组合导航

组合导航系统与信息融合m62visualcommunications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m62visualcommunications1组合导航概述（1）背景精确打击——赢得现代战争胜利的重要条件！新军事变革精确打击惯性导航与组合导航陆、海、空、天武器系统迫切需要核心技术广泛应用瓶颈我国对新一代战略导弹的命中精度要求进入100米级导航制导系统（其误差占命中误差的70%）我国现代战略武器命中精度比要求低5~10倍导致1991年：精确制导弹药比例仅为20%；2004年：上升到60%~70%；提高惯性导航系统性能、同时降低成本关键组合导航m62visualcommunications1组合导航概述（1）背景（续）几种常用导航系统优缺点：卫星导航系统惯性导航系统优点：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、受气候条件影响大天文导航系统m62visualcommunications1组合导航概述（2）组合导航概念两种或两种以上的导航技术的组合，组合后的系统称为组合导航系统。组合导航系统克服了单一导航系统的局限性，充分发挥了各自导航系统的独特性，能够利用多种信息源，构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。m62visualcommunications1组合导航概述组合导航系统的类型主要有：（2）组合导航概念（续）惯性/卫星组合导航系统惯性/多普勒组合导航系统惯性/天文导航系统m62visualcommunications1组合导航概述（2）组合导航概念（续）卫星导航系统惯性导航系统信息融合优势：✪综合惯性/卫星导航优点✪改善了系统精度✪加强了系统的抗干扰能力m62visualcommunications1组合导航概述（2）组合导航概念（续）惯性导航系统信息融合优势：✪降低速度误差✪提高惯性平台姿态精度✪抑制位置误差增大m62visualcommunications1组合导航概述天文导航系统（2）组合导航概念（续）惯性导航系统信息融合优势：✪完全自主、实时性强✪运动参数完备✪姿态误差不随时间发散m62visualcommunications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m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统GPS／INS组合导航系统可以优势互补、取长补短。用GPS的高精度定位信息通过组合滤波器来标定和补偿惯导系统的积累误差，提高导航精度。同时，利用惯导系统的速度和加速度信息对GPS进行速度辅助，以提高GPS的抗干扰能力以及动态性能。即使在GPS出现故障时，惯性系统仍能独立工作并提供高精度的导航数据。GPS／INS是一个最佳组合方案，其性能、成本和体积均能满足各种运载器的导航技术要求。m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统天线GPS接收机接口电路GPS导航系统X轴陀螺X轴加速度计Y轴陀螺Y轴加速度计Z轴陀螺Z轴加速度计接口电路接口电路惯性导航系统电源模块处理器数据解算、融合系统其他设备数据接收、显示系统输出（1）GPS/INS组合系统构成m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统（2）GPS/INS组合方式名称定义非耦合组合系统GPS估计的位置在规定的时间间隔内简单地重复INS给出的位置值松耦合组合系统由INS和GPS给出的位置和速度估计值进行比较，其差值作为卡尔曼滤波器的量测量输入值m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统名称定义紧耦合组合系统由GPS给出的伪距与伪距率测量值同INS给出的相应量估计值进行比较深耦合组合系统（超紧耦合组合系统）将GPS信号跟踪功能和GPS/INS集成在一个算法内m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统（3）GPS/INS组合方式优缺点名称优点缺点非耦合组合系统方法简单、保持独立工作、提供系统冗余度不具备耦合的增强功能和抗干扰能力松耦合组合系统结构简单具、易于实现、大幅度提高系统精度几乎无冗余信息，不利于异常诊断紧耦合组合系统组合模式的精度与鲁棒性较高其组合系统不能用作单独的导航系统进行解算深耦合组合系统（超紧耦合组合系统）提高有效信噪比、信号可重新捕获结构复杂、计算量大、对INS数据性能要求高m62visualcommunications2GPS/INS组合导航系统（4）GPS/INS组合导航的特点✪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；✪提高导航系统的抗干扰能力，提高完好性。m62visualcommunications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m62visualcommunications3信息融合（1）信息融合技术概念导航系统：单一导航系统发展组合导航系统导航信息处理方法：单一系统信息处理发展信息融合信息融合又可称作多传感器融合，利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。m62visualcommunications3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。m62visualcommunications3信息融合多传感器信息融合的关键是所处理的多传感器信息具有更复杂的结构层次，并且能在不同的信息层次上出现，如数据层、特征层、决策层等。信号1信号2信号n融合识别特征提取数据层融合结构m62visualcommunications3信息融合信号1信号2信号n特征提取特征提取特征提取融合识别特征层融合结构信号1信号2信号n特征提取特征提取特征提取识别识别识别融合决策级融合结构m62visualcommunications3信息融合（3）信息融合方法目前，国内外的信息融合方法主要有下面几种：✪加权平均信息融合方法✪贝叶斯估计信息融合方法✪D-S证据理论✪模糊逻辑法✪神经网络方法✪Kalman滤波信息融合方法✪专家系统方法m62visualcommunications3信息融合（4）信息融合的研究方向(1)建立信息融合的基础理论；(2)兼有稳健性和准确性的融合算法的研究；(3)研究信息融合用的数据库和知识库，高速并行检索和推理机制；(4)开发推理系统，尤其是不确定性推理，以进行融合融合过程中的状态估计和决策分析；(5)研究信息融合的分布式数据处理体系；(6)把处理算法分解成适合于在并行机上实现的并行处理算法；(7)把神经网络用于探测跟踪、分类和估计等问题；(8)信息融合系统的工程化设计方法和系统评估方法。m62visualcommunications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m62visualcommunications4GPS/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组合测量系统组成。GPS/INS组合测量系统用于全部道路设施诸如路标和防护栏等的位置确定，同时测速、测定道路几何数据信息如纵坡、平竖曲线半径、超高、方位等。m62visualcommunications4GPS/INS组合导航技术的民事应用（2）航空航天遥感GPS/INS与多谱扫描设备组合在一起，可以用于航空航天遥感。GPS/INS在这里用来为遥感装置实时提供三维位置和姿态信息。m62visualcommunications4GPS/INS组合导航技术的民事应用（3）激光断面测量将GPS/INS与激光测高仪安装在飞机上，GPS/INS连续测定飞机的位置，激光测高仪用来测量飞机距地面的高度。二者之差给出了地形起伏情况，即给出了地面模型。m62visualcommunications4GPS/INS组合导航技术的民事应用（4）载人航天器上的导航应用载人航天器上的导航应用设备主要有惯性测量装置、空间六分仪和光学定位系统。m62visualcommunications