北京航空航天大學-先進綜合導航(復習資料)

第1章概述什么是導航？導航就是安全有效的從一個地點到達另一個地點.“導航”指的是采用定位手段和控制方法確定運動載體當前位置和目標位置，并參照地理和環(huán)境信息引導運動載體沿著合理的航線，抵達目的地的過程。簡言之，導航就是引導航行。為什么需要導航？定位是人類社會活動、經濟活動、軍事活動的重要支撐。高精度定位是地球科學研究的基礎，內部地球物理、地殼運動、海洋活動、地震等都需要毫米級精度的定位；邊界劃分、土地測量、工程建設等需要厘米甚至毫米級精度的定位。日常生活中人們更需要連續(xù)實時導航定位。行人在陌生的城市、森林和無垠的沙漠戈壁需要導航、定位和定向，車輛行進在陌生的道路和城市需要參照、需要導航，艦船航行在浩瀚的海洋需要標志和定向指引，飛行器遨游太空也需要導航定位。1、個人位置服務當你進入不熟悉的地方時，你可以使用裝有北斗衛(wèi)星導航接收芯片的手機或車載衛(wèi)星導航裝置找到你要走的路線。2、氣象應用北斗導航衛(wèi)星氣象應用的開展，可以促進中國天氣分析和數(shù)值天氣預報、氣候變化監(jiān)測和預測，也可以提高空間天氣預警業(yè)務水平，提升中國氣象防災減災的能力。3、道路交通管理衛(wèi)星導航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導航接收機和數(shù)據(jù)發(fā)射機，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發(fā)到中心站。4、鐵路智能交通衛(wèi)星導航將促進傳統(tǒng)運輸方式實現(xiàn)升級與轉型。5、海運和水運北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導航定位和安全保障。同時，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)特有的短報文通信功能將支持各種新型服務的開發(fā)。6、航空運輸通過將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的有效結合，將為航空運輸提供更多的安全保障。7、應急救援北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)除導航定位外，還具備短報文通信功能，通過衛(wèi)星導航終端設備可及時報告所處位置和受災情況，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險救災時效，大大減少人民生命財產損失。現(xiàn)代主要導航系統(tǒng)INS：慣性導航系統(tǒng)CNS：天文導航系統(tǒng)TAN：地形輔助導航RNS：無線電導航系統(tǒng)GNSS：全球導航系統(tǒng)新導航定位技術典型的無線電導航系統(tǒng)1.測距系統(tǒng)2.伏爾(VOR)導航系統(tǒng)3.多普勒導航系統(tǒng)4.聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)JTIDS5.全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)的應用（1）陸地應用，主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等；（2）海洋應用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；（3）航空航天應用，包括飛機導航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。導航定位歷史中國古代人早已采用目視法觀測北斗星進行定向，大約在公元前2697年，黃帝和炎帝聯(lián)軍與蚩尤戰(zhàn)爭時期，已經發(fā)明了指南車。公元27-97年間，發(fā)明了地磁指南針，也稱為“司南”，即利用地磁場南北極屬性，將兩極磁體做成羅盤，羅盤的指針能給出任一方向的方位或角度值（南北極除外）。我國古代指南針為我國與世界交流作出了重要貢獻，無論是秦漢時期中國與朝鮮和日本的海上往來，隋唐五代中國與阿拉伯各國之間的貿易往來，宋代航行在南太平洋和印度洋航線上的大量中國商船隊，還是明代初期航海家鄭和“七下西洋”，指南針都發(fā)揮了重要作用。具有科學意義的物理定位始于牛頓建立的力學原理。1852年，傅科根據(jù)牛頓力學原理制成供姿態(tài)測量用的陀螺儀，1906年安休茲制成陀螺方向儀，1907年又制成陀螺羅盤。1923年舒拉擺原理的建立為慣導系統(tǒng)的設計奠定了理論基礎，1954年慣性導航系統(tǒng)在飛機上試飛成功。之后，液浮陀螺、撓性陀螺、激光陀螺、光纖陀螺以及捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。第2章組合導航基本原理為什么進行組合導航每種導航系統(tǒng)都有各自的獨特性能和局限性。把幾種不同的系統(tǒng)組合在一起，就能利用多種信息源，互相補充，構成一種有冗余度和導航準確度更高的多功能系統(tǒng)。組合導航的定義將慣性導航、無線電導航、天文導航或衛(wèi)星導航等多種或兩種系統(tǒng)組合在一起，形成的一種綜合導航系統(tǒng)，稱之為組合導航系統(tǒng)。為什么以慣導作為主導航系統(tǒng)組合導航的幾種方式及優(yōu)缺點組合導航的基本要求組合導航的組合方式組合導航的組合方式--組合特點組合導航的組合方式—性能對比組合導航關鍵技術組合導航關鍵技術--誤差建模組合導航關鍵技術--信息融合組合導航關鍵技術—容錯技術第3章GNSS基本原理和誤差模型GNSS誤差分析GNSS誤差建模第4章INS的原理及誤差模型慣導的組成比力方程穩(wěn)定平臺的作用不同參考坐標系統(tǒng)定義和轉換方法坐標系轉換INS系統(tǒng)捷聯(lián)式慣導和平臺式慣導INS系統(tǒng)初始對準的必要性慣導系統(tǒng)在進入導航工作狀態(tài)之前都需要建立初始基準，如控制平臺旋轉使得平臺坐標系與導航坐標系重合，這種建立初始基準的過程稱為慣導系統(tǒng)的初始對準。捷聯(lián)慣性*系統(tǒng)初始對準的目的是建立捷聯(lián)矩陣的初始值.慣導系統(tǒng)的誤差源慣導系統(tǒng)的誤差模型第5章組合導航信息融合方法組合導航常用的融合方法卡爾曼濾波方程卡爾曼濾波對噪聲的要求新息的物理意義第6章組合導航方式、方法和濾波器設計組合導航的松組合和緊組合核心方程和狀態(tài)（變量）選擇觀測方程濾波處