INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及 GPS／INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

IMU（慣性測量單元）：由三軸加速度計和三軸陀螺構(gòu)成，輸出角速度和加速度值。

慣性測量單元（IMU）不包含算法解算單元，并不分析數(shù)據(jù)來定向，僅僅提供傳感器數(shù)據(jù)，并不具有提供準(zhǔn)確可靠的姿態(tài)數(shù)據(jù)的功能。

INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）：以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進(jìn)行積分，且把它變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，就能夠得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、姿態(tài)和位置等信息。

? ? ? INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）：優(yōu)點：

? ? ? ?1、由于它是不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)，故隱蔽性好，也不受外界電磁干擾的影響；

2、可全天候、全時間地工作于空中、地球表面乃至水下；

3、能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低；

4、數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。

?INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）缺點是：

1、由于導(dǎo)航信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生，定位誤差隨時間而增大，長期精度差；

2、每次使用之前需要較長的初始對準(zhǔn)時間；

3、設(shè)備的價格較昂貴；

4、不能給出時間信息。

VG（垂直陀螺儀）：由三軸加速度計和三軸陀螺構(gòu)成，輸出角速度和加速度值，以及2維姿態(tài)角(沒有航向角)。

垂直陀螺儀包含算法解算單元，是在IMU基礎(chǔ)上進(jìn)行實踐積分后得到的姿態(tài)（俯仰和橫滾）角度值

垂直陀螺儀包含算法解算單元，是在IMU基礎(chǔ)上進(jìn)行實踐積分后得到的姿態(tài)（俯仰和橫滾）角度值。

AHRS（航姿參考系統(tǒng)）：一般加了磁場計（相當(dāng)于指南針、羅盤），輸出航向、姿態(tài)角度等值。

航姿參考系統(tǒng)包括多個軸向傳感器，能夠為飛行器提供航向，橫滾和側(cè)翻信息，這類系統(tǒng)用來為飛行器提供準(zhǔn)確可靠的姿態(tài)與航行信息。

航姿參考系統(tǒng)包括基于MEMS的三軸陀螺儀，加速度計和磁強(qiáng)計。航姿參考系統(tǒng)與慣性測量單元IMU的區(qū)別在于，航姿參考系統(tǒng)（AHRS）包含了嵌入式的姿態(tài)數(shù)據(jù)解算單元與航向信息，目前常用的航姿參考系統(tǒng)（AHRS）內(nèi)部采用的多傳感器數(shù)據(jù)融合進(jìn)行的航姿解算單元為卡爾曼濾波器。

兩種或兩種以上的導(dǎo)航技術(shù)的組合，組合后的系統(tǒng)稱為組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

組合導(dǎo)航系統(tǒng)克服了單一導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性，充分發(fā)揮了各自導(dǎo)航系統(tǒng)的獨特性，能夠利用多種信息源，構(gòu)成一種有多余度和導(dǎo)航準(zhǔn)確度更高的多功能系統(tǒng)。

? ? ?慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信號與獨立測量的有其他導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)出的相同的量進(jìn)行比較；?

? ? ?通過卡爾曼濾波器給出對導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的實時估計；??

? ? ?通過適當(dāng)?shù)男Ｕ绞?，對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行修正，就有可能獲得比單獨慣性導(dǎo)航系統(tǒng)更高的導(dǎo)航精度

?GPS／SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以優(yōu)勢互補、取長補短,用GPS的高精度定位信息通過組合濾波器來標(biāo)定和補償慣導(dǎo)系統(tǒng)的積累誤差，提高導(dǎo)航精度。同時，利用慣導(dǎo)系統(tǒng)的速度和加速度信息對GPS進(jìn)行速度輔助，以提高GPS的抗干擾能力以及動態(tài)性能。 {即使在GPS出現(xiàn)故障時，慣性系統(tǒng)仍能獨立工作并提供高精度的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

GPS／SINS是一個最佳組合方案，其性能、成本和體積均能滿足各種運載器的導(dǎo)航技術(shù)要求。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出信號與獨立測量的有其他導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)出的相同的量進(jìn)行比較；{通過卡爾曼濾波器給出對導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的實時估計；通過適當(dāng)?shù)男Ｕ绞剑瑢T性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行修正，就有可能獲得比單獨慣性導(dǎo)航系統(tǒng)更高的導(dǎo)航精度。

?GPS/SINS組合導(dǎo)航硬件框圖

GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖

GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

1.公路檢測系統(tǒng)

2.航空航天搖感

3.激光斷面測量

4.載人航天器上的導(dǎo)航應(yīng)用

RTK（實時動態(tài)控制系統(tǒng)）

原理：基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級（1-10cm）定位精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接受來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GNSS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可以處于運動狀態(tài)。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

GPS編碼

{C/A-碼：為“粗碼”或者 “商用測距碼 {P（Y）碼：由精碼P碼加密而成，沒有重復(fù)， 沒有重復(fù)，僅供軍用。 {M碼：新一代GPS軍用信號。

衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時間與到達(dá)接收機(jī)的時間之差，稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機(jī)時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。