衛星——慣導組合定位系統，即系統包含衛星定位系統（GPS(全球定位系統)/北斗衛星導航系統/GNSS（全球導航衛星系統））和慣性定向定位導航系統（INS）的定向定位導航系統。根據INS和衛星的導航功能互補的特點,以適當的方法將兩者組合來提高系統的整體導航精度及導航性能以及空中對準和再對準的能力。
基本介紹
- 中文名：組合導航系統
- 外文名：GPS and INS Integrated Positioning System
- 組合：GPS/北斗/GNSS和INS
- 優勢：比單一的一種精度更高
- 原因：優勢互補
- 最理想的組合：GPS/INS組合系統
基本信息,組合定位系統,
基本信息
衛星——慣導組合定位系統，即系統包含衛星定位系統（GPS/北斗/GNSS）和慣性定向定位導航系統（INS）的定向定位導航系統。
衛星定位導航系統，具有精度高，可通訊的特點，但是該系統不能提供如載體姿態等導航參數,而且在飛行載體上使用時,由於載體的機動運動,常使接收機不易捕獲和跟蹤衛星的載波信號,甚至對已跟蹤的信號失鎖；而慣性定向定位導航系統，是通過內部的慣性器件（陀螺、加速度計），獲取當前位置信息，是密閉的，不需要和外界通訊，因此其獨立性強，缺點是，隨著導航持續，慣性導航會發生偏差（由溫度變化、震動引起的，可通過算法進行偏差補償）
為克服上述缺點,多根據INS和GPS的導航功能互補的特點,以適當的方法將兩者組合來提高系統的整體導航精度及導航性能以及空中對準和再對準的能力。GPS接收機在慣導位置和速度信息的輔助下,也將改善捕獲、跟蹤和再捕獲的能力,並在衛星分布條件差或可見星少的情況下導航精度不致下降過大。由於優點顯著,GPS/INS組合系統被一致認為是飛行載體最理想的組合導航系統。
衛星-慣導組合定位系統
衛星-慣導組合定位系統組合定位系統
GPS和INS組合系統
GPS/INS組合導航系統由全球衛星導航系統(GPS)、慣性導航系統(INS)和信息處理系統三部分構成。
GPS系統的定位過程可描述為:已知衛星(利用衛星廣播電文描述衛星運動的星曆參數EPH和曆書參數ALM實現)的位置,測量得到衛星和用戶之間的相對位置(利用導航方程),用導航算法(利用最小二乘法或卡爾曼濾波法)解算得到用戶的最可信賴位置。
撓性陀螺由撓性桿(很細、很軟)在電機的驅動下,轉子以12000 r/min的轉速旋轉,當基座轉動一個角度H時,由於轉子的穩定性,加之撓性桿很柔軟,則轉子相對慣性空間保持不動,這樣陀螺就可感知基座轉動的角度H。
陀螺上還裝有2個信號器和2個力矩器,2個信號器感知基座繞X,Y2個方向軸的旋轉,給出相應的信號。而2個力矩器可以給陀螺施矩,使之分別沿X,Y兩個軸進動。慣性平台是一個由2個二自由度陀螺穩定的四環全姿態平台。平台能隔離飛機的三軸角運動,亦可根據飛機運動和地球自轉,準確地跟蹤當地水平面和保持方位不變(或指向真北),使平台穩定在地理坐標系內。
北斗和INS組合系統
北斗雙星定位系統是我國獨立研製的一種區域性衛星導航定位系統,可以對我國領土及周邊地區進行準確定位.它是由三顆地球同步衛星(其中一顆備份星)、地面中心站、用戶三部分組成的.系統定位時先由用戶向地面中心站發出請求,地面中心站對其進行定位後將位置信息廣播出去由該用戶獲取.雙星定位系統是有源(應答式)的,需要和中心站建立聯繫才能定位,因此存在著用戶位置容易暴露和系統用戶數量容易飽和兩大缺點。
北斗雙星導航系統/慣性導航系統是由北斗接收機、慣導感測器(加速度計、陀螺儀等)和組合濾波器組成,組合濾波器起到數據融合作用,把兩個導航系統的導航信息進行最優融合,得到最優實時導航解.
克服了用戶位置容易暴露和系統用戶數量容易飽和的缺點,同時採用卡爾曼濾波方法組合北斗/INS獲得整體更高的精度和穩定性.組合後的系統可以降低對慣導的精度要求,從而組合系統的成本得以降低。
GNSS和INS組合系統
近年來全球衛星導航系統（GNSS）和慣性導航系統（INS）發展迅速，套用領域越來越廣泛。GNSS 和 INS 兩種系統在導航定位方面具有各自的優缺點，GNSS/INS 緊組合導航定位系統充分發揮兩者的優勢，提高了系統的整體導航精度和性能，實現單導航系統無法比擬的導航優勢，在實時導航、車載定位、移動導航等都領域得到廣泛的發展和套用。
GNSS 與 INS 組合構成的 GNSS/INS 緊組合系統取各子系統之長：高精度 GNSS 信息作為外部輸入，在運動過程中頻繁修正 INS，以控制其誤差隨時間的積累；而短時間內高精度的 INS 定位結果可以很好的解決 GNSS 動態環境中的信號失鎖和周跳問題。不僅如此，INS 還可以輔助 GNSS 接收機增強抗干擾能力。 當信噪比低到一定程度時，GNSS 接收機將不能正常工作，這時慣導系統可以獨立進行導航定位。 當 GNSS 信號條件顯著改善到允許跟蹤時，慣導系統向 GNSS 接收機提供有關的初始位置、速度等信息，以供接收機迅速獲取 GNSS 碼和載波。慣導系統信號也可用來輔助GNSS 接收機天線的方向瞄準 GNSS 衛星，從而減少了干擾對系統工作的影響。另外，慣性導航系統（INS）可提高 GNSS 接收機的跟蹤能力。INS 高頻輸出的導航信息，可以很好的反映載體的動態行為， 利用此信息輔助 GNSS 跟蹤迴路， 就可以使由載體動態行為所引起的跟蹤誤差顯著減小，這樣就可以減小迴路頻寬，從而進一步減弱噪聲引起的跟蹤誤差。
