無人機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)課件：組合導(dǎo)航系統(tǒng)

重磁導(dǎo)航（重力導(dǎo)航、磁力導(dǎo)航）現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、GALILEO、BD）慣性導(dǎo)航（包括慣性導(dǎo)航INS、航位推算導(dǎo)航DR）天文導(dǎo)航系統(tǒng)（CNS）匹配導(dǎo)航（地形匹配導(dǎo)航、影像匹配導(dǎo)航）

組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)論：GPS不能保證安全、連續(xù)、精確、可靠導(dǎo)航美國2000年之后每年都將審議一次SA政策；美國軍方聲稱隨時(shí)都有可能改變GPS政策；GPS的系統(tǒng)信號(hào)在高緯度地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)盲區(qū)；美國國防部曾強(qiáng)調(diào)，限制敵人在戰(zhàn)時(shí)利用GPS。1）美國GPS可能存在問題1.衛(wèi)星導(dǎo)航存在的問題與GPS相比，GLONASS因運(yùn)行時(shí)間短，用戶尚少，目前還不具備象GPS增強(qiáng)系統(tǒng)和IGS網(wǎng)絡(luò)長期不間斷的觀測(cè)信息支持。GPS接收機(jī)市場十分活躍，產(chǎn)品不斷翻新，而GLONASS目前還未達(dá)到這一水平，且GLONASS接收機(jī)供應(yīng)嚴(yán)重不足。此外，因?yàn)闆]有GLONASS衛(wèi)星的精確軌道源數(shù)據(jù)，故無法測(cè)定精度。與GPS相比這是GLONASS的個(gè)一主要缺陷。2）GLONASS存在的主要問題“伽利略計(jì)劃”是由歐盟委員會(huì)和歐洲空間局共同發(fā)起并組織實(shí)施的歐洲民用衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃，它受多個(gè)國家政策和利益的制約，政策具有搖擺性。由于歐盟受美國的影響極大，“伽利略計(jì)劃”本身的獨(dú)立性值得懷疑；GALILEO計(jì)劃目前已經(jīng)延后，考慮到目前的金融危機(jī)，未來的GALILEO如何發(fā)展現(xiàn)在還看不清楚。3）GALILEO存在的主要問題“北斗一號(hào)”衛(wèi)星的壽命即將到限，發(fā)展新一代北斗衛(wèi)星勢(shì)在必行。二代COMPASS，可望實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш蕉ㄎ?。必須解決防欺騙、防干擾、兼容性、互操作、降低發(fā)射功率等問題；需解決全球跟蹤問題。4）北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可能存在的問題與外界不發(fā)生任何光、電和磁聯(lián)系——隱蔽性好；工作不受氣象條件的限制——可用性強(qiáng)；完全依靠運(yùn)動(dòng)載體設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)——自主性好；能夠提供比較齊全的導(dǎo)航參數(shù)——參數(shù)齊全；目前已廣泛應(yīng)用于潛艇、水面艦艇、軍用飛機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、戰(zhàn)車和人造衛(wèi)星等領(lǐng)域——應(yīng)用面廣。（1）慣性導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)2、慣性導(dǎo)航特點(diǎn)系統(tǒng)精度主要取決于慣性測(cè)量元件，導(dǎo)航參數(shù)的誤差隨時(shí)間而積累，不適宜長時(shí)間導(dǎo)航。一般慣導(dǎo)系統(tǒng)的加熱和初始對(duì)準(zhǔn)所需時(shí)間較長，很難滿足遠(yuǎn)距離、高精度導(dǎo)航和其它特定條件下的快速反應(yīng)要求。（2）

慣性導(dǎo)航的缺點(diǎn)位置誤差速度誤差3、天文導(dǎo)航根據(jù)天體來測(cè)定飛行器位置和航向的導(dǎo)航技術(shù)。即以天體為參考點(diǎn)，確定飛行器在空中的真航向。天體的坐標(biāo)位置和它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是已知的，測(cè)量天體相對(duì)于飛行器參考基準(zhǔn)面的高度角和方位角就可以計(jì)算出飛行器的位置和航向。星體跟蹤器望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天體方向可以測(cè)出飛行器前進(jìn)方向（縱軸）與天體方向（即望遠(yuǎn)鏡軸線方向）之間的夾角（稱為航向角）。天體任一瞬間相對(duì)于子午線的夾角（即天體方位角）已知，天體方位角減去航向角即得飛行器的真航向。（1）天文導(dǎo)航的基本概念與原理天文導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式系統(tǒng)，不需要地面設(shè)備；不受人工或自然形成的電磁場的干擾；不向外輻射電磁波，隱蔽性好；定向、定位精度高，定位誤差不隨時(shí)間累積。因而天文導(dǎo)航得到廣泛應(yīng)用，并將在未來的深空探測(cè)中發(fā)揮更加廣泛的作用。（2）天文導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)組合導(dǎo)航是近代導(dǎo)航理論和技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。每種單一導(dǎo)航系統(tǒng)都有各自的獨(dú)特性能和局限性。把幾種不同的單一系統(tǒng)組合在一起，就能利用多種信息源，互相補(bǔ)充，構(gòu)成一種有多余度和導(dǎo)航準(zhǔn)確度更高的多功能系統(tǒng)。組合導(dǎo)航：用GPS、無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)中的一個(gè)或幾個(gè)與慣導(dǎo)組合在一起，形成的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)。4、組合導(dǎo)航系統(tǒng)由于多星座提高了衛(wèi)星星座的幾何結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可用性（availability）；GPS/GLONASS/COMPASS/Galileo全部建成后，衛(wèi)星覆蓋率將極大增強(qiáng)（星空璀璨——100顆衛(wèi)星以上），提高導(dǎo)航定位的連續(xù)性（continuity）；多衛(wèi)星信號(hào)組合可以很容易地探測(cè)和診斷某類衛(wèi)星信號(hào)的故障和隨機(jī)干擾，并及時(shí)予以排除或及時(shí)給用戶發(fā)送預(yù)警信息，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)的完好性（integrity）；多衛(wèi)星系統(tǒng)可提高相位模糊度搜索速度…。

（1）衛(wèi)星組合導(dǎo)航的性能優(yōu)勢(shì)

（1）衛(wèi)星組合導(dǎo)航的誤差補(bǔ)償優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)誤差——軌道系統(tǒng)誤差、衛(wèi)星鐘差、多路徑誤差…；隨機(jī)誤差——信號(hào)隨機(jī)誤差、軌道隨機(jī)誤差、鐘差隨機(jī)誤差…;有色噪聲——太陽光壓、隨時(shí)間變化的鐘差…;異常誤差——周跳、變軌誤差…。利用多種導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)有利于誤差補(bǔ)償提高導(dǎo)航定位的精度和可靠性。

（2）衛(wèi)星組合導(dǎo)航的缺點(diǎn)1）存在信號(hào)遮擋。當(dāng)接收機(jī)天線被建筑、隧道等遮擋時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)中斷，無法定位。2）抗干擾能力差。當(dāng)存在人為干擾時(shí)，接收機(jī)碼環(huán)環(huán)路很容易失鎖，導(dǎo)致接收機(jī)無法定位。3）多類衛(wèi)星信號(hào)在同一載體上常形成互相干擾。4）數(shù)據(jù)輸出頻率低。盡管目前一些新的GPS接收機(jī)可以提供10Hz的無插值定位輸出，但大多數(shù)接收機(jī)的定位輸出頻率仍然為1Hz。5）GPS、GLONASS、GALILEO分別由各自研制國直接控制，使用權(quán)受制于人。盡管衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有較高精度和較低的成本，且具有長期穩(wěn)定性。多類導(dǎo)航衛(wèi)星組合仍然不能完全擺脫衛(wèi)星信號(hào)受遮擋而不能實(shí)施導(dǎo)航的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)載體通過遂道或行駛在高聳的樓群間的街道時(shí)，這種信號(hào)盲區(qū)一般不能通過多類衛(wèi)星組合加以克服。INS由于具有全天候、完全自主、不受外界干擾、可以提供全導(dǎo)航參數(shù)（位置、速度、姿態(tài)）等優(yōu)點(diǎn)，是目前最主要的導(dǎo)航系統(tǒng)之一。INS有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：導(dǎo)航定位誤差隨時(shí)間積累。（3）衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合

需求可發(fā)現(xiàn)并標(biāo)校慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差，提高導(dǎo)航精度。彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)缺損問題，提高導(dǎo)航能力。提高衛(wèi)星導(dǎo)航載波相位的模糊度搜索速度，提高信號(hào)周跳的檢測(cè)能力，提高組合導(dǎo)航的可靠性。可以提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲能力，提高整體導(dǎo)航效率。增加觀測(cè)冗余度，提高異常誤差的監(jiān)測(cè)能力，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)功能。提高導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力，提高完好性。GNSS與INS組合導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)（4）多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)是指傳感器數(shù)目多于兩個(gè)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS／INS／Loran-C、GPS／Gl