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GPS/INS全球定位体系+惯性导航体系
一、进行GPS/INS组合的必要性
GPS是当时运用最为广泛的卫星导航定位体系，运用方便、本钱低价，其最新的实践定位精度现已到达5米以内。可是GPS体系军事运用还存在易受搅扰、动态环境中可靠性差以及数据输出频率低一级缺乏。
INS体系则是运用设备在载体上的惯性丈量设备（如加速度计和陀螺仪等）灵敏载体的运动，输出载体的姿势和方位信息。INS体系彻底自主，保密性强，并且机动灵敏，具有多功能参数输出，可是存在差错随时刻敏捷堆集的问题，导航精度随时刻而发散，不能独自长时刻作业，有必要不断加以校准。
将GPS和INS进行组合能够使两种导航体系扬长避短，构成一个有机的全体。GPS/INS组合制导的优势首要体现在：
1.GPS/INS组合改善了体系精度
高精度的GPS信息能够用来批改INS，操控其差错随时刻的堆集。运用GPS信息能够估量出INS的差错参数以及GPS接收机的钟差等量。另一方面，运用INS短时刻内定位精度较高和数据采样率高的特色，能够为GPS供给辅佐信息。运用这些辅佐信息，GPS接收机能够坚持较低的盯梢带宽，然后能够改善体系从头抓获卫星信号的才能。
2.GPS/INS组合加强了体系的抗搅扰才能
当GPS信号遭到高强度搅扰，或当卫星体系接收机呈现毛病时，INS体系能够独登时进行导航定位。当GPS信号条件明显改善到答应盯梢时，INS体系向GPS接收机供给有关的初始方位、速度等信息，以供在敏捷从头获取GPS码和载波时运用。INS体系信号也可用来辅佐GPS接收机的天线对准GPS卫星，然后减小了搅扰对体系的影响。
关于GPS载波相位丈量，INS能够很好地处理GPS周跳和信号失锁后整周含糊度参数的从头解算，也下降了至少4颗卫星可见的要求。
4.处理GPS动态运用采样频率低的问题
在某些动态运用范畴，高频INS数据能够在GPS定位成果之间高精度内插所求事情发生的方位（如航空相机曝光瞬间的方位测定）。
GPS/INS组合体系是GPS与INS互补的、相互进步的集成，而不是二者的简略结合。组合体系功能更强，运用范畴更广。
正是因为这两套体系具有极好的互补性，不只能够低本钱供给全球精确导航，也能够满意军事运用对保密性的要求。
二、GPS/INS组合制导技能在现代战争中的广泛运用
1．GPS/INS组合制导成为广泛运用的全程制导和中段制导技能
现在，以美国“战斧”巡航导弹为代表的对地进犯导弹中制导办法仍然是惯导+辅佐导航体系。因为美国军用GPS具有适当高的精度并且运用方便，美国和其它一些西方国家都在中制导段选用GPS作为惯导的辅佐导航体系而不再选用地形匹配。此外，许多新式制导兵器如洛马公司研发的“联合防区外空地导弹”（JASSM）和波音公司制作的“联合直接进犯弹药”（JDAM）等均依托GPS/INS进行高精度制导。
以JDAM为例，它是将现有库存的一般炸弹加装GPS/INS制导的尾部组件而改成的全天候制导弹药，其惯导部分选用了一种小型激光陀螺仪。JDAM在投进前由载机的航空电子体系不断批改。一旦投进，炸弹的GPS/INS体系将接收载机航空电子体系的作业，并引导炸弹飞向C4勘辏??皇芴炱?榭龅挠跋臁V频纪ü?桓鼍?返腉PS部件和一个三轴INS部件的密切配合完结。制导操控部件在GPS辅佐INS操作形式和INS单一操作形式都供给了精确制导。
以上这些兵器比飞机更挨近搅扰机，所面对的搅扰强度比发射导弹的飞机要严峻得多。GPS/INS组合制导体系能辨认搅扰信号的存在，并在较短的时刻内以较小的制导差错进行精确制导。
一体化GPS/INS组合制导不只进步了兵器体系的可靠性，并且精度也高，一般其圆概率差错在10~13米之间，而独自运用GPS制导的精度约为15米。
2．GPS/INS组合制导体系为飞机等兵器渠道供给导航定位服务
现在，美国和其它北约国家空军的绝大部分主战飞机都换装了以激光陀螺为中心的第二代规范惯导仪。其改装方案的重点是，在以光学陀螺为根底的惯性体系黑匣子中嵌入健壮的、抗搅扰的GPS接收机（OEMB板）。这种嵌入式装备不需求在惯导和独自的GPS接收机之间设置别的的安全总线，然后使GPS的伪距/伪距率数据不会遭到要挟信号的搅扰。这种INS和GPS的深耦合体系被称作“嵌入惯导体系中的GPS”，简称为EG1，其定位精度均为0.8海里/小时（圆概率差错），准备时刻也由曩昔的15分钟削减到5~8分钟，体系可靠性从本来的几百小时进步到2000~0小时。
3．GPS/INS组合制导体系为军事侦查举动供给高精度定位信号
侦查的意图在于发现方针，确认方针的方位和评价兵器的冲击效果。对方针的命中率取决于兵器制导的精度、发现方针的才能和对方针定位的精度。现在，许多国家正在运用高空成像技能树立全球地理信息数据库。高空成像体系首要由高空侦查机、低轨和中轨卫星组成，该体系就运用了GPS/INS组合制导体系，运用其供给的无人侦查机实时方位和炮弹所放出的侦查降落伞的实时方位将连同图画一起发送基地，然后确认方针的方位。
三、GPS/INS组合制导技能的发展趋势
1．进步GPS体系的抗搅扰功能，然后进步GPS/INS组合制导的可靠性
美国方案经过增强卫星发布信号的功率、增强星上处理才能、改善星上原子钟和星历外推算法来进步卫星自主作业才能。添加发射3个新的信号：一是高功率点波束军用M码，信号的增益将比GPS发射机当时选用的增益高得多，具有比P码更强的安全保密性；二是将C/A码加载在L2载波上，本来加载在L1载波上的C/A码持续保存；三是L5码，用作生命安全信号，仅供民用。未来的GPS卫星能用两个频段发布两种军用导航码，在实战中能够构成4种作业形式，然后能够大大进步抗搅扰的才能。一起，卫星能在短时刻内自主运转120天。别的，依据美国空军发布的2025年长时刻规划，美国还方案在GPS卫星上设备后向天线，用于向高轨空间发布导航定位信息和使高轨卫星自主运转。现在，美国军方的GPS联合方案办公室正在研讨GPS3型卫星的设计方案。
为了进一步进步功能，往后美国还将在飞机、船舶、地上车辆和兵器上运用更杂乱的GPS接收机。现役C/A码的长度只要1023比特，以50比/秒的速度进行逐一查找，仅需20.5秒，易被敌方破译。P码长度约为2.35×1014比特，需267天才重复一次，完结一次捕获时刻较长，安全性较好。可是，现役军用P码接收机是经过C/A码引导才完结P码捕获的，因而简单受C/A码状况的影响。为此，美军方正在研发能独立捕获P码的军用接收机。此外，美国军方还在研发空间分集型接收机、调零型接收机和波束成形型接收机等抗搅扰军用码接收机，以经过改善接收机的功能来进步接收机的抗搅扰才能。
美国当时在GPS接收机方面的两项最为重要的技能是GPS接收机运用组件（GRAM）和挑选可用性反诈骗模块（SAASM）。其间GRAM是一种规范电子插件，可将其加在未来的飞机、舰艇、导弹和各种兵器中，意图是确保安全性和互通性。一切的GRAM将选用开放式体系结构，能灵敏地添加、代替或撤销体系中的某些元件。SAASM是第二代的GPS技能产品安全模块，用于保护保密的GPS算法、数据和校准。它将集成到接收机运用模块中，然后可进步GPS体系的安全性，使GPS接收机更易于保护，下降其费用。
2．研发新式INS体系，然后进步GPS/INS组合制导的精度
现在现已发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性外表等多种办法的惯导体系。运用激光来作为方位测向器的陀螺将逐步替代传统的机械陀螺。激光陀螺惯导体系的定位精度高，随机漂移小，并能快速进入作战状况，于20世纪80年代初开端成功地运用于飞机及地上车辆的导航和舰炮等方面，以后又运用于导弹和运载火箭等范畴。可是，环形激光陀螺的谐振腔有必要严厉密封，并确保其间的氦氖混合气体组分浓度安稳，反射镜镀膜工艺要求高，制作本钱高，并且会有“闭锁现象”等问题发生，因而还有待于改善。现在，许多科研单位正致力于固体环形激光陀螺仪的研讨。
光纤陀螺的根本作业原理与环形激光陀螺类似，除了具有激光陀螺一切的长处外，还不需求精细加工、严厉密封的光学谐振腔和高质量的反射镜，所以削减了杂乱性，下降了本钱，具有更强的市场竞争力。日本在TR1和M5火箭上首先运用了光纤陀螺。美国研发的光纤陀螺已运用于飞机爬升、横滚和航向基准的惯性丈量体系中。但现在的光纤陀螺会呈现视点随机游动、零偏不安稳等缺点，其功能有待进步。
跟着现代微机电体系（MEMS）的飞速发展，近年来硅微陀螺（俗称芯片陀螺）和硅加速度计的研发作业进展很快。据报道，这种新的固态陀螺的零偏安稳性已能到达1度/小时（温控条件下）。现在美国已开端小批量出产由硅微陀螺和硅加速度计构成的微型惯性丈量设备，其低本钱、低功耗及体积小、质量轻的特色很适于战术运用，在航空上最早的运用场合将是战术导弹和无人机。
高精度的惯导设备需求先进的精细加工工艺作为根底。跟着要害理论和技能的打破，会有多种类型的惯性陀螺运用在军事范畴，发挥出日益明显的效果。
3．数据交融技能将进一步进步GPS/INS组合制导的功能
GPS/INS两者组合的要害器材是作为两者的接口并起数据交融效果的卡尔曼滤波器。为了进步导航精度，现在遍及运用卡尔曼滤波技能来最优地组合各导航体系的信息，估量出导航体系的差错状况，再用差错状况的最优估量值去校对体系。可是，体系的状况方程是时变的，并且状况搬运矩阵中含有导航信息及惯性元件丈量值，这些含有差错的参数使得滤波器模型不精确。别的，很难精确地估量或测定体系噪声与观测噪声，所以选用惯例卡尔曼滤波器经常常会发散。为了处理这个问题，研讨人员正在研讨新的数据交融技能。例如选用自适应滤波技能，在进行滤波的一起，运用观测数据带来的信息，不断地在线估量和批改模型参数、噪声计算特性和状况增益矩阵，以进步滤波精度，得到目标状况的最优估量值。
此外，如何将神经网络人工智能、小波改换等各种信息处理办法引进以GPS/INS组合制导为中心的信息交融技能正在引起人们的高度重视。这些新技能一旦研发成功，必将进一步进步GPS/INS组合制导的归纳功能。