的最优估计，这种方法称为开环方法，也称为输出校正；利用导航系统误差值的估计值去校正导航系统力学编排中相应的导航参数，即将误差估计值反馈到各导航系统的内部，将导航系统中相应的误差量校正掉，这种方法称为闭环法，也称为反馈校正。
输出校正和反馈校正特点如下：1 输出校正中的误差状态是未经校正的误差量，而反馈校正的误差状态已经过校正，因此反馈校正能更接近的反映系统误差状态的真实动态过程。
一般情况下，输出校正要得到与反馈校正相同的精度，应该采用更复杂的模型系统方程。
2 输出校正方式中各导航分系统相互独立工作，互不影响，因此系统可靠性较高；反馈校正属于深度组合，如果某一导航分系统不能正常工作，那么将影响其他导航分系统，因此可靠性相对输出校正较差。
组合导航技术的发展趋势_曾伟一
技术开发与应用组合导航技术的发展趋势曾伟一1 林训超2 曾友州3 贺银平4(1.2.3.4.成都航空职业技术学院,四川成都610100)收稿日期:2011-01-10作者简介:曾伟一(1956 ),男,四川省成都市人,副教授,主要研究方向为电气自动化和微机控制技术。
摘 要:本文揭示了组合导航技术的优越性,论述了组合导航的关键技术,对硅微惯性测量单元的发展和应用情况进行了介绍,指出GNSS/INS 组合中松耦合、紧耦合与深耦合方式的技术特点,展望了耦合技术未来发展方向。
关键词:组合导航 卫星导航 惯性导航中图分类号:TN967 2 文献标识码:B 文章编号:1671-4024(2011)02-0041-04Development Tendency of Integrated Navigation TechnologyZE NG Weiyi 1,LIN Xunchao 2,ZE NG Youzhou 3,HE Yinping 4(1.2.3.4.Chengdu Aeronautic Vocational &Technical College,Chengdu,Sichuan 610100,China)Abstract This paper analyzes the advanta ges of integrated navigation technique and the key inte grated navigation technology,presents the development and application of measuring units of silicon micro inertia,points out the techniques of loose coupling,tight coupling and deep c oupling in the combination of GNSS and INS and prospects the development tendenc y of c oupling technology.Key Words integrated navigation,GNSS,I NS 组合导航是采用两种或两种以上导航系统,形成的性能更高、安全性和可靠性更强的导航方式。
导航技术的发展与应用前景
导航技术的发展与应用前景从古代到现代，人类一直在寻找更好的导航技术。
随着科技的发展，导航技术也得到了极大的进步。
就算是在我们日常生活中，也可以看到导航软件的广泛使用。
那么，导航技术未来的发展及应用前景是怎样的呢？在古代，人们主要依赖天文学来进行导航。
例如，南极探险家阿姆斯特朗使用了星座来确定他的位置。
然而，这样的导航方法有许多限制，例如对夜晚和云层的依赖，不适用于长期航行等。
因此，从17世纪开始，人们开始使用计时器、小数和全球定位系统 (GPS)等新技术进行导航。
而今，对于普通人而言，GPS已经成为了日常生活不可或缺的一部分。
例如，当我们在车内打开导航软件，它会马上找到我们的位置，并指出我们需要行驶的方向。
然而，GPS也有其局限性。
例如，在高墙、隧道或深色建筑群中，信号可能受到干扰，难以获取我们的位置。
还有，当太阳风暴和其它因素影响GPS信号时，我们也可能会受到影响。
然而，科技一直在不断进步，未来将会有更多更好的技术用于导航。
例如，北斗卫星系统，目前是中国自己的导航系统，据说它具备比GPS更可靠、更精准的导航精度。
此外，新技术的引入也将为导航行业带来更大的进步。
例如，室内定位技术，可以在如商场或机场般复杂的环境下，为人们提供更智能的导航方案。
基于这些新技术，未来的导航应用也将更多元化。
例如，自动驾驶汽车，将需要更进一步的导航技术智能，以实现更自主的驾驶。
此外，智能穿戴设备也将带来更好的导航便利。
例如，将来，我们戴上眼睛或耳机就可以享受更贴心的导航体验。
在这个不断变化的世界中，我们相信未来的导航技术也将继续发展。
无论是在商务、交通或冒险中，我们将会看到其极大的应用前景。
未来，人们的视野将不再受到技术所限制，一切将会变得更加方便、更加便利。
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
目录
2 3
LOGO
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。
导航技术及其发展
导航技术及其发展导航技术是指通过各种手段确定自身位置、方向和速度的技术，是现代社会中不可或缺的一部分。
它广泛应用于军事、航空、航海、汽车、手机等领域，极大地提高了人们的生活质量和工作效率。
本文将从导航技术的发展历程、主要技术及其应用前景三个方面进行探讨。
一、导航技术的发展历程1. 古代导航技术在古代，人们主要依靠天文导航、地文导航和经验导航进行定位。
天文导航是通过观测天体位置来确定自身位置的方法，如我国古代的航海家郑和就是利用天文导航技术实现了七次下西洋的壮举。
地文导航则是根据地形、地貌等地理特征来确定位置，如古代丝绸之路上的商队就是利用地文导航技术进行贸易往来。
经验导航则是依靠船员的经验和直觉来判断航向和距离。
2. 近代导航技术随着科学技术的发展，近代导航技术逐渐从经验导航向仪器导航转变。
19世纪末，无线电技术的发明为导航技术的发展提供了新的动力。
1906年，德国人布劳恩首次利用无线电波进行航海导航实验，标志着无线电导航技术的诞生。
随后，各种无线电导航系统如罗兰（Loran）、奥米加（Omega）等相继问世，为航海、航空等领域提供了准确的导航服务。
3. 现代导航技术20世纪70年代，美国开始研发全球定位系统（GPS），并于1994年全面建成。
GPS具有全球覆盖、全天候、高精度等特点，迅速成为现代导航技术的主流。
随后，俄罗斯、欧盟等国家和地区也相继研发了自己的全球导航卫星系统（GLONASS、Galileo等），形成了全球导航卫星系统的竞争格局。
我国自主研发的北斗卫星导航系统（BDS）也于2000年发射成功，并于2020年全面建成，成为全球四大卫星导航系统之一。
二、主要导航技术1. 天文导航天文导航是通过观测天体位置来确定自身位置的方法。
古代的天文导航主要依靠肉眼观测，现代天文导航则利用天文望远镜、星敏感器等设备进行观测。
天文导航具有高精度、不受环境限制等优点，但受天气影响较大。
2. 地文导航地文导航是根据地形、地貌等地理特征来确定位置的方法。
导航原理_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。
下面以外部位置信息阻尼方案为例予以说明。 利用天文导航系统得到的外部位置信息实现对
惯导系统阻尼的一种方案如图6.2所示：
r 为外部位置信息，c 为惯导系统的位置信息。
图中，r为外部位置信息, 可由天文导航系统给出，
其和惯导系统输出的纬度信息相比较，以其差值
信号，通过k1,k2,k3环节反馈到系统中去。
些导航参数（分别用
表示）进
行比较，
其差值就包含了惯导某些航参数误差 X I 和其它导航系统的误差 XN ,即
滤波器将这种差值作为测量值，经过滤 波计算，得到滤波器状态（也即包括和 在内的各种误差状态）的估值。其结构 如图6.4所示。
所谓输出校正，就是用导航参数误差的 估值去校正系统输出的导航参数，得到 综合导航系统的导航参数估值
1
非线性系统卡尔曼滤波
采用线性化的方法，称为EKF（扩展卡 尔曼滤波）
若线性化后的系统误差较大，则采用 UKF滤波方法（Unscented Kalman Filter）
Kalman滤波的稳定性问题
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。
组合导航关键技术
组合导航系统是将载体( 飞机、舰船等) 上的导航设备组合成一个统一的系统，利用两种或两种以上的设备提供多重信息，构成一个多功能、高精度的冗余系统。
组合导航系统有利于充分利用各导航系统进行信息互补与信息合作, 成为导航系统发展的方向。
在所有的组合导航系统中，以北斗与惯性导航系统INS 组合的系统最为理想, 而深组合方式是北斗与惯性导航系统( INS) 组合的最优方法。
鉴于GPS 的不可依赖性，北斗卫星导航系统与INS 的组合是我国组合导航系统的发展趋势，我国自主研制北斗/INS深组合导航系统需要解决的关键技术。
1北斗/惯导深组合导航算法深组合导航算法是由INS导航结果推算出伪距、伪距率，与北斗定位系统观测得到的伪距、伪距率作差得到观测量。
通过卡尔曼滤波对INS的误差和北斗接收机的误差进行最优估计，并根据估计出的INS误差结果对INS进行反馈校正, 使INS保持高精度的导航。
同时利用校正后的INS 速度信息对北斗接收机的载波环、码环进行辅助跟踪, 消除载波跟踪环和码跟踪环中载体的大部分动态因素, 以降低载波跟踪环和码跟踪环的阶数，从而减小环路的等效带宽, 增加北斗接收机在高动态或强干扰环境下的跟踪能力。
其组合方式如图1所示，图中只画出了北斗的一个通道，其他通道均相同。
图 1 深组合方式框图组合导航参数估计是组合导航系统研究的关键问题之一。
经典Kalman 滤波方法是组合导航系统中使用最广泛的滤波方法，但由于动态条件下组合导航系统状态噪声和量测噪声的统计信息的不准确，常导致滤波精度的下降，影响组合导航的性能。
滤波初值的选取与方差矩阵的初值对滤波结果的无偏性和稳定性有较大的影响，不恰当的选择可能导致滤波过程收敛速度慢，甚至有可能发散。
另外系统误差模型的不准确也会导致滤波过程的不稳定。
渐消记忆自适应滤波方法通过调节新量测值对估计值的修正作用来减小系统误差模型不准确对滤波过程的影响。
当系统模型不准确时，增强旧测量值对估计值的修正作用，减弱新测量值对估计值的修正作用。
导航技术的发展和应用
导航技术的发展和应用随着科技的发展，导航技术也越来越成熟，广泛地应用于各个领域。
在智能手机普及的年代，导航不再只是寻找路径的工具，它更是我们生活中的必需品之一。
一、 GPS技术的发展全球定位系统（GPS）最初是由美国军方开发，用于军事用途和导航系统。
20世纪90年代初，GPS开始对民用市场开放。
目前，许多国家都开发了自己的卫星导航系统，比如俄罗斯的格洛纳斯，欧盟的伽利略系统，以及中国的北斗导航系统。
这些系统为我们提供了更多的导航选择。
二、导航技术的应用随着导航技术的不断发展，它被广泛应用于各个领域。
首先，出行导航已成为人们生活中的必需品，而且越来越精准。
大多数智能手机都内置了导航功能，可以提供准确的路线规划和实时交通信息。
其次，导航技术还可以应用于智能家居领域。
有一些智能domin配有导航功能，可以自动清理和探索室内环境。
另外，导航技术还可以应用于农业、物流和船舶等领域。
在农业领域，农民可以利用GPS技术对农田进行测量，制定更加合理的种植方案，最大程度地提高产量。
在物流领域，GPS可以提高货物的运输效率，实现智能配送。
而船舶导航系统可以确保船只在海上安全航行。
三、导航技术的未来随着人工智能技术的发展，导航技术的未来将会更加智能化和高效化。
我们可以预见到，未来导航技术将充分利用大数据分析，结合人工智能算法，可以自适应地调整路径，提供更加个性化的导航服务。
此外，导航技术还有望应用到更多领域，比如自动驾驶和虚拟现实等。
结论导航技术已成为我们生活中的必需品之一。
随着科技的不断发展，导航技术也不断地创新和进步，应用于越来越多的领域。
未来，导航技术一定会有更为广阔的发展前景，为我们的生活带来更大便利。
kalman复习题【秘籍】
9、静基座对准通常选取哪几个状态变量，哪几个可观测度低，如何提高它们的可观测度？ 静基座初始对准方案？ 答： 1）在惯到系统进入导航工作状态前建立起导航坐标系
VN
VE
N
E
D
N
E
N
E
D
εE，▽x ，▽y 不可观测，εz 可观测度很小 0.0005 三轴摇摆提高了两个水平加计的可观测度 匀速运动各个状态变量的可观测度与静基座基本相同 线加速运动可大大提高方位失准角的可观测度，不能提高▽x ， ▽y 计偏置的可观测 度 三轴摇摆与线加速运动组合各个状态的可观测度都得到提高 航向变化与线加速运动组合各个状态的可观测度最高 2）采用 KALMAN 滤波进行初始对准，就是将平台误差角 ΨN，ΨE，ΨD 从随机误差和 随机干扰中估计出来， 通过系统的校正使平台坐标系与导航坐标系对准；同时，尽可能估 计出陀螺漂移和加速度计偏置；时间不长，因此陀螺漂移和加速度计偏置可看作常值；根据 分离定理，对随机系统和最优估计和最优控制 可以分开单独考虑，故可用卡尔曼滤波器对 平台误差角及惯性仪表的误差进行单独研究。 10、 为什么要进行动基座对准？动基座对准的最优机动方式？ 静基座初始对准适用于线性定常系统，分析和研究简单。而对于非线性时变系统，存在 不确定性随机干扰、噪声统计模型不准的情况下，就要采用动基座对准。 S 机动为动基座对准的最优机动方式；全部状态变量都能得到较好的估计；估计精度还 与载体 S 机动的机动程度有关。 动基座可观测性：惯导动基座对准为线性时变系统，可观测性分析十分复杂；PWCS 可 观测性分析理论与方法可确定状态是否可观测， 无法确定状态的可观测程度； 状态的可观测 程度才是真正反映卡尔曼滤波中状态变量估计的速度和精度； 基于特征值和特征向量的可观 测度分析方法， 可以确定 状态变量的可观测程度， 但是必须在滤波解算之后， 计算量巨大； 基于奇异值的可观测度分析方法，直接利用可观测矩阵实现系统的可观测度分析。 11、什么是捷联惯性导航系统(SINS)初始对准？2)按照对准阶段 SINS 初始对准可分为哪两 类，各自的含义是什么？3)采用卡尔曼滤波进行 SINS 静基座初始对准时(导航坐标系为东 北天地理坐标系)，状态变量通常包含哪些内容？ 答：1）SINS 初始对准就是获得载体的初始速度、初始位置和初始姿态； 2） 按对准的阶段 SINS 初始对准可分为粗对准和精对准。 粗对准是利用陀螺与加速度计 的信息，通过解析的方法快速计算出粗略的初始姿态；而精对准是在粗对准的基础上，以加 速度计信息或零速为观测量， 采用状态估计器估计粗对准的误差， 进而精确的确定初始姿态； 3）采用卡尔曼滤波进行 SINS 静基座初始对准时，状态变量通常包含 10 个变量，具体 为： 状态变量
军事导航定位系统
运载体向地面导r航A 台发射询问信号，地面rB导航台接收 并向运载体转发应答信号
运载体接收机收到的应答信号比询问信号滞后一定时 间，测出滞后时间，计算出运载体与导航台间距离
无线电导航测距系统的位置线是一个圆，由两条圆位
置线的交点导航确台定A 飞机的位置
来确定自己的位置和航向
典型系统
航海：奥米伽、罗兰-C、 航空：伏尔、塔康、仪表着陆系统、微波着陆系统、无线电罗盘/无
线电信标
13
定位原理
5.3 陆基无线电导航系统
测角导航定位
利用无线电波直线传播的特性，用运载体上的环形方向 性天线接收发射台的信号
根据接收信号的幅值极值的方向，建立接收信号幅度与 导航角的关系，从而测出电台航向
5.1概述
精度
指导航系统为运载体提供的位置与运载体当时的真实位置之间的 误差，通常采用统计特性的随机量描述
可用性
为运载体提供可用导航服务时间与载体运行时间的百分比
可靠性
给定使用条件下，在规定时间内以规定的性能完成其功能的概率
完好性
系统发生故障或误差超过允许范围时，及时向用户发出有效告警 的能力
导航信息更新率
单位时间内提供导航定位数据的次数
5
系统类型
根据导航信息的产生方式 自主式导航系统
惯性导航系统 多普勒导航系统 地形辅助导航系统
他备式导航系统
陆基导航系统 卫星导航系统
组合导航系统 相对导航定位系统
5.1概述
6
惯性系统
5.2自主式导航定位系统
惯性导航系统（惯导）
利用惯性仪表（陀螺仪和加速度计）测量运动载体在 惯性空间中的角运动和线运动
运载体向地面导航台发射询问信号，地面导航台接收 并向运载体转发应答信号
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。
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。
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。
第五章-组合导航技术的发展
➢ 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。
5、组合导航系统（续）
5.3 卫星导航与惯性导航的组合 需求
➢ 尽管卫星定位系统具有较高精度和较低的成本，且 具有长期稳定性。多类导航卫星组合仍然不能完全 摆脱卫星信号受遮挡而不能实施导航的风险。当载 体通过遂道或行驶在高耸的楼群间的街道时，这种 信号盲区一般不能通过多类卫星组合加以克服。
➢ INS由于具有全天候、完全自主、不受外界干扰、可 以提供全导航参数（位置、速度、姿态）等优点， 是目前最主要的导航系统之一。INS有一个致命的缺 点：导航定位误差随时间积累。
► 系统误差——轨道系统误差、卫星钟差、多路径误 差…；
► 随机误差——信号随机误差、轨道随机误差、钟差 随机误差…;
► 有色噪声——太阳光压、随时间变化的钟差…; ► 异常误差——周跳、变轨误差…。
5、组合导航系统（续）
卫星组合导航的缺点
1）存在信号遮挡。当接收机天线被建筑、隧道等遮挡 时，卫星信号中断，无法定位。
➢ 多传感器组合导航（多星座卫星组合、卫星导航与惯 性导航的组合等）成为导航系统的发展趋势。
5、组合导航系统（续）
5.2 多星座卫星导航组合
需求
➢ GPS、GLONASS、BD及GALILEO卫星导航系统， 本身都存在着固有的缺陷或人为施加的干扰，于是， 使用单一的卫星导航系统存在着很大风险。
➢ GPS系统受美国国家政策的影响，随时可能出现人为 “故障”，使得非美国的盟国不能利用卫星资源，或 其卫星信号中存在显著的异常干扰。
什么是组合导航技术
什么是组合导航技术国外概况：有三个重要前提推动了的发展：首先，远程/长航时以及武器投放、侦察/反潜以及变轨控制等任务对导航系统提出了更高的要求；第二，现代控制理论的兴起和发展，特别是卡尔曼滤波技术的出现，为组合导航提供了理论基础和数学工具；第三，数字计算机的蓬勃发展为应用卡尔曼滤波方法解决组合导航问题提供了现实可行的条件。
在以惯性为基的机载组合导航系统中，可提供组合的典型传感器有：GPS （或以后的Glonass）、多普勒、罗兰、星体跟踪器、数字地图、雷达高度表、大气数据计算机、合成孔径雷达（SAR）和光电传感器等。
组合系统的优点可归纳如下：1、能有效利用各子系统的导航信息，提高组合系统定位精度；2、允许在子系统工作模式间进行自动转换，从而进一步提高系统工作可靠性；3、可实现对各子系统及其元件的校准，从而放宽了对子系统技术指标的要求；4、允许惯导系统进行空中对准和调整，有利于缩短惯导系统的地面对准时间。
早期飞机主要靠目视导航。
20世纪20年代开始发展仪表导航，30年代出现无线电导航，40年代开始研制超短波的伏尔（VOR）导航系统，50年代惯性导航进入飞机应用，50年代末多普勒导航问世，60年代开始使用远程无线电罗兰C导航系统，60年代中"子午仪"卫星导航正式投入使用，70年代联合战术信息分发系统（JTIDS）得到研制，80年代初出现地形辅助导航，80年代末GPS全球定位系统逐渐进入航空领域。
与此同时，从80年代初以来至今，发挥不同导航系统特点的组合导航逐渐得到应用且发展迅速。
另外，在30年代无线电导航技术问世之前，天文导航是各种航行体主要（甚至是唯一）的导航手段；但直到今天，无文导航仍在使用，且多以与其它导航相结合的形式出现。
下面简介几种主要导航系统，以及它们与惯性系统组合的情况。
1、VOR/DME 近距无线电导航VOR和DME是两种近距无线电测量系统。
VOR为甚高频全向信标系统，测量飞机磁方位角；DME为测距系统，测量飞机与地面DME台间的斜距。
导航原理组合导航
导航原理组合导航组合导航是将两种或以上的导航方式结合起来，使得导航更加精准、高效。
在当今时代，随着信息技术的快速发展，组合导航已经成为了一种必不可少的导航方式。
本文将介绍组合导航的基本原理和实现方式。
导航原理导航是指人们通过各种手段来实现自身位置的确定以及目的地的定位和导向的行为，其主要原理包括位置感知、方向感知和路线规划。
在实际应用中，根据不同环境和需求，导航方式也可以分为徒步导航、驾车导航、航空导航等等。
组合导航的优势组合导航主要是将不同的导航方式组合起来，以充分利用它们的各自的优势。
比如，在城区行车导航中，由于GPS信号的穿透力较弱，容易受到高楼大厦等影响而出现定位不准确的情况。
此时，利用地图来结合GPS导航使用，通过人眼判断地图上所在位置，再结合GPS定位信息，可提高导航准确性。
再举一个例子，在森林徒步旅行中，由于地形复杂，很难通过GPS准确定位。
此时，利用指南针和地图相结合，通过指向目标方向，判断当前位置，而旅行路线可以通过地图导出。
这样既可以提高定位精度，又可缩短路线。
组合导航的具体实现方式实现组合导航需要结合不同导航方式的特点和优势，采用相应的技术方案进行组合。
GPS NavigationGPS导航系统能够通过卫星定位技术，在天空中找到它们所处的位置。
其主要应用在车辆驾驶、出行及其它室外运动等活动中。
当GPS导航出现误差时，可通过地图或者GSM定位的补充，提高定位精确度。
Map地图作为导航的一种手段，能够以直观的空间表现方式描绘一个区域内的各种地貌、建筑、道路和自然地理特征。
根据目的、路线和需求，地图导航可以结合GSM或GPS定位数据和其他传感器来优化导航信息。
Compass指南针作为定向工具，能够指示地理方向和方位。
在外来信号较弱的情况下，它仍能工作。
因此，在良好的辅助设备下，指南针可以实现徒步和户外导航。
GSM考虑到GPS信号的服务可用性和精度，与GSM定位的结合可提高导航的可靠性和精度。