POS空间定位定向系统航空摄影遥感数据获取中的应用_王燕宁

上海航遥信息技术有限公司立申仪器（香港）有限公司

王燕宁

摘要

一、卫星导航的发展及存在的问题

二、惯性导航及其特点

三、组合导航与融合导航

四、GNSS/INS导航的必要性与应用

五、IMU/DGPS技术简介

六、POS系统与航空传感器的集成应用

一、卫星导航的发展及存在的问题

1、卫星导航的发展

¾卫星定位系统是一种天基无线电导航系统。

¾

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。美国：GPS；俄罗斯：GLONASS；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：欧空局：GALILEO；

中国：COMPASS。

2、卫星导航存在的问题

1）美国GPS可能存在问题

¾美国2000年之后每年都将审议一次SA政策；美国国防部曾强调，限制敌人在战时利用GPS。

¾高动态（航空）情况下，导航精度、可靠性、抗干扰能力不高；

¾动态采样频率低；载波相位测量有“周跳”问题；

¾GPS的系统信号盲区：室内、隧道、高山峡谷、高纬度地区等；多径效应较严重。

结论：GPS不能完全保证安全、连续、精确、可靠导航

2、卫星导航存在的问题（续）

2）GLONASS存在的主要问题

¾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。

¾GPS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。

¾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的一个主要缺陷。

2、卫星导航存在的问题（续）

3）GALILEO存在的主要问题

¾“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。

¾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；

¾GALILEO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。

2、卫星导航存在的问题（续）

4）北斗卫星定位系统可能存在的问题

¾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。

¾“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。

¾“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。

2、卫星导航存在的问题（续）

5）北斗卫星定位系统可能存在的问题

¾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。

¾北斗一号用户受限，用户过多会造成信道拥挤；

¾信号需双向传送，很难满足高动态定位要求；

¾北斗二代可望实现全球导航定位，但仍需解决防干扰、兼容性、互操作、降低发射功率等问题；

二、惯性导航及其特点

1、惯性导航

¾惯性导航基于一个简单的准则，即加速度在时间上的积分确定位移，纵横位移确定方向。

¾加速度惯性陀螺采集实时加速度信息，目前主要有机械、光纤、激光等惯性陀螺系统

¾由于环境和速度位置等是动态变化的，必须对各种误差进行动态修正，于是引入增强卡尔曼滤波算法(EKF)，它建立动态观测方程对误差进行实时修正，叠加在GPS本身的EKF之上，称为联合卡尔曼滤波。

2、惯性导航的优点

¾与外界不发生任何光、电和磁联系——隐蔽性好；

¾工作不受气象条件的限制——可用性强；

¾完全依靠运动载体设备自主完成导航任务——自主性好；

¾能够提供比较齐全的导航参数（位置+姿态）——参数齐全；

¾目前已广泛应用于航天、航空、陆地、航海以及军事领域——应用面广。

¾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。

¾

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。3、惯性导航的缺点

02000400060008000-2.5-2.0

-1.5-1.0-0.50.0Second d B 02000400060008000024d L Deg

02000400060008000

400

800

Second

02000400060008000

-80

-400

m/s

V

e a s t

V

n o

r

t

h 位置误差速度误差

三、组合导航与融合导航

1、概述

¾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。

¾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。

¾组合导航一般强调硬件的最佳组合；

¾融合导航一般强调多传感器数据融合算法；

¾融合导航与组合导航既有联系又有区别，融合导航首先基于组合导航。

1、概述（续）

重磁导航（重力导航、磁力导航）

现有导航系统卫星导航定位系统（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）

匹配导航（地形匹配导航、影像

匹配导航）