北斗100问丨什么是组合导航-北斗科技文化网

组合导航是以计算机为中心,将多个导航传感器的信息加以综合和最优化数学处理,然后综合输出导航结果。

为什么要采取组合导航

组合导航是近代导航理论和技术发展的结果。每种导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的系统组合在一起,就能利用多种信息源,互相补充,构成一种有冗余度和导航准确度更高的多功能系统。所以,将惯性导航、无线电导航、天文导航或卫星导航等多种或两种系统组合在一起,形成的一种综合导航系统,称之为组合导航系统。

大多数组合导航系统以惯性导航系统为主,其原因主要是由于惯性导航能够提供比较多的导航参数,还能够提供全姿态信息参数,这是其他导航系统所不能比拟的。此外,它不受外界干扰,隐蔽性好,这也是其独特的优点。但是,惯导系统存在定位误差随时间积累的不足,所以,需要由其他导航系统组合补充和修正。由于卫星导航具有高精度、全天候等优点,现代组合导航大多数是卫星导航和惯性导航的组合。

组合导航和融合导航的概念

组合导航是指同一平台、多传感器实施互补、互验、互校的导航系统。特点是各传感器独立输出导航信息,相互验证,集成是其主要特点;组合导航一般强调硬件的最佳集成。融合导航是指同一平台、多传感器实施信息融合的导航系统,多传感器统一输出导航信息,统一结果是其特点;融合导航一般强调多传感器数据最优融合。

组合导航的数据处理

组合导航的核心是数据处理方法,使用卡尔曼滤波是组合导航最常见的算法。卡尔曼滤波通过运动方程和测量方程,不仅考虑当前所测得的参量值,而且还充分利用过去测得的参量值,以后者为基础推测当前应有的参量值,而以前者为校正量修正,从而获得当前参量值的最佳估算。

当有多种分系统参与组合时,就可利用状态矢量概念。通常,取误差本身作为状态矢量,不是对速度、方位本身等做出最佳估算,而是对速度误差、方位误差等做出最佳估算。把这一估算从实际测得的速度、方位中减去,就得到此时此刻的速度、方位等参量。

卫星组合导航的优点

(1)极大地丰富了卫星信号源,增加了观测量,提高了卫星星座的几何结构,提高了导航定位的精确性。

(2)弥补了单一卫星信号体制的人为干扰和欺骗。多卫星信号组合更容易探测和诊断某类卫星信号的干扰和欺骗,并及时予以排除,提高导航系统的安全性。

(3)多导航卫星信号误差具有互补性,可以弥补单一卫星信号的系统误差。单一卫星导航系统易受卫星轨道误差、卫星钟差等系统误差影响。在多种卫星体制中,单类卫星的系统误差有可能成为偶然误差,各类卫星的系统误差具有相互抵偿性。

卫星导航/惯性导航组合的优点

可以控制惯性导航误差积累,降低系统对惯性器件精度的依赖,进而降低整个系统成本;可发现并标校惯导系统误差,提高导航精度;可弥补卫星导航的信号缺损问题,提高导航连续性;可提高卫星导航载波相位的模糊度搜索速度,提高导航信号周跳的检测能力,提高组合导航可靠性;提高接收机对信号的捕获能力,提高导航效率;可增加观测冗余度,提高异常误差的监测能力,提高系统的容错功能;可提高导航系统的抗干扰、抗欺骗能力,提高系统完好性。