GNSSINS组合导航原理与应用

（3） 导航技术发展历史
古代
路标、指南针、天文等
20年代 磁罗盘、速度表、里程表——仪表导航
30年代 无线电导航问世
40-70年代 惯性导航系统、多普勒导航系统
80年代末 全球卫星定位系统问世
1997年 惯性/卫星组合导航系统大量推广
2001年 新型导航系统和复合导航系统
（4）目前有哪些导航技术？
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（5）各种导航技术的特点？
➢微机电(MEMS)惯性器件
美国Draper实验室研 制的MEMS陀螺仪精度
以达1º/h
美国AD公司研制单片 集成的微陀螺仪，年
Honeywell公司分辨率 50 g谐振式加速度计
AD公司研制三轴单片 集成的微加速度计
产量数百万只
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（5）各种导航技术的特点？
➢ 高精度光纤陀螺
航
技
术 缺点 误差随时间积累
价格昂贵（精度越高，价格越贵）
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惯性导航技术发展历史
1852年 1906年 1923年 1942年 1954年 1958年
傅科陀螺，验证了地球自转 安休兹制成陀螺方向仪——惯性导航的先导 舒拉摆理论，陀螺仪的设计开始完善 德国V2火箭，两个陀螺和一个加速度计 惯性导航系统在飞机上试飞成功 美国潜艇依靠液浮陀螺平台惯导穿越北极,21天
惯性导航技术现状
美国Draper实验室对当前陀螺仪发展现状分析
惯性导航技术发展趋势
美国Draper实验室对2020年陀螺仪发展趋势的预测
（5）各种导航技术的特点？ 无线电导航技术——基本原理
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（5）各种导航技术的特点？
无线电导航技术——卫星导航技术
无线电导航受区域限制 80年代开始发展卫星导航（将发射台放到卫星上）
美国GPS----GPX 俄罗斯GLONASS 北斗双星 伽利略
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（5）各种导航技术的特点？ 卫星导航技术——误差特性
卫
时钟误差
星
星历误差
导
随机性误差
航
大气层误差
误
电离层延时误差
差 多路径效应
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（5）各种导航技术的特点？
卫星导航技术——特点
精度高，误差不积累
卫 优点 全球，全天时，全天候
天文导航——航海、航天 惯性导航——与惯性器件水平有关 无线电导航——卫星导航 推算导航——速度和航向 地形、景象匹配导航 物理场匹配导航
（5）各种导航技术的特点？ 惯性导航——基本原理
矢
矢
∫ ∫ 加速度计
量
a
量 V
P
在哪个坐标系里计算? 如何确定坐标系?
陀螺仪: Z
∫ 定,,轴 性 进动X性
（5）各种导航技术的特点？ 惯性导航——误差特性
惯性器件常值误差
安装误差
惯 导
确定性误差 标度因数误差
系
与加速度有关误差
统
误
随机常值
差 随机误差 一阶马尔可夫过程
白噪声
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随时间 积累
位置误差 速度误差 姿态误差
（5）各种导航技术的特点？
惯性导航——特点
惯 优点 自主性强
性
短时间精度高
导
连续提供位置、速度、姿态
侦察卫星
机载高分辨率SAR 及其运动补偿系统
重大需求牵引导航技术与时俱进
载人航天与探月工程
载人航天 探月工程
关键 技术
导航技术
重大需求牵引导航技术与时俱进 二代卫星导航系统与大飞机
1.2 课程的主要内容和范围
1、 为什么要学习组合导航
组合导航
现代导航技术的发展方向
何为导航？ 与制导什么区别？ 有哪些导航技术？ 为什么要组合？ 如何进行组合？
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（5）各种导航技术的特点？ 天文导航——基本原理
舰船天文导航基本原理
即通过观测不同天体或不同时刻观测同一天体，以各天 体投影点为圆心，各观测天体高度为半径画天文位置圆， 并求其交点来确定舰船的位置。
获得高精度的天体高度和确定天体投影点是舰船天 文导航的关键。
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（5）各种导航技术的特点？
GNSS/INS组合导航原理
Email:
内容
GNSS/INS组合的需求与意义 1.2 主要内容和范围 1.3 组合导航简介
GNSS/INS组合的需求与意义
意义：导航技术是人类生活、航空航天的共性关键基础技术！
飞机 卫星
导弹 空间站
舰船 月球车
重大需求牵引导航技术与时俱进
精确打击
精确打击-现代战争的主要手段！
必要
核心
条件
技术
精确打击
精确制导
导航 技术
应用于 陆、海、空、天 武器系统
弹道导弹
远程空空导弹
JDAM低成本制导武 舰空导弹 器
重大需求牵引导航技术与时俱进
对地观测
目标信息获取是 精确打击的前提
必要
技术
条件 高分辨率 对地观测系统
瓶颈
惯性稳定技术
国家中长期发展规划16个重大专项之一!
美无人侦察机“全 球鹰”在执行任务
Y
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（5）各种导航技术的特点？ 惯性仪表分类
惯性技术 核心
传统机械陀螺仪
惯
惯性敏感器件
性
仪
表
加速度计
振动陀螺仪
光学陀螺仪
MEMS/MOMES 陀螺仪
超导磁悬浮陀螺仪
液浮陀螺仪 三浮陀螺仪 挠性陀螺仪 静电陀螺仪
半球谐振陀螺仪 压电陀螺仪
激光陀螺仪 光纤陀螺仪
MEMS惯性器件 MOEMS惯性器件
1、为什么要学习组合导航？
（1）何为导航？ 引导载体从出发点到达目的地的技术和方法 提供载体的导航参数，位置、速度和姿态
（2）与制导什么区别？ 制导是根据预先规划的航路，自动引导载体到 达目的地的技术和方法
航迹规划
导航 运动 飞行控制 控制 系统 参数 计算机 指令
执行 机构
舵偏角
制导系统（Guidance System）原理框图
光纤陀螺特点： ➢ 精度高 ➢ 响应速度快 ➢ 动态范围大
主要研究内容和关键技术包括: ➢ 新型高稳定光纤光源技术 ➢ 全数字信号检测技术 ➢ 误差机理及建模补偿方法 ➢ 光纤陀螺可靠性设计方法
法国IXSEA公司研制的高精 度光纤陀螺精度为0.001/h
美国LITTON公司正在 研制战略级光纤陀螺 16精度达10-4 /h量级
天文导航的特点
随机性误差
完全自主
天 优点 误差不积累
文
不仅可得位置信息、还可得到姿态信息
导
航
技 术
缺点 定位精度不够高（与敏感器精度有关）
星
接收机价格便宜
导
航
技
成本昂贵，不为我国所有
术 缺点 不能输出姿态信息
输出不连续
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（5）各种导航技术的特点？ 天文导航——古老而又年轻的导航技术 天文导航是一种利用光学敏感器测得的天 体（月球、地球、太阳、其他行星和恒星）信息 进行载体位置计算的定位导航方法。 完全天文定位导航 基于航天器轨道动力学方程的定位导航