文 献 综 述

一、研究背景及意义

导航是为运动载体准确提供实时的位置、速度和姿态等信息的一门技术。由于单一的导航系统各自存在着不同的缺陷，面对日益增长的更高导航精度的需求，组合导航的出现弥补了这一缺陷。INS/GPS组合导航系统是将惯性导航系统和GPS导航系统合理搭配，取长补短，充分发挥单一导航系统的优势，得到一种最优导航输出结果的高精度导航系统。

惯性导航系统（INS）是一种自主式导航系统，它利用惯性仪表（陀螺仪和加速度计）测量载体在惯性空间的角运动和线运动，进行一定的系统误差补偿之后，根据运动微分方程组，实时地解算载体的速度、位置、姿态信息。惯性导航有强自主性、不受干扰、易于隐蔽、应用环境广等特点。但由于惯性导航的误差会随着时间不断累积，极大的限制了它的应用。全球定位系统（GPS）能够为世界上海、陆、空、天的用户，全天候、全天时提供提供精确的三维位置、三维速度和时间信息。但是 GPS 的不足之处在于它的自主性差，容易受到电子干扰，数据更新频率低，单独使用时难以满足高速、实时导航的要求。

GPS/INS 组合导航将能长时间保持导航高精度的全球卫星定位系统（GPS）与有着强自主性的惯性导航系统（INS）结合起来，克服了 GPS 在高机动情况下稳定性差的缺陷，校正了惯导系统导航精度误差随时间增加而增大的不足，组合导航的导航精度比单一导航系统的导航精度有一定的提高，是一种比较理想的组合导航方式，从而将导航定位技术推向了更加广泛的应用领域。

二、国内外研究现状

国外研究人员对惯性导航与GPS不同的组合导航方案有着大量的研究。自20世纪80年代起美、英、法等国的军方和一些民用部门开始对组合系统GPS/INS表现出兴趣。一些主要的惯导制造厂家纷纷投入力量研制GPS/INS组合导航系统;一些无线电设备制造公司也与惯导生产厂家合作向这种组合系统提供GPS接收机。1985年Honeywell公司与Stanford公司合作，开始研制商业领域的组合系统。1986年至1987年.在Honeywell公司、波音公司、Aerospatial公司的联合飞行试验中组合导航达到了很好的效果，这段时间的GPS与INS组合导航的研究与应用集中于简单而易于实现的松耦合中。

针对GPS/INS紧耦合模式，国外早在1990年左右就进行了系统的研究实验，并在1997年开始应用于军事领域。超紧耦合导航模式直到20世纪末才受到极大的关注，其中Draper实验室Gustafson等人早在2000年明确了超紧耦合方式提出了扩展范围码跟踪环的GPS/INS超紧耦合方法.以提高接收机的抗干扰能力并采用仿真的GPS射频和惯导数据验证了这一方法。美国的斯坦福大学和明尼苏达大学对于INS辅助GPS接收机载波跟踪环路研究工作比较深入，如美国的斯坦福大学的SantiagoAlban和Minnesota大学的Demoz Gebre等人对超紧耦合下的MEMS-IMU(微机电系统一惯性测量器件)辅助GPS的跟踪捕获回路进行了分析和研究，认为在低成本的IMU惯性测量器件)辅助下接收机的搜索带宽可由传统的15Hz减小到3Hz，增强了抑制噪声的能力。同时从事导航产业的几大公司，如美国L3IEC公司、雷神公司等也都建立了各自基于GPS/INS的超紧耦合导航测试平台和系统。

国内对于GPS/INS组合导航起步较晚。由于国内对松、紧耦合的研究仅限于以研制生产惯性器件为主的大学、研究所或企业，他们对接收机内部了解程度不够，客观上限制了在超紧耦合方面的研究和应用，所以在惯性导航组合产品上我国大多停留在松耦合或常规紧耦合组合模式。此外受限于试验及研究条件，对GPS/INS超紧耦合的研究基本上都处于理论介绍以及仿真分析阶段.并没有得到具体物理工程试验验证，距离实际工程应用的差距较大。在紧耦合算法方面孙道省等采用了GPS/ INS紧耦合导航系统的联合滤波方法;赵伟等根据H鲁棒滤波理论提出基于H滤波技术的GPS/INS紧耦合滤波算法;Jan Wendel等比较了扩展Kalman滤波和Sigma-Point Kalman滤波结果表明后者更适合于紧耦合系统。在超紧耦合方面空军工程大学的高翔等对GPS/INS超紧耦合的跟踪回路结构和性能进行了分析。国防科技大学的狄曼眠等对GPS与惯性紧耦合技术的抗千扰性能进行了介绍。唐康华、黄新生等则讨论利用MIMU辅助的时域非相干搜索算法来提高对GPS信号的捕获能力，并进行了性能仿真分析。