组合导航与融合导航.讲述

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4、天文导航（续）
提高抗干扰性：
X 射线脉冲星作为自然的天体，其运行特性不会受到 人为的破坏与干扰； X射线穿透性好，被污染物破坏的风险低； X波段特征显著，可以避免空间各种信号的干扰； X 射线探测器的稳健性强，不需要任何光学仪器和特 别的制冷设备； 可以由一个单一的仪器自主完成时间、姿态及位置的 测量。
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6、组合导航系统（续）
GNSS与INS组合导航的优势
可发现并标校惯导系统误差，提高导航精度。 弥补卫星导航的信号缺损问题，提高导航能力。 提高卫星导航载波相位的模糊度搜索速度，提高信 号周跳的检测能力，提高组合导航的可靠性。 可以提高卫星导航接收机对卫星信号的捕获能力， 提高整体导航效率。 增加观测冗余度，提高异常误差的监测能力，提高 系统的容错功能。
4.4 脉冲星导航优势
提供良好的时间频率源：
可用于监测原子钟的长期稳定度。长期观测多颗脉冲 星可以建立综合脉冲星时，并应用于导航系统，实现 系统时间的维持。在航天器运行期间，也可用于修正 搭载原子钟钟面时，减少地面监测站信息注入次数。
扩大导航定位覆盖范围：
X射线脉冲星导航可以精确自主地为飞行器提供位置 、姿态和自然时间源。可用于空间攻防战，极大增 强我国的太空防御能力。
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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。 2 ）抗干扰能力差。当存在人为干扰时，接收机码环环 路很容易失锁，导致接收机无法定位。 3）多类卫星信号在同一载体上常形成互相干扰。 4）数据输出频率低。尽管目前一些新的 GPS接收机可以 提供 10 Hz 的无插值定位输出，但大多数接收机的定 位输出频率仍然为1 Hz。 5）GPS、GLONASS、GALILEO分别由各自研制国直接控制， 使用权受制于人。 24
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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。 “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。 8
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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。 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
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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2、卫星导航的发展即存在的问题
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。
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。
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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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4、天文导航（续）
4.2 天文导航的优点 天文导航系统是自主式系统，不需要地面设备；
不受人工或自然形成的电磁场的干扰；
不向外辐射电磁波，隐蔽性好；
定向、定位精度高，定位误差不随时间累积。
因而天文导航得到广泛应用，并将在未来的深空 探测中发挥更加广泛的作用。
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4、天文导航（续）
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3、惯性导航特点
3.1 惯性导航的优点
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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5、组合导航系统（续）
卫星组合导航的性能优势
由于多星座提高了卫星星座的几何结构，增强了可用 性（availability）； GPS/GLONASS/COMPASS/Galileo 全部建成后，卫星覆 盖率将极大增强（星空璀璨 ——100 颗卫星以上）， 提高导航定位的连续性（continuity）； 多卫星信号组合可以很容易地探测和诊断某类卫星信 号的故障和随机干扰，并及时予以排除或及时给用户 发送预警信息，提高导航系统的抗干扰能力，从而提 高系统的完好性（integrity）； 多卫星系统可提高相位模糊度搜索速度…。
4.3 脉冲星导航
脉冲星是太阳系以外的遥远 天体，它们的位置坐标，如 恒星星表一样构成一种高精 度惯性参考系； 脉冲星按一定频率发射稳定 的脉冲信号，其长期稳定度 好于最稳定的铯原子钟。 脉冲星可以提供绝好的空间参考基准和时间基准，所以脉 冲星是空间飞行器的极好的天然导航信标。
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4、天文导航（续）
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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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5、组合导航系统
5.1 背景
为了提高对动态载体运动目标（导弹、飞机、卫星、 坦克、车辆、舰船等）的跟踪精度或对动态系统的状 态估计精度，需要多传感器的组合导航。 单一传感器提供的信息很难满足目标跟踪或状态估计 的精度要求，采用多个传感器进行组合导航，并将多 类信息按某种最优融合准则进行最优融合，可望提高 目标跟踪或状态估计的精度。 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。
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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。
4 Deg
0
V0 -80
0 0 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 2000 4000 6000 8000
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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。 GLONASS系统，虽然尚无明确的信号干扰政策，但它 由俄罗斯空军控制，特殊时期的应用难以保证，而 且GLONASS卫星的稳定性较差，导航精度也成问题。
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4、天文导航（续）
有效提高自主导航能力：
X射线脉冲星导航在脉冲星参数确定后，在较长时间内 ，可完全实现自主导航。大大减轻地面测控系统的工 作负担，减少测控站的布设数量，降低航天器的运行 管理和维持费用。
作为现有卫星导航系统的备份：
当人造卫星导航系统受到人为干扰或破坏，以至不能 进行导航服务时，单独利用 X射线脉冲星导航，可起 到有效的备份作用。
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5、组合导航系统（续）
卫星组合导航的误差补偿优势
利用多种导航卫星信号有利于误差补偿提高导航定位 的精度和可靠性。 ► 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…。
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。
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1、概述（续）
1.2 分类
全球卫星导航定位系统（GPS、 GLONASS、GALILEO、BD）
现 有 导 航 系 统
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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Veast
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6000
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dB
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