组合导航与融合导航简本教学讲义
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导航原理_组合导航
阻尼综合方式是以古典控制理论为基础 的，它不需要系统误差源的任何先验知 识，故易于实现。
2. 最优综合导航系统
采用卡尔曼滤波器的组合方法
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计，它 用“状态”表征系统的各个物理量，而以“状 态方程”和“观测方程”描述系统的动力学特 性。它要求应用对象是线性系统，且已知系统 的某些先验知识，如系统噪声和测量噪声的统 计特性。综合导航系统基本满足这些条件，因 而适合采用卡尔曼滤波。
下面以外部位置信息阻尼方案为例予以说明。 利用天文导航系统得到的外部位置信息实现对
惯导系统阻尼的一种方案如图6.2所示：
r 为外部位置信息，c 为惯导系统的位置信息。
图中，r为外部位置信息, 可由天文导航系统给出，
其和惯导系统输出的纬度信息相比较，以其差值
信号，通过k1,k2,k3环节反馈到系统中去。
些导航参数（分别用
表示）进
行比较，
其差值就包含了惯导某些航参数误差 X I 和其它导航系统的误差 XN ,即
滤波器将这种差值作为测量值，经过滤 波计算，得到滤波器状态（也即包括和 在内的各种误差状态）的估值。其结构 如图6.4所示。
所谓输出校正，就是用导航参数误差的 估值去校正系统输出的导航参数，得到 综合导航系统的导航参数估值
1
非线性系统卡尔曼滤波
采用线性化的方法，称为EKF（扩展卡 尔曼滤波）
若线性化后的系统误差较大，则采用 UKF滤波方法（Unscented Kalman Filter）
Kalman滤波的稳定性问题
4.3 最优组合导航系统
-Kalman滤波在组合导航中的应用
根据KF所估计的状态不同，kalman滤波在组 合导航中的应用有直接法与间接法之分。
2. 最优综合导航系统
采用卡尔曼滤波器的组合方法
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计，它 用“状态”表征系统的各个物理量，而以“状 态方程”和“观测方程”描述系统的动力学特 性。它要求应用对象是线性系统，且已知系统 的某些先验知识，如系统噪声和测量噪声的统 计特性。综合导航系统基本满足这些条件，因 而适合采用卡尔曼滤波。
下面以外部位置信息阻尼方案为例予以说明。 利用天文导航系统得到的外部位置信息实现对
惯导系统阻尼的一种方案如图6.2所示：
r 为外部位置信息，c 为惯导系统的位置信息。
图中，r为外部位置信息, 可由天文导航系统给出，
其和惯导系统输出的纬度信息相比较，以其差值
信号，通过k1,k2,k3环节反馈到系统中去。
些导航参数（分别用
表示）进
行比较，
其差值就包含了惯导某些航参数误差 X I 和其它导航系统的误差 XN ,即
滤波器将这种差值作为测量值，经过滤 波计算，得到滤波器状态（也即包括和 在内的各种误差状态）的估值。其结构 如图6.4所示。
所谓输出校正，就是用导航参数误差的 估值去校正系统输出的导航参数，得到 综合导航系统的导航参数估值
1
非线性系统卡尔曼滤波
采用线性化的方法，称为EKF（扩展卡 尔曼滤波）
若线性化后的系统误差较大，则采用 UKF滤波方法（Unscented Kalman Filter）
Kalman滤波的稳定性问题
4.3 最优组合导航系统
-Kalman滤波在组合导航中的应用
根据KF所估计的状态不同，kalman滤波在组 合导航中的应用有直接法与间接法之分。
第五章 GPS-DR组合导航
（2）传感器数据的集中处理导致滤波器的 容错性能较差。当一种传感器的数据出现 较大偏差时,该错误将会被传播到所有观 测量和状态变量的估计中去,导致状态污 染,滤波精度和稳定度下降。
分散式滤波技术就是为了解决集中式kalman滤 波器的上述缺陷而提出的, 它将单独的Kalman滤波 器用一个主滤波器和一组局部滤波器来代替,相应 的数据处理过程也分为两个阶段。在第一阶段中, 每个传感器的信息被送入对应的局部滤波器中处理, 产生局部最优状态估计;在第二阶段,主滤波器将局 部滤波器输出的局部状态估计进行融合处理,并产 生最终的全局状态最优估计。在分散滤波过程中, 由于不同传感器的数据被单独和并行处理,因而减 少了计算量,计算效率也大大提高。
第五章
GPS/DR组合导航
5.1 GPS/DR组合方法简介 5.2 联邦滤波算法
5.1 GPS/DR组合方法简介
GPS定位的方法在车辆定位与导航中应用 日趋广泛,但是由于GPS容易受到外界环境的 干扰,尤其是在高楼林立的城市,或者车辆通 过隧道及立交桥时,GPS 卫星信号将很差甚 至中断而无法定位。要得到连续可靠的定位 信息就需要其他的辅助手段。DR是典型的独 立定位技术,在短时间内能够保持较高的精 度,且其有效性不受外界影响,但该方法仅能 确定相对位臵,且误差将随推算过程而累加。
利用kalman滤波实现多个传感器的信 息融合有两种途径:一种是标准的集中式 kalman滤波,另一种是分散式kalman滤波。 采用集中式kalman滤波,理论上可以获得 系统状态的最优估计,但是在实际应用中 存在着以下缺陷:
（1）采用严格最优估计的方法对系统所有 的测量量进行集中处理,系统状态维数高, 计算负担重,严重影响了滤波器的动态性 能和实时性。
因此,GPS和DR存在很强的互补关系。 一方面,GPS提供的绝对位臵信息可以为 DR提供推算定位的初始值并进行误差校正; 另一方面,DR的推算结果可用于补偿部分 GPS定位中的随机误差,从而平滑定位轨迹。 所以,利用适当的方法将两种系统组合起 来,充分利用其定位信息的互补性,就能够 获得比单独使用任何一种方法时都要高的 定位精度和可靠性。
导航原理-组合导航PPT课件
上式说明，组合导航系统的导航参数的误差就 是惯导系统导航参数误差估值的估计误差。
.
9
2、反馈校正
采用反馈校正的间接法估计是将导航参数误差 的估值反馈到各导航系统内，对误差状态进行 校正。反馈校正的滤波示意图如图6.5所示
.
10
输出校正和反馈校正的分析
从形式看，输出校正只是校正系统的输出量，而 反馈校正则校正系统内部状态，但可以证明，如 果滤波器是最优滤波器，则两种校正方式的结果 是一样的。然而，真正意义上的“最优滤波器” 工程上是不存在的。未校正系统导航参数的误差 会随时间而增大，因而输出校正方式下的滤波器 状态值会越来越大。这使得方程线性化等近似计 算误差不断增大，从而滤波效果变差。
.
5
间接法估计的状态都是误差状态，即滤波 方程中的状态矢量是导航参数误差状态和 其它误差状态的集合（用 正和反馈校正。
1、输出校正
以惯导系统和其它某一导航系统组合为
例，间接法的组合导航卡尔曼滤波器将惯
导系统和其它导航系统各自计算的某些导
组合导航
.
1
2. 最优综合导航系统
采用卡尔曼滤波器的组合方法
卡尔曼滤波是一种递推线性最小方差估计，它 用“状态”表征系统的各个物理量，而以“状 态方程”和“观测方程”描述系统的动力学特 性。它要求应用对象是线性系统，且已知系统 的某些先验知识，如系统噪声和测量噪声的统 计特性。综合导航系统基本满足这些条件，因 而适合采用卡尔曼滤波。
(ie
cos L
VE RN
N
、)
hU
E
VN RM
h N
N
式中角注E、N、U 代表东、北、天；
RM Re (1 2 f 3 f sin 2 L)
组合导航
m62 visualcommunications
主要内容
一、组合导航概述 二、GPS/INS组合导航系统 三、信息融合
四、GPS/INS组合导航技术的民事应用
m62 visualcommunications
4 GPS/INS组合导航技术的民事应用
（1）公路检测系统 系统由两个摄像头和一台GPS/INS
3 信息融合
（2）信息融合原理 信息融合原理的实质就是模仿人脑综合处理复 杂问题的过程。 信息融合要充分利用信息资源，经由对通过传 感器得来的及其他已经掌握的信息合理使用和支配， 对空间或时间上冗余或互补的信息，依据某种准则
进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述。
信息融合技术的基本目标是利用多传感器系统的优 势，推导出更多的信息，提高多传感器系统的功效。
革
精确打 击
合导航
陆、海、空、天武 器系统
1991年：精确制导弹药比例仅为20%； 我国对新一代战略导弹的命中精度要求进入100米级 瓶颈 2004年：上升到60%~70%； 关键 导航制导系统（其误差占命中误差的70%）
导致 组合导航 提高惯性导航系统性能、同时降低成本 我国现代战略武器命中精度比要求低5~10倍
m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（1）背景（续） 几种常用导航系统优缺点：
优点：完全自主、运动参数完备、抗干扰性强
缺点：误差积累、成本较高
惯性导航系统
优点：全天候、高精度、误差不积累
缺点：缺少姿态信息、易被干扰
卫星导航系统
优点：自主、精度高、误差不积累 缺点：输出信息不连续、受气候条件影响大
m62 visualcommunications
主要内容
一、组合导航概述 二、GPS/INS组合导航系统 三、信息融合
四、GPS/INS组合导航技术的民事应用
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4 GPS/INS组合导航技术的民事应用
（1）公路检测系统 系统由两个摄像头和一台GPS/INS
3 信息融合
（2）信息融合原理 信息融合原理的实质就是模仿人脑综合处理复 杂问题的过程。 信息融合要充分利用信息资源，经由对通过传 感器得来的及其他已经掌握的信息合理使用和支配， 对空间或时间上冗余或互补的信息，依据某种准则
进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述。
信息融合技术的基本目标是利用多传感器系统的优 势，推导出更多的信息，提高多传感器系统的功效。
革
精确打 击
合导航
陆、海、空、天武 器系统
1991年：精确制导弹药比例仅为20%； 我国对新一代战略导弹的命中精度要求进入100米级 瓶颈 2004年：上升到60%~70%； 关键 导航制导系统（其误差占命中误差的70%）
导致 组合导航 提高惯性导航系统性能、同时降低成本 我国现代战略武器命中精度比要求低5~10倍
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1 组合导航概述
（1）背景（续） 几种常用导航系统优缺点：
优点：完全自主、运动参数完备、抗干扰性强
缺点：误差积累、成本较高
惯性导航系统
优点：全天候、高精度、误差不积累
缺点：缺少姿态信息、易被干扰
卫星导航系统
优点：自主、精度高、误差不积累 缺点：输出信息不连续、受气候条件影响大
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GNSS INS 组合导航原理与应用PPT
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。
27
（5）各种导航技术的特点？
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
（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
9
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
10
（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
➢ 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。
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。
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？
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
（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
9
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
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（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
➢ 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。
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。
第6章 组合导航系统
第6章组合导航系统6.1引言从惯性导航的工作原理和误差分析可以看出，惯导系统的自主性很强，它可以连续地提供包括姿态基准在内的全部导航参数，并且具有非常好的短期精度和稳定性。
在航空、航天、航海和许多民用领域都得到了广泛的应用，成为目前各种航行体上应用的一种主要导航设备。
其主要缺点是导航定位误差随时间增长，导航误差积累的速度主要由初始对准的精度、导航系统使用的惯性传感器的误差以及主运载体运动轨迹的动态特性决定。
因而长时间独立工作后误差会增加[1]。
解决这一问题的途径有两个，一是提高惯导系统本身的精度。
主要依靠采用新材料、新工艺、新技术，提高惯性器件的精度，或研制新型高精度的惯性器件。
实践已经证明，这需要花费很大的人力和财力，且惯性器件精度的提高是有限的。
另一个途径是采用组合导航技术。
主要是使用惯性系统外部的某些附加导航信息源，用以改善惯性系统的精度，通过软件技术来提高导航精度。
在实际应用中有多种不同原理的其它导航系统，它们具有不同的特点：如多普勒导航系统，系统的误差和工作时间长短无关，但保密性不好；天文导航系统，位置精度高，但受观测星体可见度的影响；卫星导航的精度高，容易做到全球、全天候导航，但它需要一套复杂的定位设备，当载体做机动飞行时，导航性能下降，尤其重要的是，卫星导航在战时将受到导航星发射国家的制约。
于是，人们设想把具有不同特点的导航系统组合在一起，取长补短，用以提高导航系统的精度。
实践证明，这是一种很有效的方法。
现在可以利用的各种现代辅助导航手段结合估算处理技术和高速计算机的进展，使组合导航系统在近年来获得了广泛的应用。
组合导航技术是目前导航技术发展的重要方向。
6.2 组合导航系统的基本原理和方法6.2.1 组合导航系统基本原理在辅助的惯性导航系统中，一个或多个惯性导航系统的输出信号与独立测量的由外部源导出的相同的量进行比较。
然后根据这些测量值的差异导出对惯性导航系统的修正。
适当组合这些信息，就有可能获得比独立使用惯性系统更高的导航精度[2]。
组合导航与融合导航概要
11
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。
12
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
Vnorth
m/s
2
dL
-40 -80
0 0 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 2000 4000 6000 8000
6
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。
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 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。
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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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
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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。
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 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。
导航原理组合导航
导航原理组合导航组合导航是将两种或以上的导航方式结合起来，使得导航更加精准、高效。
在当今时代，随着信息技术的快速发展，组合导航已经成为了一种必不可少的导航方式。
本文将介绍组合导航的基本原理和实现方式。
导航原理导航是指人们通过各种手段来实现自身位置的确定以及目的地的定位和导向的行为，其主要原理包括位置感知、方向感知和路线规划。
在实际应用中，根据不同环境和需求，导航方式也可以分为徒步导航、驾车导航、航空导航等等。
组合导航的优势组合导航主要是将不同的导航方式组合起来，以充分利用它们的各自的优势。
比如，在城区行车导航中，由于GPS信号的穿透力较弱，容易受到高楼大厦等影响而出现定位不准确的情况。
此时，利用地图来结合GPS导航使用，通过人眼判断地图上所在位置，再结合GPS定位信息，可提高导航准确性。
再举一个例子，在森林徒步旅行中，由于地形复杂，很难通过GPS准确定位。
此时，利用指南针和地图相结合，通过指向目标方向，判断当前位置，而旅行路线可以通过地图导出。
这样既可以提高定位精度，又可缩短路线。
组合导航的具体实现方式实现组合导航需要结合不同导航方式的特点和优势，采用相应的技术方案进行组合。
GPS NavigationGPS导航系统能够通过卫星定位技术，在天空中找到它们所处的位置。
其主要应用在车辆驾驶、出行及其它室外运动等活动中。
当GPS导航出现误差时，可通过地图或者GSM定位的补充，提高定位精确度。
Map地图作为导航的一种手段，能够以直观的空间表现方式描绘一个区域内的各种地貌、建筑、道路和自然地理特征。
根据目的、路线和需求，地图导航可以结合GSM或GPS定位数据和其他传感器来优化导航信息。
Compass指南针作为定向工具，能够指示地理方向和方位。
在外来信号较弱的情况下，它仍能工作。
因此，在良好的辅助设备下，指南针可以实现徒步和户外导航。
GSM考虑到GPS信号的服务可用性和精度，与GSM定位的结合可提高导航的可靠性和精度。
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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
0
0
0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5
0
2000 4000 6000
➢ 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。
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。
组合导航与融合导航的发展
杨元喜
1
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
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。
3、惯性导航特点
3.1 惯性导航的优点
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。
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；
2000 4000 6000 Second
位置误差
8000 8000
Veast
Vnorth
m/s 0
-40
-80 0
2000
4000
6000
800 400
0 0
2000 4000 6000
Second
速度误差
8000 8000
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。
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； ➢ 接收机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。
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
2、卫星导航的发展即存在的问题
➢ 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。
➢ “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。
2、卫星导航的发展即存在的问题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
➢ 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。
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。
➢ 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。
3、惯性导航（续）
首先基于组合导航。
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）
2、卫星导航的发展即存在的问题