GPS_INS组合高精度定位定向
GPS_INS紧耦合融合定位算法的研究与实现
学 校 代 码 10459学号或申请号 ************密 级专业硕士学位论文GPS/INS 紧耦合融合定位算法的研究与实现作 者 姓 名：高少甫导 师 姓 名：侯维岩 张大龙专业学位名称：电子与通信工程培 养 院 系：信息工程学院完 成 时 间 2018年5月A thesis submitted toZhengzhou Universityfor the degree of MasterResearch and implementation of GPS/INS tightly coupledfusion location algorithmBy Shaofu GaoSupervisor: Weiyan Hou and Dalong ZhangElectronic and Communication EngineeringSchool of Information EngineeringMay 2018学位论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的硕士学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
除论文中已经注明引用的部分内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或已经撰写过的科研成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，都已在文中以明确方式标明。
本声明的法律责任由本人承担。
学位论文作者： 日期： 年 月 日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的论文作品，知识产权归属郑州大学所有。
根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，并允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段来保存和汇编本学位论文。
本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。
保密论文在解密后应遵守此规定。
学位论文作者：日期： 年 月日摘要惯性导航系统定位误差随着工作的时间的延长逐渐累积，GPS数据更新率低，动态特性差，在卫星信号受到干扰时，定位精度大大下降。
GPS_INS组合高精度定位定向
2.1 GPS定位测速技术（地面监控）
▪ 组成:
▪ 1 主控站 ▪ 5 监测站 ▪ 3 注入站
▪ 功能:
▪ 监控卫星 ▪ 编辑星历 ▪ 保持时间系统
GPS-INS组合导航系统
GPS/INS组合导航系统摘要：随着科学技术的迅速发展，目前广泛应用于航空、航天、航海和地面载体的导航系统多种多样，但是它们都有各自的优点与缺陷。
比如，惯性导航系统（ins）具有不依赖外界信息完全独立自主地提供多种较高精度的导航参数的优点，能够抗电子辐射干扰、隐蔽性好的特点。
但是随着时间的增长，其导航参数的误差随着时间的积累越来越大，不适合长时间单独航行，如果引入gps，以适当方法将两者组合起来成为一个导航系统，必定可以提高系统的整体导航精度，是ins具有空中再对准的能力。
关键词：gps/ins 卡尔曼滤波器组合导航系统中图分类号：p228.4 文献标识码：a 文章编号：gps和ins的组合由于gps/ins组合导航的总体性能要远远地优于各自独立的系统，因此，普遍认为gps/ins是目前和今后进行空中、海上和陆地导航和定位较为理想的系统。
实现gps和ins的组合方案很多，不同的组合方案，可以满足使用者的不同性能要求和应用目的。
例如采用位置、速度组合的gps/ins导航系统，采用伪距、伪距率组合的gps/ins导航系统。
现在控制理论的成就，尤其是最优估计理论的数据处理方法，为组合导航系统提供了理论基础。
卡尔曼滤波器在组合导航系统的实现中有着卓有成效的应用。
在组合导航系统中应用卡尔曼滤波技术，即在导航系统某些测量输出量的基础上，利用卡尔曼滤波去估计系统的各种误差状态，并用误差状态的估计值去校正系统，以达到系统组合的目的。
例如，根据 gps定位数据利用卡尔曼滤波去估计系统的误差，然后用误差去校正系统。
卡尔曼滤波技术卡尔曼滤波技术是20世纪60年代在现代控制理论的发展过程中产生的一种最优估计技术。
最优估计是一种数据处理技术，它能将仅与部分状态有关的量测值进行处理，得出从某种统计意义上讲估计误差最小的更多状态的估计值。
估计误差最小的标准称为估计准则。
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计。
卡尔曼滤波方程：状态一步预测方程(1)状态估计方程(2)最优滤波增益方程(3)一步预测均方误差方程(4)估计均方误差方程(5)或(6)由上述方程确定的系统叫做卡尔曼滤波器，它表现为计算机的数据处理，最小方差线性递推顾及运算。
组合导航-GPS-INS组合
组合导航技术讲座—GPS/INS组合导航西北工业大学航天学院罗建军提纲6.1 概述6.2 GPS/INS组合模式和结构6.3 惯性组合导航系统设计的方法和原则6.4 GPS/INS组合导航的模型和算法6.5 GPS/INS组合导航的仿真与实验5/8/201225/8/201239惯性导航的优点和存在问题9提高惯性导航系统精度的方法和途径9采用最优滤波的组合导航是提高惯导精度的有效途径9采用最优滤波的惯性组合导航原理9GPS、INS的互补性和组合的好处6.1 概述返回目录5/8/201241.惯性导航具有高自主性、抗干扰性、高的短期精度、高数据输出率、完备的导航信息、适应范围广等特点。
在飞机、导弹、舰船等航飞器中，惯性导航系统多作为主要的导航手段。
2.惯性导航的系统误差具有周期振荡的特性，某些导航参数误差具有随时间积累的特性。
惯导系统精度主要由惯性器件精度决定，其中以陀螺仪的精度尤为突出。
在长时间范围内，初始对准精度、系统使用的惯性敏感器缺陷和载体运动轨迹的动态特性都影响导航误差增长的速度。
3.由于重力加速度随高度增加而减小，纯惯导系统高度通道工作不稳定，必须引入外部高度信息进行阻尼。
4.惯性导航是一种航位推算导航，正常工作前需要初始化信息。
初始化主要任务包括：给定初始速度和位置；惯导平台对准；惯性器件测漂和标定。
准备时间长。
6.1 概述-惯性导航的优点和存在问题6.1 概述-提高惯性导航系统精度的方法和途径•采用新型、高精度惯性器件•建立惯性器件误差模型并对器件误差进行补偿•研究和采用高精度惯性导航和姿态计算算法•与其他传感器或导航系统进行组合-组合导航在现有器件或设备的基础上，利用导航误差不随时间积累的外部参考信息源，定期或不定期地对惯性导航系统进行导航参数校正和对惯性器件的漂移进行补偿。
虽然采用更精确的敏感器可以提高精度，但惯性系统的成本会变得极为昂贵，而且提高的精度也有限。
所以，除了潜艇导航系统或其他战略平台外，大多数战术平台不宜采用昂贵的惯性导航系统。
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。
双天线GPS定向方法
双天线GPS定向方法1. GPS测量方法GPS测量的基本方法有两种，一是伪距测量；二是载波相位测量。
载波相位测量精度要远高于伪距测量精度。
(1)伪距测量由于卫星钟、接收机钟的误差以及大气延迟误差的影响，实际测出的距离与实际的卫星到接收机几何距离有一定差值，故一般称测出的距离为伪距。
伪距观测量按精度可分为C／A码(粗码)和P码(精码)。
伪距观测量的精度一般为码元长度的1／100。
C／A码码元长度为293m，故其观测精度大致为2．93m；P码码元xx为29．3m，故其观测精度大致为0.29m。
(2)载波相位测量载波相位测量是接收机测量得到的卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。
载波相位观测量的精度一般为载波长度的1／100，L1载波的波长λ1=19cm，其测距精度为0.19cm；L2载波的波长λ2=24cm，其测距精度为0.24cm。
所以在测量相位精度相同的情况下，载波相位测量误差对测距精度的损失，较P码码相测量误差小两个数量级；载波相位测量的距离分辨率也较P码码相测量的距离分辨率高得多。
在需要高精度测量的场合，如姿态测量系统中采用载波相位观测量进行数据处理。
由于载波不携带有测距码的任何信息，所以载波相位测量通常也称为无码测量，载波是一种周期性的正弦信号。
因此，采用载波相位法是系统测量精度的保证。
系统接收L1载波信号,有16个L1 C/A码独立信道。
系统启动后，满足解算条件后，便可自动对整周模糊度进行初始化，初始化结束后，解算模式转到固定整周模式，最高可达20HZ频率输出解算结果，基线2m时定向精度0.08°，基线长度增加，可提高定向精度。
若在载体上配置不共线的三个GPS天线,可构成两条互相独立的基线。
通过这两条基线在载体坐标系和地理坐标系中的坐标位置可以在载体坐标系中建立三个互相正交的矢量，从而解算出三维姿态参数。
2. GPS姿态测量技术GPS姿态测量解算流程为：要使GPS具备姿态测量功能，需满足一下条件：（1）接收机使用两个或更多天线。
高精度定位导航系统设计与性能分析
高精度定位导航系统设计与性能分析在现代社会中，随着交通运输和定位导航技术的快速发展，高精度定位导航系统在各个领域都起到了至关重要的作用。
本文将讨论高精度定位导航系统的设计原理及其性能分析。
一、高精度定位导航系统设计原理高精度定位导航系统设计的关键在于精准性和可靠性。
其设计原理基于全球定位系统（Global Positioning System, GPS）和惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS）的融合。
GPS是一种基于卫星信号的定位技术，利用卫星发射的信号和接收器接收到信号的时间差来计算出接收器的位置坐标。
然而，由于地球上的自然障碍物和建筑物的影响，GPS信号往往会受到干扰，从而导致定位误差。
因此，为了提高定位精度，设计高精度定位导航系统时需要结合惯性导航系统。
惯性导航系统是一种基于传感器的定位技术，它通过测量和分析物体的线性加速度和角速度来实现。
通过惯性导航系统可以检测和测量物体在空间中的运动状态，从而计算出其位置和速度。
然而，惯性导航系统的缺点在于其误差叠加效应，随着时间的推移误差会不断累积，从而影响定位精度。
因此，设计高精度定位导航系统时，通过融合GPS和INS的数据，可以充分利用二者的优势，提高定位精度和可靠性。
融合算法可以通过滤波、误差校正和权重分配等步骤来实现。
二、高精度定位导航系统性能分析高精度定位导航系统的性能分析是评估系统性能和精度的重要步骤。
下面将从定位精度、更新频率、精度传播等方面进行性能分析。
1. 定位精度：定位精度是衡量高精度定位导航系统性能的主要指标。
通过与地面真实位置的比较，可以计算定位误差。
较小的定位误差表示系统具备较高的定位精度。
2. 更新频率：更新频率是指高精度定位导航系统输出位置信息的速率。
较高的更新频率意味着系统可以更频繁地提供定位信息，从而实现更精确的导航和定位。
3. 精度传播：精度传播是指高精度定位导航系统中误差累积的过程。
DGPSINS精密组合导航软件(GPSINSIGG 1.0)简介
）简介简介 DGPS/INS精密组合导航软件GPSINSIGG 1.0）（GPSINSIGG 1.0精密组合导航软件（柴艳菊，阳仁贵，王海涛，许厚泽，欧吉坤，袁运斌，钟世明（中国科学院测量与地球物理研究所，动力大地测量学重点实验室，湖北：武汉，430077）摘 要：GPS/INS组合导航系统是近年来发展起来的一项新的导航技术，在军民用领域具有广阔的应用前景。
经过近十几年的发展，我国在INS硬件方面取得长足发展，但是成熟的高精度组合数据处理软件的发展相对滞后，制约了组合导航技术在一些精密导航领域的推广。
精密组合导航技术的主要困难是GPS模糊度的动态解算及INS元件误差的建模。
中国科学院测量与地球物理研究所（下称“中科院测地所”）科研人员结合我所GPS精密数据处理长期经验的积累和优势，及我所GPS/INS组合系统最新研究成果[1-5]，并参考目前国际上比较著名的几个GPS/INS组合软件及算法[6-11]，研制了DGPS/INS精密组合导航软件（GPSINSIGG 1.0）。
该软件采用VC++和FORTRAN语言编写，具有GPS数据预处理及精密动态定位测速、INS单独导航、GPS/INS精密松组合及紧组合、导航结果绘图等功能。
其特色是采用我所提出的GPS 质量控制及模糊度快速搜索新方法，并在组合阶段采用附加系统存在的隐含信息约束思想，将GPS相位和doppler观测与INS数据进行融合，提高了导航结果的精度。
整个软件操作采用提示功能，界面友好。
作者利用多种精度的国产和进口INS和GPS组合数据对该软件进行了测试，结果比较可靠。
关键词：GPS/INS精密组合处理模糊度解算INS误差建模松组合紧组合1.概述GPSINSIGG 1.0是中科院测地所近几年研制的精密GPS/INS组合数据处理软件。
它集成了我所GPS和GPS/INS的方面相关的研究成果，适用于实时或事后处理GPS/INS组合数据处理。
该软件具有GPS预处理、GPS精密动态定位测速、INS初始对准和单独导航、GPS/INS松组合和紧组合等主要功能，对处理结果绘图、坐标转换等辅助功能。
GPS-INS组合导航算法研究与实现
GPS-INS组合导航算法研究与实现GPS/INS组合导航算法研究与实现一、引言随着现代航空航天、航海、地理测量等领域的快速发展，导航技术在实际应用中扮演着至关重要的角色。
而GPS（Global Positioning System）和INS（Inertial Navigation System）作为两种常用的导航系统，各自具有优势和局限性。
本文将研究并实现一种基于GPS/INS组合的导航算法，旨在提高导航精度和稳定性。
二、GPS原理与特点GPS是利用卫星信号来确定位置、速度和时间的全球导航卫星系统。
其基本原理是通过接收来自多颗卫星的无线电信号，并计算卫星和接收器之间的距离，从而确定接收器的位置。
GPS具有全球覆盖、精度高、实时性好等优点，但在封闭环境或复杂地形下，信号可能受阻，从而降低导航精度。
三、INS原理与特点INS是一种基于陀螺仪、加速度计等传感器测量平台加速度、角速度等信息，进而推算出航向、位置等信息的导航系统。
INS具有短时间高精度、不受信号阻塞等优点，但会因为误差累积而导致导航精度慢慢下降。
四、GPS/INS组合导航算法1. 数据融合：GPS和INS可以互为补充，GPS提供了位置、速度的全球信息，INS则提供了短时间内的高频数据。
将两者进行数据融合，可以提高导航精度和稳定性。
常见的融合方法有卡尔曼滤波、粒子滤波等。
2. 姿态解算：利用INS测量的姿态信息，结合GPS位置、速度等信息，可以对航向、俯仰、横滚等姿态参数进行解算。
姿态解算是基于数学模型和传感器测量值进行的，可以应用各种滤波算法进行优化。
3. 误差修正：GPS和INS都存在误差，如GPS的卫星定位误差、INS的漂移误差等。
通过比较两者的结果，识别和修正误差是非常重要的一步。
例如，可以利用GPS比对INS的位置信息，进而校正INS的漂移误差。
五、实验及结果分析为了验证GPS/INS组合导航算法的有效性，我们进行了一系列实验。
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。
融合定位手段
融合定位手段融合定位手段是一种通过结合多种定位技术和方法来提高定位精度、可靠性和实时性的技术手段。
它通过同时使用多个定位技术，如全球定位系统(GPS)、惯性导航系统(INS)、传感器测量等，来获取更准确、更全面的位置信息。
下面将介绍一些与融合定位手段相关的技术和方法。
1. GPS定位技术：全球定位系统是一种通过使用卫星和接收器来测量接收器位置的定位技术。
它广泛应用于车辆导航、手机定位等领域。
融合定位手段可以利用GPS定位技术来获取位置信息，并通过与其他定位技术的结合来提高定位的精度和可靠性。
2. INS技术：惯性导航系统是一种利用加速度计和陀螺仪等传感器测量物体加速度和角速度，并据此计算物体位置的技术。
INS技术具有高精度和实时性的特点，但长时间使用会积累误差。
融合定位手段可以将INS技术与其他定位技术相结合，通过比较INS和其他定位结果的差异来校正INS的误差，从而提高整体定位的精度和可靠性。
3. 传感器融合：除了GPS和INS技术外，融合定位手段还可以利用其他传感器来获取位置信息。
例如，加速度传感器、陀螺仪、磁力计等传感器可以用于测量物体的运动状态和方向。
通过将这些传感器的测量结果与GPS或INS技术的结果进行融合，可以进一步提高定位的精度和可靠性。
4. 地图匹配：地图匹配是一种将实际位置信息与地图数据进行匹配的技术。
通过与地图数据进行比较，可以确定实际位置所在的道路、街区或建筑物等位置，从而提高定位的精度。
融合定位手段可以将GPS或INS技术获取的位置信息与地图数据进行匹配，从而校正定位误差并提高定位的准确性。
5. 多传感器数据融合：融合定位手段可以同时利用多个传感器的数据进行位置估计和校正。
例如，可以使用GPS、INS、传感器测量等多种数据源来获取位置信息，并通过统计学方法、卡尔曼滤波等算法来对多个数据源进行融合，从而得到更准确和可靠的定位结果。
总之，融合定位手段是一种通过结合多种定位技术和方法来提高定位精度、可靠性和实时性的技术手段。
GPS高精度解算软件
GPS高精度解算软件GPS高精度解算软件（Inertial Explorer，GNSS+INS事后组合处理软件）是NovAtel公司Waypoint产品组研发的强大的、可配置度高的事后处理软件，用于处理所有可用的GNSS、INS数据，提供高精度组合导航信息，包括位置、速度和姿态信息。
针对精度和稳定性要求比较高，不需要实时定位导航信息的应用，可以通过GNSS和INS原始数据后处理的方式，提高组合导航解算精度和稳定性。
产品优势高精度解算基于 NovAtel 硬件平台，能够实现厘米级定位精度、千分之一级别测姿精度。
松/紧耦合处理提供松耦合、紧耦合两种组合解算方式，灵活性强。
兼容多种数据兼容Honeywell、iMAR、Inertial Science、Litton、Motion Pack、NovAtel、Tamagawa 等多种 IMU 的数据格式，提供自定义 IMU 数据格式功能；同时兼容 NovAtel、Trimble、JAVAD、Leica、NAVCOM、Septentrio 等多种 GNSS 数据输入。
长距离 RTK 和精密单点定位 (PPP)支持长距离（可达几百公里）RTK 解算，也可自动下载精密星历实现精密单点定位。
支持航拍数据处理能够通过外部信息处理相机和 IMU 的方向偏差 w-p-k角度，识别相机触发的数据点。
支持零速修正（ZUPT）利用载体静止时惯性导航系统的速度输出作为系统速度误差的观测量，修正其他信息。
动基线处理动基线处理模块可以通过后处理的方式对运动中的基准站和移动站之间的基线进行高精度的数据处理，实现厘米级解算精度。
输入和输出范围Inertial Explorer可以方便地将NovAtel的SPAN® GNSS/INS系统数据导入进行处理。
该软件具有一个通用的IMU数据导入模块，可以导入多种接收机的GNSS数据。
数据处理完成后，可以以多种格式输出。
可配置的输出向导允许可定制的ASCII码输出。
测绘技术中的GPS定位和INS导航方法介绍
测绘技术中的GPS定位和INS导航方法介绍随着科技的飞速发展和社会的进步，测绘技术在各个领域得到了广泛的应用。
其中，GPS定位和INS导航方法作为实现精确定位和导航的关键技术，无疑是测绘领域中不可或缺的一个环节。
本文将对这两种方法进行介绍，并探讨其在测绘技术领域中的应用。
一、GPS定位GPS（全球定位系统）利用一系列的卫星和地面接收设备来确定地面上的位置。
通过接收多颗卫星发出的微弱信号，并通过差分处理和精确时钟，可以获得非常精准的位置定位。
GPS定位无疑是现代测绘领域中一项重要的技术。
1. GPS定位原理GPS系统由卫星部分和接收设备组成。
卫星部分包括至少24颗工作卫星，它们分布在地球轨道上。
接收设备则是安装在地面上的设备。
接收设备通过接收卫星发出的信号，并利用三角定位原理计算位置。
2. GPS定位方法GPS定位方法主要有单点定位、差分定位和动态定位等几种。
单点定位是指利用单一接收器进行GPS定位，其精度在10米左右。
差分定位则是通过与至少一台已知位置的参考站进行通信，在接收设备上进行微小的修正，从而获得更高的位置精度。
动态定位则是在移动中进行GPS定位，通过与接收到的连续信号进行处理，可以实现高精度的定位。
3. GPS定位的应用在测绘领域中，GPS定位广泛应用于地理信息系统（GIS）和地形测量等方面。
通过利用GPS定位，可以精确测量地球上的各个点的位置，从而构建出准确的地图和地形模型。
二、INS导航INS（惯性导航系统）通过测量和集成三个轴线上的速度和加速度信息，来确定载体的姿态和位置。
INS导航是一种不依赖于外部参考物的导航方法，具有高精度、高可靠性的优点，被广泛应用于航空、航海、航天等领域。
1. INS导航原理INS导航系统主要由加速度计和陀螺仪组成。
加速度计用于测量载体在三个轴向上的加速度，陀螺仪则用于测量载体的角速度。
通过积分计算速度和位移，可以确定载体的位置和姿态。
2. INS导航方法INS导航方法主要有地面对准法和空中对准法。
INSGPS组合算法及其误差分析
INSGPS组合算法及其误差分析INSGPS（Integrated Navigation System based on Global Positioning System）组合算法是一种基于全球定位系统的综合导航系统算法，通过将不同的导航传感器（如GPS、陀螺仪、加速度计等）的测量结果进行融合，提高了导航系统的性能和精度。
本文将介绍INSGPS组合算法的原理和误差分析。
INSGPS组合算法的核心思想是将不同的导航传感器的测量结果进行融合，以提高导航系统的鲁棒性和精度。
通常情况下，GPS可以提供较高的位置精度，但在一些环境下，如城市区域、山谷等，GPS信号可能会受到遮挡而导致精度下降。
而陀螺仪和加速度计可以提供较为准确的姿态信息和加速度信息，但在长时间使用过程中存在积分累积误差。
因此，INSGPS组合算法就是通过结合这些导航传感器的测量结果，以及利用它们之间的互补性来提高导航系统的性能。
具体而言，INSGPS组合算法可以分为两个步骤：状态预测和状态更新。
1.状态预测：该步骤使用惯性导航传感器（如陀螺仪和加速度计）的测量结果来预测导航系统的状态（如位置、速度和姿态等）。
通过对测量结果进行积分，可以得到导航系统在下一个采样周期内的状态预测值。
由于惯性导航传感器存在累积误差的问题，因此在进行状态预测时需要进行误差修正，以保证预测结果的准确性。
2.状态更新：该步骤使用GPS的测量结果来更新导航系统的状态。
由于GPS提供了较高的位置精度，因此可以利用GPS的测量结果对状态预测进行校正，以提高预测的准确性。
通过将GPS的测量结果与状态预测值进行差值计算，可以得到位置、速度和姿态的误差，然后利用滤波算法（如卡尔曼滤波）对误差进行修正，得到最终的导航系统状态。
1.GPS误差：GPS的测量误差主要包括系统误差和随机误差两部分。
系统误差包括钟差误差、伪距误差等，可以通过差分GPS等方法进行校正。
随机误差主要来自于信号的多路径效应、大气湿度等，可以通过滤波算法（如卡尔曼滤波）进行降噪处理。
卫星惯导组合定位INSGPS系统satellitea概要.doc
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。
GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究的开题报告
GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究的开题报告开题报告：GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究一、研究背景及意义目前，全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）已广泛应用于航空、航天和军事领域。
GPS具有高精度、全球覆盖、持续跟踪等优点，但在信号被干扰或无法接收的情况下会失效。
INS具有无信号依赖、实时性好等优点，但存在误差累积、漂移等问题。
因此，将GPS和INS组合起来，可以充分发挥各自的优点，实现高精度、可靠性强的导航系统。
在复杂电子环境下，GPS和INS的组合导航系统仍然存在一定的误差，无法满足高精度导航的需求。
超紧组合导航系统是GPS和INS组合导航的一种新型技术，可以利用多传感器数据进行动态校正和误差补偿，达到更高的精度和可靠性，具有重要的应用前景。
二、研究内容和方法本课题旨在研究GPSSINS超紧组合导航系统的关键技术，包括以下内容：1. 基于多传感器数据的超紧组合导航系统算法研究；2. 航空、航天、地面等应用场景下的超紧组合导航系统性能分析；3. 超紧组合导航系统误差补偿和动态校准算法研究；4. GPSSINS超紧组合导航系统软件平台设计与实现。
研究方法主要包括以下几个方面：1. 分析目前超紧组合导航系统的研究现状、存在问题和发展趋势；2. 研究多传感器数据融合算法、误差补偿和动态校准算法；3. 基于虚拟仿真技术进行航空、航天、地面等应用场景下的性能分析；4. 设计GPSSINS超紧组合导航系统软件平台，进行实验验证。
三、预期成果和意义本课题的研究成果预期包括：1. GPSSINS超紧组合导航系统关键技术研究报告；2. 多传感器数据融合算法、误差补偿和动态校准算法；3. GPSSINS超紧组合导航系统软件平台原型系统。
本课题的研究成果将对航空、航天、军事等领域的高精度、可靠性强的导航系统的研究和应用具有重要意义。
同时，本研究也将推动组合导航技术的发展，为国家重大工程的研究和应用提供技术支撑。
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。
无人机技术实现精确飞行的关键方法
无人机技术实现精确飞行的关键方法无人机技术的快速发展为人们的工作和生活带来了许多便利和机遇。
然而，要使无人机能够实现精确飞行，需要采用一系列关键方法来确保飞行的准确性和安全性。
本文将探讨一些实现无人机精确飞行的关键方法。
一、引入高精度导航系统无人机的精确飞行首先需要依靠高精度导航系统。
这种导航系统可以通过全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）的组合来实现。
GPS可以提供机航空器的位置和速度信息，而INS则可以根据加速度计和陀螺仪等传感器数据提供航空器的姿态和运动状态信息。
引入高精度导航系统可以提高无人机的定位准确度，使其能够在复杂环境中进行高精度飞行。
二、采用视觉传感技术视觉传感技术在实现无人机精确飞行中起着重要的作用。
通过安装视觉传感器，无人机可以获取周围环境的图像信息，并对图像进行处理和分析。
采用视觉传感技术可以使无人机具备障碍物感知和避障能力，从而实现精确飞行。
此外，视觉传感技术还可以用于目标识别和跟踪，提高无人机在复杂任务中的执行能力。
三、使用自主飞行控制算法实现无人机精确飞行的关键方法还包括使用自主飞行控制算法。
这些算法可以通过对飞行特征和环境信息进行分析和处理，实现无人机的自主控制和精确导航。
例如，基于PID（比例、积分、微分）控制算法的无人机飞行控制系统可以通过对姿态角误差的实时调整来实现稳定和精确的飞行。
此外，还有一些先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，可以进一步提高无人机的飞行精度和鲁棒性。
四、优化飞行路径规划为了实现无人机的精确飞行，飞行路径规划也是至关重要的。
优化飞行路径规划可以最大限度地减少航线长度和能量消耗，同时确保无人机按照预定的航线准确飞行。
一种常用的优化方法是遗传算法，通过对航点的选择和交叉迭代，使无人机能够找到最优的飞行路径。
此外，还可以使用人工势场法和蚁群算法等来优化无人机的飞行路径。
五、采用红外线制导技术红外线制导技术可以提高无人机的飞行精度和目标锁定能力。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（8） （9） （10）
2.2 INS导航定位技术（原理）
re V e
Ve
Rbe
f
b
2ieeV
e
g
e
Rbe Rbe (bei bib )
g e 为e系的重力矢量
V 为速度矢量
Gi 为地球引力加速度矢量
e,b分别表示地固系和载体坐标系
（11）
2.2 INS导航定位技术（原理）
陀螺仪
加速度 计
2.1 GPS定位测速技术（系统）
高度: 22,000 km 周期: 12 hrs 轨道面倾角: 55 degrees 轨道面个数: 6 轨道卫星数: 4 全部卫星数: 24（31）
2.1 GPS定位测速技术（组成）
•卫星部分 •地面控制部分 •用户终端
2.1 GPS定位测速技术（卫星）
• 功能:
SA open 24.0
7.0 2.0 2.3 0.6 1.5 25.0 1.5
SA close 0.0
7.0 2.0 2.3 0.6 1.5 7.5 1.5
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
~ij ij C
（3）
ij Nij ij
（4）
ij Nij ij0 Bdr （5）
ij
N
j i
i
j
ij ( Xi X j )2 (Yi Y j )2 (Zi Z j )2
（1） （2） （2.1） （2.2）
2.1 GPS定位测速技术（单点定位）
Error resource
Ionosphere Troposphere Orbit error Noise Multi-path Total HDOP
地面控制点任务大幅减轻
但对测区图形和控制点 仍存在要求
Z ▲
Y ▲
X
GPS 流动站
Time Position(x,y,z) Attitude( , ,k)
▲
▲
GPS 基站
▲
1.3 直接地理参考（POS）
地面控制点只需GPS参考站 对测区图形不再要求
解算简单，效率高
应用领域广阔
Z
GPS 流动站 Time Position(x,y,z)
IMU Attitude( , ,k)
Y
X
GPS 基站
▲
1.3 直接地理参考（POS）组成
GPS 天线
▪差分GPS（基站、流动站）
zB
▪惯性测量单元IMU
▪处理软件
xB
zS
Sensor
yS yB xS
IMU GPS 基站
2 GPS/INS组合航空遥感平台定位定向原理与方法
•GPS定位测速技术 •INS导航定位技术 •GPS/INS组合导航定位原理 •航空遥感中GPS/INS组合定位定向
（7）
2.1 GPS定位测速技术（差分测速）
ij ij ij dti dtj Iij Ti j （6）
ij ij0 BdV
厘米/秒级 厘米/秒级
（7）
2.2 INS导航定位技术
2.2 INS导航定位技术（器件）
2.2 INS导航定位技术（器件）
Z
陀螺 X
加速度计 Y
2.2 INS导航定位技术（数据）
INS导航方程：
re V e
Ve
Rbe
f
b
2ieeV
e
ge
Rbe
Rbe (bei
b ib
)
INS误差方程：
（11）
re V e
Ve N ere 2ieeV e F e Rbeb iee Rbed
GPS/INS组合高精度定位定向
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 孙红星
2010，6，8
主要内容
1 遥感平台定位定向方法概述 2 GPS/INS组合航空遥感平台定位定向原理与方法 3 GPS/INS/其他传感器组合陆地遥感平台定位定向方法 4 现有商用POS系统及其应用
1遥感平台定位定向方法概述
2.1 GPS定位测速技术（地面监控）
▪ 组成:
▪ 1 主控站 ▪ 5 监测站 ▪ 3 注入站
▪ 功能:
▪ 监控卫星 ▪ 编辑星历 ▪ 保持时间系统
2.1 GPS定位测速技术（用户终端）
▪ 功能:
▪ 接收和量测信号 ▪ 导航、定位、测速、授时等
▪ 设备:
▪ 石英钟 ▪ 锁相环
2.1 GPS定位测速技术（信号）
•传统航空摄影测量航空三角（AT） •GPS辅助航空三角（GPS AT） •直接地理参考（POS）
1.1 传统航空摄影测量航空三角（AT）
地面控制点任务繁重 耗时、花费较多
Z Y▲
▲▲ X▲
▪Position(x,y,z) ▪Attitude( , ,
k)
▲ ▲▲ ▲
1.2 GPS辅助航空三角（GPS AT）
2.2 INS导航定位技术（原理）
ri f i Gi
ri Rci (rc 2iccrc iccr c iccicc r c )
Rba Rbabab
ri (X i Y i Z i )T 为位置矢量 f i 为比力矢量
Gi 为地球引力加速度矢量
R 为旋转矩阵
为角速度矢量
i,a,b,c 分别表示惯性系和其它坐标系
•载波相位（L1 ，L2，L5）/多 普勒频移
•伪距（C/A，P1 ，P2，C2，M1 ，M2）
•导航信息（轨道，卫星钟差，电离层，卫星健康状况）
2.1 GPS定位测速技术（测量方程）
~ij ij dti dt j Iij Ti j C
ij
j i
ij
dti
dt
j
Iij
Ti
j
• 发射导航信号 • 其他目的，通讯、监控等
• 设备:
•原子钟（2 铯钟，2 铷钟） •信号发生器和发射器
•类型:
• 实验卫星: Block Ⅰ • 工作卫星: Block Ⅱ
– Block Ⅱ – Block ⅡA – Block ⅡR（R-M） – Block ⅡF (GPS modernization)
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
~ij ij C
米级
米级ij Nij ij0 Bdr （5）
厘米级 厘米级
2.1 GPS定位测速技术（差分测速）
ij ij ij dti dtj Iij Ti j （6）
ij ij0 BdV
旋转矩阵 计算
姿态角
旋转矩阵
导航计 算
位置、 速度
2.2 INS导航定位技术（原理）
2.3 GPS/INS组合导航定位原理
强
基于无线电距离定位 互
定位精度不积累
补 性
容易受外界干扰
无姿态输出
基于物理积分定位 定位精度积累快 不受外界干扰 位置姿态同时输出
高精度时间/位置/速度/姿态
2.3 GPS/INS组合导航定位原理