随着GPS技术的不断成熟_第七章gps技术及应用

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随着GPS技术的不断成熟，带有GPS接收机的种种组合式陆用导航系统又在 不断涌现。GPS系统能提供高精度的实时位置和速度信息，但是GPS接收机抗干 扰性较差，易受接收“窗口”和地形遮蔽影响，在需要获得载车连续的位置、速度、姿态及操纵信息时，只靠GPS是不合适的。一种解决这一问题的有效途 径是把GPS系统和惯导系统进行组合。载车自主定位定向系统采用惯导系统

/GPS组合时，可以利用GPS的位置、速度信息校正惯导系统的积累误差，标定惯性器件，可以在GPS辅助下，‘实现动基座上对准和再对准，缩短对准时间，提高载车机动性。而利用惯导系统的信号作辅助信息可以改善GPS接收机在敌方强干扰信号环境中的抗干扰能力，当GPS信号中断时，惯导系统仍能继续工作，提供高精度的导航信息。对惯导系统/GPS组合导航系统进行的各项试验以及实用表明，这种系统能在几乎所有外场条件下满足陆地导航提出的动态定位、定向和测速精度指标要求。与采用单纯惯导系统相比，这种组合形式具有精度高、可靠性好、成本低、适应性强、快速反应性能好、可采用模块化设计等优点，是目前国外军用车辆导航系统的主要发展方向。

例如:德国和意大利联合开发的EUROLIT系列导航系统，它由光纤陀螺惯导系统和GPS接收机组合而成，此外还包括里程计和控制显示器，在没有GPS进行修正的情况下，用里程计辅助，导航精度为行程的1%;法国“SIGMA30”系统，由一环型激光陀螺捷联惯导和GPS接收机组成，另有里程计供选用，定向精度为0.8mrad，定位精度为5m+行程的0.1%;美国数字化旅的M109A6“侠士”155mm自行炮装备的炮载定位、导航与定向系统，其水平、垂直定位精度均为10m，测方位精度为0.67mrad

组合导航系统通常以惯导系统作为主导航系统，而将其他导航定位误差不随时间积累的导航系统如无线电导航、天文导航、地形匹配导航、GPS等作为辅助导航系统，应用卡尔曼滤波技术，将辅助信息作为观测量，对组合系统的状态变量进行最优估计，以获得高精度的导航信号。这样，既保持了纯惯导系统的自主性，又防止了导航定位误差随时间积累。

惯性导航系统是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点，这些优点使得惯性导航在航天、航空、航海和测量上都得到了广泛的运用[1]

在GPS广泛渗透全世界后，美国利用垄断的优势，在军事上提出了导航战的战略方针，即战时抑制民用，关闭敌方使用的GPS功能或施放干扰，以确保己方使用等。

北斗导航系统由我国自主控制，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位。而GPS系统则是一个美国军方控制的军用系统，迄今没有任何形式的协议保证中国用户在任何时候都可以正常使用GPS信号，因此显然不能完全依靠美国的GPS信号

卫星定位导航系统是国家信息基础设施之一，也是国家科技水平和经济实力的象征。北斗系统的建成，对于我们这样的社会主义国家，意义十分重大。它打破了美国等发达国家垄断卫星定位导航技术的局面，大大推进了我国信息基础设施建设，提高了我国的经济社会和军事信息化的水平。

北斗系统的应用范围十分广泛，和GPS的应用范围基本相同，GPS有的功能，北斗系统都有。在技术上，北斗系统具有短数据通信功能，有特定优势。

将导航定位的自主权掌握在自己手里，可以不受国外系统的控制，更好地服务于国防安全、国土安全和国民经济建设。

INS是一种自主式导航系统，它不依赖外界信息即可获得载体的姿态、速度和方位信息，抗干扰能力强，而且不向外界辐射电磁信息，隐蔽性好。但随着时间的延续INS的定位误差不断积累，漂移变大。GPS广泛用于地球表面移动目标的跟踪定位，特别是在美国取消SA限制后，GPS可以高精度、实时、连续地实现导航，由于GPS是一种非自主导航系统，在动态环境下或受遮拦时容易出现“丢星”现象而导致定位中断，抗干扰能力低，更新率不高。可以看出，INS和GPS具有很强的互补特性，将两者结合起来将大大提高该武器系统的作战效能。

由于系统内各种误差源的存在，使得系统存在积累误差，从而不能保证系统在较长的工作时间内时钟以较高的精度给出导航参数。在这些误差源中，惯性测量装置的漂移是其主要的误差源，它可以分为确定性漂移和随机性漂移两大类。确定性漂移可以在陀螺使用前通过一定的测量方式和设备对其测试，进而对其补偿。然而随机性漂移的模型是不确定的，无法像确定性漂移那样进行准确的测试补偿，因而成为系统的主要误差源。能否对惯性测量装置的随机漂移进行有效的估计和补偿，是提高组合导航系统精度的重要途径

GPS信息精度是非常高的，那么这种高精度的信息可以用来修正INS，减少其误差随时间的积累。另一方面，利用INS短时间内定位精度较高和数据采样率高的特点，可以为GPS提供辅助信息。从而大大地改善了系统重新俘获卫星信号的能力。

高精度的GPS信息可以用来修正INS，控制其误差随时间的积累。利用GPS信息可以估计出INS的误差参数以及GPS接收机的钟差等量。另一方面，利用INS短时间内定位精度较高和数据采样率高的特点，可以为GPS提供辅助信息。利用这些辅助信息，GPS接收机可以保持较低的跟踪带宽，从而可以改善系统重新俘获卫星信号的能力。

惯性导航系统是一种利用安装在运载体上的陀螺仪和加速度计来测定运载体位置的一个系统。通过陀螺仪和加速度计的测量数据，可以确定运载体在惯性参考坐标系中的运动，同时也能够计算出运载体在惯性参考坐标系中的位置。不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是完全自主的，它既不向外部发射信号，也不从外部接收信号。惯性导航系统必须精确地知道在导航起始时运载体的位置，惯性测量值用来估算在启动之后所发生的位置变化。