惯性导航的突出缺点是,导航精度随时间增长而降低。由于惯性导航的核心部件陀螺仪存漂移误差,致使稳定平台随飞行时间的不断增长,偏离基准位置的角度不断增大,使加速度的测量和即时位置的计算误差不断增加,导航精度不断降低。为了提高远程飞行的精度,需要提高陀螺仪、加速度计的制造精度。目前各国都在继续发展高精度的惯性导航系统和天文导航系统,但由于制造工艺的限制,对于惯性导航系统而言,要继续提高精度已经很困难,或者说,要提高微小的惯性仪表精度,就要付出相当高的代价。因此,在继续发展高精度惯性导航系统的同时,组合导航成为各国发展导航系统的重点,其中惯性/卫星组合导航系统是最具有应用前景的组合导航系统。
2.组合导航的特点
组合导航是近代导航理论和技术发展的结果。每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的单一系统组合在一起,就能利用多种信息源,互相补充,构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。
卫星导航系统和惯性导航系统都是目前世界上最先进的导航系统,二者各有所长,相互无法取代。现代卫星导航系统定位精度高,但不能连续提供运载体位置信号,同时,当运载体作剧烈动作或当导航星全球定位系统信噪比较低时,导航精度将大为降低。故卫星定位系统常与惯性导航系统组合。组合后的惯性/卫星导航系统不仅能大大改善惯性导航的位置和速度信息的精度,而且还能估计出陀螺漂移和惯性平台姿态误差等各种误差量,从而改善惯性导航系统性能。同时,利用惯性导航系统提供的速度等信息还能改善卫星导航系统跟踪回路截获和锁定信号的能力。这种组合方式是组合导航系统的发展方向。目前,研究最多的组合导航系统中一般均有惯性导航系统和卫星导航系统。其中最具有代表性的是INS/GPS组合导航系统。组合导航的实质是以计算机为中心,将各个导航传感器送来的信息加以综合和最优化数学处理,然后对导航参数进行综合显示或输出。导航传感器包括各种导航设备和计算机外部设备等,而显示设备等都是输出设备。
新的数据处理方法,特别是卡尔曼滤波方法的应用是实现组合导航的关键。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,而以前者为校正量进行修正,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、方位本身等作出最佳估计,而是对速度误差、方位误差等作出最佳估计。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。
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