1  绪论

1.1  课题研究的背景和意义

当今世界，世界各国都在飞速发展。而在军事领域中，导航技术是非常重要的，包括导弹和飞机的制导；而在民用领域用途也很广泛，主要在车辆的定位，船舶的航线确定等等。中国这些年来不断加紧研究各种导航理论，但由于起步较晚，因而在该领域上，中国还有很大的发展空间。

1.2  导航系统介绍

    导航是指通过几何学、天文学、无线电信号等任何手段确定或规划船舶、飞机的位置及航线的方法。

1.2.1  无线电导航系统

无线电导航是利用无线电波在均匀介质和自由空间恒速直线传播来进行导航[1]。在20世纪30年代应用的最早的是无线电导航系统，由当时的无线电测向仪与广播电台组成。美国的“罗兰”—A(Loran—A)无线电导航系统、英国的“台卡”(Decca)无线电导航系统和“奇异”(Gee)无线电导航系统都发展于这一时期,覆盖范围更远、精度更高的“罗兰”—C(Loran—C)导航系统在1957年开始应用，现在“罗兰”—C升级到新的“增强型罗兰”(Enhanced Loran，ELoran)标准。俄罗斯的Chayka无线电导航系统与Loran系统兼容。

无线电导航的导航精度相当高，但由于是非自主导航，因此它需要地面雷达站配合，这样就会显现出信号可能被屏蔽或者暴露目标。

1.2.2  捷联式惯性导航系统

惯性导航在牛顿原理的基础上，利用惯性元件测量出载体加速度，经过积分和计算，得到速度和位置[2]。它是一种自主式导航系统[3]。捷联惯导系统属于惯性导航。它最大的特点就是省去了平台惯导的实际物理平台[4]。

由于没有实际的物理平台，捷联惯导系统的成本较小。该系统提供的信息全部是数字信息，所以，特别适合用在采用数字信号控制的载体上，它的发展前景相当大。

1.2.3  卫星导航系统

全球定位系统(GPS)是由空间卫星、地面监控设施以及用户接收机三大部分组成[5-6]。这个系统虽然是作为军用系统研发的，但现在已被广泛应用于民用领域。而俄罗斯本国拥有的独立的导航卫星系统(GLONASS)也是军用系统，它的开发与GPS同步。除了美国和俄罗斯两个大国各自的军用导航系统外，欧盟为了自身发展，与其他合作伙伴研发了伽利略(Galileo)卫星导航系统，这主要是用于民用领域。另外，中国有计划将“北斗Ⅱ”卫星定位系统覆盖到全球，这将会对中国的军事和民用的发展起到巨大的推动力量。这些系统的工作原理大都类似，将它们统称为GNSS。

GNSS的主要优势是长期定位精度高，用户设备成本低，但是它也有很大的局限，主要表现为信号的连续性不足，即GNSS信号容易受到偶然或蓄意的干扰从而影响导航精度。 

1.3  GPS/SINS组合导航系统

由上述内容可知，GPS系统在进行导航时，信号易被干扰。而捷联式惯性导航虽然没有机电平台的影响，但自主导航受系统本身影响。所以前者的误差主要反映在：(1) 长期稳定性 (2) 环境依赖性；后者的误差主要表现在：(1) 随时间发散性 (2) 自主性[7]。由此可见，GPS和捷联式惯性导航的误差特性是互补的。GPS测量更新采样的频率较低，这导致了数据的不连续性，捷联式惯性导航可以根据需要设定更新频率，这点优于GPS导航系统。综上所述，GPS和SINS组合导航可以达到一个长期高精度稳定的，输出值连续的效果。

1.4  导航滤波算法介绍论文网