北京航空航天大学-先进综合导航(复习资料)

第1章概述什么是导航？导航就是安全有效的从一个地点到达另一个地点.“导航”指的是采用定位手段和控制方法确定运动载体当前位置和目标位置，并参照地理和环境信息引导运动载体沿着合理的航线，抵达目的地的过程。简言之，导航就是引导航行。为什么需要导航？定位是人类社会活动、经济活动、军事活动的重要支撑。高精度定位是地球科学研究的基础，内部地球物理、地壳运动、海洋活动、地震等都需要毫米级精度的定位；边界划分、土地测量、工程建设等需要厘米甚至毫米级精度的定位。日常生活中人们更需要连续实时导航定位。行人在陌生的城市、森林和无垠的沙漠戈壁需要导航、定位和定向，车辆行进在陌生的道路和城市需要参照、需要导航，舰船航行在浩瀚的海洋需要标志和定向指引，飞行器遨游太空也需要导航定位。1、个人位置服务当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。2、气象应用北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升中国气象防灾减灾的能力。3、道路交通管理卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。4、铁路智能交通卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。5、海运和水运北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。6、航空运输通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。7、应急救援北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。现代主要导航系统INS：惯性导航系统CNS：天文导航系统TAN：地形辅助导航RNS：无线电导航系统GNSS：全球导航系统新导航定位技术典型的无线电导航系统1.测距系统2.伏尔(VOR)导航系统3.多普勒导航系统4.联合战术信息分发系统JTIDS5.全球卫星导航系统导航系统的应用（1）陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；（2）海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；（3）航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。导航定位历史中国古代人早已采用目视法观测北斗星进行定向，大约在公元前2697年，黄帝和炎帝联军与蚩尤战争时期，已经发明了指南车。公元27-97年间，发明了地磁指南针，也称为“司南”，即利用地磁场南北极属性，将两极磁体做成罗盘，罗盘的指针能给出任一方向的方位或角度值（南北极除外）。我国古代指南针为我国与世界交流作出了重要贡献，无论是秦汉时期中国与朝鲜和日本的海上往来，隋唐五代中国与阿拉伯各国之间的贸易往来，宋代航行在南太平洋和印度洋航线上的大量中国商船队，还是明代初期航海家郑和“七下西洋”，指南针都发挥了重要作用。具有科学意义的物理定位始于牛顿建立的力学原理。1852年，傅科根据牛顿力学原理制成供姿态测量用的陀螺仪，1906年安休兹制成陀螺方向仪，1907年又制成陀螺罗盘。1923年舒拉摆原理的建立为惯导系统的设计奠定了理论基础，1954年惯性导航系统在飞机上试飞成功。之后，液浮陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺以及捷联式惯导系统得到了迅速发展。第2章组合导航基本原理为什么进行组合导航每种导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的系统组合在一起，就能利用多种信息源，互相补充，构成一种有冗余度和导航准确度更高的多功能系统。组合导航的定义将惯性导航、无线电导航、天文导航或卫星导航等多种或两种系统组合在一起，形成的一种综合导航系统，称之为组合导航系统。为什么以惯导作为主导航系统组合导航的几种方式及优缺点组合导航的基本要求组合导航的组合方式组合导航的组合方式--组合特点组合导航的组合方式—性能对比组合导航关键技术组合导航关键技术--误差建模组合导航关键技术--信息融合组合导航关键技术—容错技术第3章GNSS基本原理和误差模型GNSS误差分析GNSS误差建模第4章INS的原理及误差模型惯导的组成比力方程稳定平台的作用不同参考坐标系统定义和转换方法坐标系转换INS系统捷联式惯导和平台式惯导INS系统初始对准的必要性惯导系统在进入导航工作状态之前都需要建立初始基准，如控制平台旋转使得平台坐标系与导航坐标系重合，这种建立初始基准的过程称为惯导系统的初始对准。捷联惯性*系统初始对准的目的是建立捷联矩阵的初始值.惯导系统的误差源惯导系统的误差模型第5章组合导航信息融合方法组合导航常用的融合方法卡尔曼滤波方程卡尔曼滤波对噪声的要求新息的物理意义第6章组合导航方式、方法和滤波器设计组合导航的松组合和紧组合核心方程和状态（变量）选择观测方程滤波处