组合导航与融合导航讲述
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2、卫星导航的发展即存在的问题
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。
➢ 二 代 COMPASS ， 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；
➢ 需解决全球跟踪问题。
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3、惯性导航特点
3.1 惯性导航的优点
组合导航与融合导航
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1、概述
1.1 概念
➢ 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。特点：各传感器独立输出导航信 息。
➢ 融合导航——同一平台、多传感器实施信息融合的 导航系统。特点：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； ➢ 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，融合导航
➢ “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。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
4
2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题
1）美国GPS可能存在问题
➢ 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； ➢ 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。
结论：GPS不能保证安全、连续、精确、可靠导航
0
2000 4000 6000 8000
Veast
0.0
-0.5
800
-1.0 -1.5
400
-2.0 -2.5
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2000 4000 6000 8000
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2000 4000 6000 8000
Second
Second
位置误差
速度误差
13
dB
4、天文导航
4.1 天文导航的基本概念与原理
➢ 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。
➢ 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。
➢ 与外界不发生任何光、电和磁联系——隐蔽性好； ➢ 工作不受气象条件的限制——可用性强； ➢ 完全依靠运动载体设备自主完成导航任务——自主
性好； ➢ 能够提供比较齐全的导航参数——参数齐全； ➢ 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。
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➢ 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。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
3）北斗卫星定位系统可能存在的问题
➢ 北斗一代系统由三颗地球同步卫星、一个地面控制中 心及各类用户接收机组成。
2.1 卫星导航的发展
➢ 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。
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：
美国：GPS；
俄罗斯： GLONASS；
欧空局：GALILEO； 中国：COMPASS。
3、惯性导航（续）
3.2 惯性导航的缺点
➢ 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，不适宜长时间导航。
➢ 一般惯导系统的加热和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。
dL
4 Deg 2
m/s 0
-40
Vnorth
0
-80
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2000 4000 6000 8000
首先基于组合导航。
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1、概述（续）
1.2 分类 现 有 导 航 系 统
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）
天文导航系统（CNS）
重磁导航（重力导航、磁力导 航）
匹配导航（地形匹配导航、影
像匹配导航）
3
2、卫星导航的发展即存在的问题
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2、卫星导航的发展即存在的问题
3）北斗卫星定位系统可能存在的问题 ➢ 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； ➢ 接收机必须经过特许部门的测试才有市场准入； ➢ 接收Biblioteka Baidu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； ➢ 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 ➢ 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。 ➢ 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； ➢ 信号需双向传送，很难满足高动态定位要求；
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
2）GLONASS存在的主要问题
➢ 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。
➢ 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 ， 故 无 法 测 定 精 度 。 与 GPS 相 比 这 是 GLONASS的个一主要缺陷。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
3）GALILEO存在的主要问题
➢ “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。
2、卫星导航的发展即存在的问题
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。
➢ 二 代 COMPASS ， 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；
➢ 需解决全球跟踪问题。
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3、惯性导航特点
3.1 惯性导航的优点
组合导航与融合导航
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1、概述
1.1 概念
➢ 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。特点：各传感器独立输出导航信 息。
➢ 融合导航——同一平台、多传感器实施信息融合的 导航系统。特点：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； ➢ 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，融合导航
➢ “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。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题
1）美国GPS可能存在问题
➢ 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； ➢ 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。
结论：GPS不能保证安全、连续、精确、可靠导航
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2000 4000 6000 8000
Veast
0.0
-0.5
800
-1.0 -1.5
400
-2.0 -2.5
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2000 4000 6000 8000
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位置误差
速度误差
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dB
4、天文导航
4.1 天文导航的基本概念与原理
➢ 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。
➢ 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。
➢ 与外界不发生任何光、电和磁联系——隐蔽性好； ➢ 工作不受气象条件的限制——可用性强； ➢ 完全依靠运动载体设备自主完成导航任务——自主
性好； ➢ 能够提供比较齐全的导航参数——参数齐全； ➢ 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。
12
➢ 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。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
3）北斗卫星定位系统可能存在的问题
➢ 北斗一代系统由三颗地球同步卫星、一个地面控制中 心及各类用户接收机组成。
2.1 卫星导航的发展
➢ 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。
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：
美国：GPS；
俄罗斯： GLONASS；
欧空局：GALILEO； 中国：COMPASS。
3、惯性导航（续）
3.2 惯性导航的缺点
➢ 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，不适宜长时间导航。
➢ 一般惯导系统的加热和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。
dL
4 Deg 2
m/s 0
-40
Vnorth
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-80
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2000 4000 6000 8000
首先基于组合导航。
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1、概述（续）
1.2 分类 现 有 导 航 系 统
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）
天文导航系统（CNS）
重磁导航（重力导航、磁力导 航）
匹配导航（地形匹配导航、影
像匹配导航）
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2、卫星导航的发展即存在的问题
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2、卫星导航的发展即存在的问题
3）北斗卫星定位系统可能存在的问题 ➢ 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； ➢ 接收机必须经过特许部门的测试才有市场准入； ➢ 接收Biblioteka Baidu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； ➢ 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 ➢ 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。 ➢ 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； ➢ 信号需双向传送，很难满足高动态定位要求；
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
2）GLONASS存在的主要问题
➢ 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。
➢ 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 ， 故 无 法 测 定 精 度 。 与 GPS 相 比 这 是 GLONASS的个一主要缺陷。
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2、卫星导航的发展即存在的问题
2.2 卫星导航存在的问题（续）
3）GALILEO存在的主要问题
➢ “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。