组合导航

组合导航是指综合各种导航设备，由监视器和计算机进行控制的导航系统。大多数组合导航系统以惯导系统为主，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。1

简介将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法称为导航。导航系统测量并解算出运载体的瞬时运动状态和位置，提供给驾驶员或自动驾驶仪实现对运载体的正确操纵或控制。随着科学技术的发展，可资利用的导航信息源越来越多，导航系统的种类也越来越多。以航空导航为例，可供装备的机载导航系统有惯性导航系统、GPS导航系统、多普勒导航系统、罗兰C导航系统等，这些导航系统各有特色，优缺点并存。比如，惯性导航(以下简称惯导)系统的优点是：不需要任何外来信息也不向外辐射任何信息，可在任何介质和任何环境条件下实现导航，且能输出飞机的位置、速度、方位和姿态等多种导航参数，系统的频带宽，能跟踪运载体的任何机动运动，导航输出数据平稳，短期稳定性好。但惯导系统具有固有的缺点：导航精度随时间而发散，即长期稳定性差。GPS导航系统导航精度高，在美国国防部加入SA(SelectiveAvaila bility)误差后，使用C/A码信号的水平和垂直定位精度仍分别可达100 和157m，且不随时间发散，这种高精度和长期稳定性是惯导系统望尘莫及的。但GPS导航系统也有其致命弱点：频带窄，当运载体作较高机动运动时，接收机的码环和载波环极易失锁而丢失信号，从而完全丧失导航能力；完全依赖于GPS卫星发射的导航信息，受制于他人，且易受人为干扰和电子欺骗。其余导航系统也有各自的优缺点。

各种导航系统单独使用时是很难满足导航性能要求的，提高导航系统整体性能的有效途径是采用组合导航技术，即用两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正之。采用组合导航技术的系统称组合导航系统，参与组合的各导航系统称子系统。2

方法实现组合导航有两种基本方法：

(1)回路反馈法，即采用经典的回路控制方法，抑制系统误差，并使各子系统间实现性能互补。第二次世界大战期间，英国为解决海上巡逻机长时间连续飞行的导航精度问题，率先研究了该型系统。

(2)最优估计法，即采用卡尔曼滤波或维纳滤波，从概率统计最优的角度估计出系统误差并消除之。两种方法都使各子系统内的信息互相渗透，有机结合，起到性能互补的功效。但由于各子系统的误差源和量测误差都是随机的，因此第二种方法远优于第一种方法。设计组合导航系统时一般都采用卡尔曼滤波。由于惯导和GPS在性能上正好形成互补，因此采用该两种系统作为组合导航设计中的子系统是世界公认的最佳方案。2

功能组合导航系统一般具有以下3种功能：

(1)协合超越功能。组合导航系统能充分利用各子系统的导航信息，形成单个子系统不具备的功能和精度。

(2)互补功能。由于组合导航系统综合利用了各子系统的信息，所以各子系统能取长补短，扩大使用范围。

(3)余度功能。各子系统感测同一信息源，使测量值冗余，提高整个系统的可靠性。2

特点相比较单一导航系统，组合导航系统具有以下优点：

(1)能有效利用各导航子系统的导航信息，提高组合系统定位精度。例如，INS/GPS组合导航系统能有效利用INS短时的精度保持特性，以及GPS长时的精度保持特性，其输出信息特性均优于INS和GPS作为单一系统的导航特性。

(2)允许在导航子系统工作模式间进行自动切换，从而进一步提高系统工作可靠性。由于各导航子系统均能输出舰船的运动信息，因此组合导航系统有足够的量测冗余度，当量测信息的某一部分出现故障，系统可以自动切换到另一种组合模式继续工作。

(3)可实现对各导航子系统及其元器件误差的校准，从而放宽了对导航子系统技术指标的要求。例如，INS和GPS采用松耦合模式进行组合时，组合输出的位置、速度和姿态将反馈到INS和GPS，对INS和GPS的相应误差量进行校准。3

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学