两种或两种以上的导航技术的组合，组合后的系统称为组合导航系统。组合导航系统克服了单一导航系统的局限性，充分发挥了各自导航系统的独特性，能够利用多种信息源，构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。

高精度、可靠性、实时性、小型化、一体化

回路反馈法：采用经典回路控制方法，抑制系统误差，使各系统之间实现性能互补。

最优估计法：采用卡尔曼滤波。从概率统计最优的角度估计出系统误差并消除。

协和超越、优势互补、余度功能

以计算机为中心，将各个导航传感器送来的信息加以综合和最优化数学处理，然后对导航参数进行综合显示和输出。1

在过去的几十年里，导航系统从单一传感器类型系统发展到了组合导航系统，将多种类型的传感器进行优化配置，性能互补，使得系统的精度和可靠性都有了很大提高。导航信息的处理方法也由围绕单个特定传感器所获得的数据集而进行的单一系统信息处理，向多传感器多数据集信息融合的方向发展。现代导航系统都采用了冗余技术，具有多套导航测量设备，

信息融合原理 信息融合是对多源信息的综合处理过程，它利用的是人类或其他逻辑思维系统中常用的基本功能，如人在自然界运用了各种器官(相当于传感器)眼、耳、鼻、四肢等感受到的环境信息(声音、景物、气味、触觉等)，再将这些信息组合起来，通过大脑思维器官和先前积累的知识去进行分析判断，从而得出结论。信息融合原理的实质就是模仿人脑综合处理复杂问题的过程，各种传感器的信息可能具有不同的特征，如实时的或非实时的、快速变化的或缓慢变化的、确定的或模糊的、相关的或互补的，也有相互矛盾的。信息融合就是要充分利用这些信息资源，经由对通过传感器得来的及其他已经掌握的信息合理使用和支配，对空间或时间上冗余或互补的信息，依据某种准则进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述。信息融合技术的基本目标是利用多传感器系统的优势，推导出更多的信息，提高多传感器系统的功效。多传感器信息融合系统与单传感器信号处理或低层次的数据处理相比，它不再是对人脑信息处理方式的低水平模仿，而是充分有效地利用多传感器的资源，更大限度上地获得被测目标和环境的信息量。多传感器信息融合与经典信号处理方法也有本质上的区别，其中的关键是信息融合所处理的多传感器信息具有更复杂的结构层次，并且能在不同的信息层次上出现，如数据层、特征层、决策层等。

信息融合的方法 加权平均信息融合方法、贝叶斯估计信息融合方法、Dempster—Shafer证据理论、模糊逻辑法、神经网络方法、Kalman滤波信息融合方法、专家系统方法

Kalman滤波是卡尔曼(R. E. Kalman)于1960年提出的从与被提取信号有关的观测量中通过算法估计出所需要信号的一种算法。他把状态空间的概念引入到随机估计理论中，把信号过程视为白噪声作用下的一个线性系统的输出，用状态方程来描述这种输入和输出关系，估计过程中利用系统状态方程、观测方程和白噪声激励(系统噪声和观测噪声)的统计特性形成滤波算法。它早期只适用于线性系统，在此后的10多年间，一些学者又把它推广使之能应用于非线性系统中，它使用范围比较广泛。卡尔曼滤波与常规滤波的含义与方法完全不同，实际上是一种最优估计方法。Kalman滤波实质是一种线性、无偏、最小方差估计的递推算法，也常称为现代最优估计理论。它采用了状态空间的模型结构，能对非平稳过程信息进行最小方差估计，并且具有数据存储最小，易于计算机实现的特点。

卡尔曼滤波基本原理 根据系统方程的不同，卡尔曼滤波基本方程包括连续型卡尔曼滤波方程与离散卡尔曼滤波方程，在工程上常用的是离散卡尔曼滤波方程。Kalman滤波是从与被提取的信号有关的含有噪声的观测量中通过某算法估计出所需信号的一种滤波算法。把状态空间的概念引入到随机估计理论中，把信号过程视为白噪声作用下的一个线性系统输出，用状态方程来描述这种输出关系，估计过程中利用系统状态方程、观测方程和白噪声激励(系统噪声和观测噪声)的统计特性形成滤波算法。

集中卡尔曼滤波 按标准卡尔曼滤波，同时处理来自各个子系统的观测数据，称为集中卡尔曼滤波法。也就是系统的所有状态变量在一个滤波器同时处理。集中式卡尔曼滤波器结构如图 所示，它将各子系统的观测数据输入到信息融合中心，利用卡尔曼滤波进行处理，得到关于状态量的最优估计

联邦卡尔曼滤波 （1）分散滤波（2）联邦滤波 联邦滤波器是在分散化滤波的基础上提出的，分散化滤波由于设计的灵活性、计算量小、容错性好而受到了重视

自适应卡尔曼滤波 在实践中由于难以满足kalman滤波的假设条件，以及受到处理器速度、容量和计算方法误差等客观条件的限制 (1) 系统方程存在建模误差(2) 数值计算不稳定2

在实际工程应用中，由于外界干扰或参考基准的不同，使得各导航子系统输出的导航信息难以直接利用，因此必须经过处理才能使用。对导航信息的这种前期处理称为预处理。引起导航信息不能直接利用的因素主要有以下几个方面：①由于各种干扰的存在而出现的明显偏离正常值的野值数据；②各导航子系统的参考坐标系不一致。处理方法：（1）野值处理（2）基准统一

（1）状态量和观测量的选取 当设计Kalman滤波器时，首先必须列写出描述系统动态特性的系统状态方程和反映量测与状态关系的量测方程。如果直接以导航系统的导航输出参数（例如惯导计算出的经纬度、速度、姿态角等）作为状态，即直接以导航参数作为估计对象，则称这种滤波方法为直接法滤波；如果以导航系统的误差量作为状态，即以导航参数的误差量作为估计对象，则称为间接法滤波。

（2）输出校正和反馈校正 从Kalman滤波器得到估计有两种方式，一种是将估计作为组合导航的输出，或作为惯导系统的校正量，这种方法称为开环法；另一种是将估计反馈到惯导和其余子系统中，估计出的导航参数就作为惯导力学编排的相应参数，估计出的误差作为校正量，将惯导和其它导航设备中的相应误差量补偿掉，这种方法称为闭环法。

惯性导航系统：优点：完全自主、运动参数完备、抗干扰性强。 缺点：误差积累、成本较高。（分为平台式惯导系统INS，捷联式惯导系统SINS）

卫星导航系统：优点：全天候、高精度、误差不积累。 缺点：缺少姿态信息、易被干扰。

天文导航系统：优点：自主、精度高、误差不积累。 缺点：输出信息不连续、受气候条件影响大。

测向测距导航系统：缺点：方位角误差较大，方位对准精度差。3

组合式导航辅助信息源有很多，下面我们主要介绍一下计程仪、星光敏感器、高度表、GPS接收机、测速仪。

在航海系统中，采用计程仪可以连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。航海计程仪已经有上千年的历史了，19世纪以后出现了近代计程仪。后来得到广泛使用的有梅西式和沃克式拖曳计程仪，20世纪30年代出现萨尔式水压计程仪和契尔尼克夫式转轮计程仪。50年代出现电磁计程仪。以上各种计程仪均系测量船舶相对于水的航速和航程，只有根据水的流速和流向加以修正，方能求得船舶相对于水底的航速和航程。50年代出现的多普勒计程仪和70年代制成的声相关计程仪，在一定水深内可以直接测量船舶相对于水底的航速和航程，使计程仪发展到一个新的水平。近代计程仪主要由测速部分和指示部分组成。测速部分用以检测和放大船舶航速信号或航程信号;指示部分用机械或电气形式显示船舶航速或航程，再通过积分或微分方法显示航程或速度。不同类型的计程仪的工作原理和性能如下所述。

（1）拖曳计程仪： 利用相对于船舶航行的水流，使船尾拖带的转子作旋转运动，通过计程仪绳、联接锤、平衡轮，在指示器上显示船舶累计航程。这种计程仪线性差，高速误差大，受风流影响大，操作不便，但性能可靠，有的船舶作为备用计程仪。

（2）转轮计程仪：利用相对于船舶航行的水流，推动转轮旋转，产生电脉冲或机械断续信号，经电子线路处理后，由指示器给出航速和航程。这种计程仪线性好，低速灵敏度较高，易于计算、较准确(有的速度精度可达0.1节，航程精度可达0.5%)结构简单，成本低等优点，但机械部分容易磨损。除小船应用外，己逐渐被淘汰。

（3）水压计程仪： 利用相对于船舶航丘水流的动压力，作用于压力传导室的隔膜上，转换为机械力，借助于补偿测量装置，将机械力转换为速度量，再通过速度解算装置给出航程。这种计程仪工作性能较可靠，但线性差，低速误差大，不能测后退速度，机械结构复杂，使用不便，渐被淘汰。

（4）电磁计程仪： 通过水流(导体)切割装在船底的电磁传感器的磁场，将船舶航行相对于水的运动速度转换为感应电势，再转换为航速和航程。其优点是线性好，灵敏度较高，可测后退速度，目前使用最广。

（5）多普勒计程仪： 利用发射的声波和接收的水底反射波之间的多普勒频移测量船舶相对于水底的航速和累计航程。这种计程仪准确性好，灵敏度高，可测纵向和横向速度，但价格昂贵。主要用于巨型船舶在狭水道航行、进出港、靠离码头时提供船舶纵向和横向运动的精确数据。最突出的特点是具有很高的灵敏度，在200米左右水深范围内测相对海底速度，能精确到0.01节。多普勒计程仪受作用深度限制，超过数百米时，只能利用水层中的水团质点作反射层，变成对水计程仪。

（6）声相关计程仪： 应用声相关原理测量来自水底同一散射源的回声信息到达两接收器的时移，以计算出相对于水底的航速和航程。这种计程仪可测后退速度，兼用于测深。水深超过数百米时也变成相对于水的计程仪，尚在改进中。

星敏感器是一种完全独立和自主的测量仪器，以天空中的恒星作为参照物，利用CCD拍摄到的某一天区的星图，进行星点提取、星图识别等处理，并根据它们在星敏感器坐标系中的位置、星敏感器安装和恒星在惯性坐标系下的位置，经过一系列坐标变换、计算和滤波，得到航天器的位置、速度信息。星敏感器具有高度的自主性、较高的跟踪精度以及快速的故障恢复能力，无需地面人为干预和任何先验信息即可实现航天器位置的初始捕获和跟踪。CCD(Charge Coupled Devices)的问世使星敏感器的精度、稳定性和可靠性都发生了飞跃性的变化。CCD星敏感器以其体积小、重量轻、精度高且测量误差不随时间积累、功耗低等特点很快获得了广泛的应用。

CCD星敏感器的测量原理：恒星的亮度常用星等来表示，恒星越亮，星等越小。星敏感器对高于某一亮度的恒星辐射敏感，能从天空背景中搜索、识别和跟踪星体，并借此获取航天器相对惯性空间的姿态信息，适用于航天器的高精度姿态控制。一般来说，其精度比太阳敏感器高一个数量级，比红外地平仪高两个数量级。由于恒星的角直径极小，恒星敏感器的测角精度极高，目前已经达到了0.00008度。CCD星敏感器是以恒星星光作为非电量测量对象，以电荷藕合器件CCD(Charge Coupled Devices)作为核心敏感器件的光电转换电子测量系统。新一代CCD星敏感器包括光路部分、CCD、相机电子部件、飞行用微处理器、存储器、软件、接口电子部件、能量供给和屏蔽套等等。按工作性质主要分为探头信号测量元件、模拟信号处理单元、数据采集存储单元和数据处理单元几部分组成。

星敏感器的具体测量原理如下:星敏感器以某一颗亮度高于+2可见星的恒星作为基准，测量其相对于航天器的角位置，并同星历表中该星的角位置参数进行比较，来确定航天器的姿态。也即通过对恒星星光的敏感来测量航天器的某一个基准轴与该恒星视线之间的夹角。

雷达高度表是一种主动遥感设备，最初用于测量地面上空的飞行器高度，后来逐渐扩展到其它方面如控制投弹，低空导航，地形回避等应用上。近几十年随着宇航制导技术，电子技术，集成电路和信号处理技术的发展，国内外各种新型雷达已被成功的用在了轨道测量，卫星定位，航天着陆，大地测量和测绘等方面。这里简单介绍几种雷达高度表的应用。

（1）用于直升机的毫米波低空雷达高度表

直升机高度表的目的在于对接近地面的区域作出精确高度测量，尤其是在直升机失去发动机动力需要紧急着陆时，或进行自旋着陆时，精确的高度测量有利于飞机的平稳着陆。在设计方案上它采用了FMCW系统，这种雷达高度表体积小、重量轻，对安装在直升机上的操作系统来说满足了所有的机械要求。该系统采用了具有两副天线的射频频段的一般结构，由于可能出现较宽的倾斜角范围，所以使用了波导端被加宽了的宽角天线。应用差拍原理，接收信号经交叉混频器变成差频。为减小多谱勒效应的影响，使用相当短的加:扫描时间，产生一个1kHZ~1MHZ的差拍频率范。低噪声放大器接上一级程序增益级，使得信号振幅符合A/D转换器的动态范围。通过一个在高频极限时具有锐截止特征的有源高通滤波器的斜率来计算距离对接收信号功率的影响。整个系统用一台16bit的微机来控制。系统的测量精度为: ±0.lm (0-20m)，±lm (20-150m) 直升机高度表具有极高的分辨力，能够精确指示直升机下面的区域以回避障碍物，在精确的高度信息基础上该系统能够帮助飞机的自旋着陆

（2）“土星”雷达高度表

“土星”雷达高度表是为“土星”火箭应用而设计的，它可以在离地面50-400km上工作，并以小于8m的数据增量提供高度信息，绝对精度为±30m。它可以工作在横滚和俯仰角为±10º，垂直速度为1-6km/s的火箭上。定时器以144Hz的脉冲重复频率产生同步脉冲用来触发调制器。发射机是由1μs调制脉冲进行调制的。发射机发射1μs、5kW脉冲，通过天线收发开关馈送到天线。回波脉冲从天线经过收发开关通往混频器，与本振信号混频。混频器输出30MHz的中频信号，经过中频放大和检波，检波输出的视频脉冲馈送到跟踪器，此时可精确的测定该信号相对于发射脉冲的延迟。距离跟踪器产生一个计算门，这个门的宽度等于触发脉冲前沿与接收到的回波脉冲前沿之间的时间间隔。定时器输出以18位二进制数字表示的高度数据。

（3）海洋雷达高度表

海洋雷达高度表是以一定的重复频率向海面发射脉冲经空间传播到达海面，再经海面后向散射的回波信号被接收机接收。回波信号含有多种信息:发射信号往复时间延迟，即雷达高度表距海面的高度;脉冲在海面的散射过程，即有效波高信息;回波信号强度，即后向散射系数

海洋雷达高度表采用脉冲压缩全去斜坡技术和α-β跟踪器自适应跟踪控制技术这两种关键技术。脉冲压缩即在脉冲内附加线性调频信号，扩展信号频率以提高分辨力，海洋雷达高度表采用一个线性调频信号产生器产生线性调频信号发射信号和本振信号，接收回波信号和本振信号在混频器中混频，输出差频信号为一正弦波，去掉了线性调频，这一技术即为全去斜坡技术。

“天空实验室”S199雷达高度表是装置在天空实验室卫星上并在1973年执行了三次飞行任务，实验目的是获得与大地测量和地球物理学有关的精密高度测量，概要绘制海洋表面的地貌图。目前大地水准在很多海域都是知道的，精度可达到10-20m;而高度表则以±2-5m的精度在白天绘制出海洋大地水准面。但是要提供有用的海洋图信息，就要求高度表有更高的分辨率。对一部精度达到，加的高度表，应该能够测出大陆的潮汐、风暴等引起的可能海洋高度。分辨率为±0.1m加的高度表可提供对了解海洋与空气界面能量交换有很大价值的一般环境资料。由此可见，卫星测高的整个效果和它最终达到更高分辨率的能力有很大的关系。

（4）AHV系列机载雷达高度表

AHV系列雷达高度表是应用在波音飞机上的雷达高度表，是一种低高度的雷达高度表，它本身具有以下一些特点：

①独特的FMCW处理方式

AHV系列雷达高度表具有独特的FMCW单斜率技术，兼有传统双斜率FMCW体制和脉冲系统的优点。调制斜率和高度相关，输入到接收机的是固定频率的中频信号，因而中频滤波器具有固定的窄带宽，在任何高度都不需要特殊的控制环路减小噪声。系统抗干扰能力强，使得双端/三端装置不需要和发射机同步。其对离地面最近的点进行连续跟踪，不受地貌或飞机侧滚角的影响。又因其具有固定的窄带滤波器，所以它比一般的FMCW体制或脉冲体制需要更少的RF功率输出(70mW)。

②可维护性

AHV系列具有快捷方便的可维护性;传统的BITE允许其对错误进行直接隔离;通过一个微处理器(AHV-550+AHV-540)控制存储和显示信息。 我国FMCW高度表采用法国AHV系列高度表的基本体制，主要技术均是采用硬件电路完成增益控制、信号识别、跟踪和测量。目前国内外高度表的测高精度一般在1%一2%之间，随高度的不同而有所变化。

GPS接收机是用来接收、处理和测量GPS卫星信号的专门设备.由于GPS卫星信号的应用范围非常广泛，而信号的接收和测量又有多种方式，因此GPS接收机有许多种不同的类型。根据用户接收机天线在测量中所处的状态，GPS接收机可分为静态定位和动态定位两大类型。

（1）静态定位 如果在定位过程中，用户接收机天线处于静止状态，或者更明确的说，待定点在协议地球坐标系中的位置，被认为是固定不动的，确定这些待定点位置的定位测量就称为静态定位。在静态定位时，由于待定点位置固定不动，因此GPS接收机可通过大量重复观测提高精度，高精度地测量GPS信号的传播时间，根据GPS卫星在轨的已知位置，从而算得用户天线的三维坐标。由于这一原因，静态定位广泛应用于大地测量、工程测量、地球动力学研究和大面积地壳形变监测中。

（2）动态定位 如果在定位过程中，用户接收机天线处于运动状态，待定点位置将随时间变化，确定这些运动着的待定点的位置，称为动态定位。所谓动态定位，就是在运动着的载体上安置GPS接收机，GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球运动，GPS接收机用GPS卫星信号实时测得运动载体的状态参数

激光多普勒测速技术(LDV，Laser Doppler Velocimetry)是一种非接触式测量方法，它利用流体中或固体表面的散射粒子对入射激光进行散射，并通过光电探测器探测此散射光的频移，根据其中所包含的速度信息(粒子散射光的频移与粒子速度呈简单线性关系)得到流体或固体表面的运动速度。它可通过控制光束精确地控制被测空间大小，使光束在被测点聚集成为很小的测量区域(仅为千分之几立方毫米):获得分辨率为20~100微米的极高的测t精度;而且从原理上讲，LDV响应没有滞后，能跟得上湍流的快速脉动;它还可以实现一维、二维、三维的速度测里;从原理上看LDV输出信号的频率和速度成线性关系，它能覆盖从每秒几毫米到超音速很宽的流速范围，且测t不受压力、温度、密度、粘度等流场参数的影响.总的来说，LDV动态响应快、空间分辨率高、测t范围大，在测t精度和实时性上都具有突出优点。现在LDV已成为科学研究和实际工程中测t固体表面运动速度和复杂流场流动速度的一种有力手段，甚至己经从最初的流速测t领域扩展到风洞速度场测量、边界层流测量、二相流测量，以及喷气过程和燃烧过程的研究。现有LOV的原理和性能比较现有的激光多普勒测速仪种类较多，按照其工作原理可分为频谱分析型、滤波器库型、频率跟踪型和计数型。

（1）频谱分析型 频谱分析型激光多普勒测速仪是最早出现的LDV之一，其测量对象是多普勒信号的功率谱或与其等价的多普勒频率的概率密度函数。它采用一中心频率可调的窄带带通滤波器匀速扫过所研究的频率范围以分辨输入信号的各种频率分量并进行显示和记录。频谱分析是LDV用于诊断目的时最通用的方法。在不利的条件下，频谱分析法对做初步测量是非常有用的:在稳定流动中，即使非常差的信号质量或者非常不连续的信号也可以实现频谱记录。其工作频率范围很宽，最高可达100阳z。同时它也具有几个主要缺点:因为在窄频带外面的所有信号都去掉了，所以这种方法不能充分地利用有用的信号;要获得由许多粒子信号所构成的可靠频谱需要很长的测量时间，因此频谱分析法不能给出瞬时速度的实时记录;以模拟形式来处理频谱既缓慢又麻烦。

（2）滤波器库型 滤波器库型激光多普勒测速仪的工作原理与频谱分析型相同，不过滤波器库使用的不是单个滤波器，而是调谐在量程中不同频率上的许多并行滤波器，所以多普勒频谱的建立时间就要快得多。滤波器库法比频谱分析法更有效，因为所有存在的多普勒信号都能同时影响滤波器库的输出。它具有比其他方法好得多的信噪比，在处理质量差的间断多普勒信号时极其有效。但是由于实际上我们只能采用有限个滤波器，它的分辨率比较粗，因而只适合于高湍流流动而不适合于精确测量。并且由于滤波器频率的固定分布，它对于频谱分布不宽的低湍流度测量并不合算

（3）频率跟踪型 频率跟踪型激光多普勒测速仪是一台带有频率负反馈系统的解调器。它可以自动跟踪频率调制信号，并且把信号频率变为模拟电压，把调制信号的频率变为模拟电压的变化频率，得到一个始终正比于所测流体速度的模拟信号。频率跟踪型激光多普勒测速仪最大的优点在于实时性很好，可以得到正比于瞬时速度的实时信息，与频谱分析仪相比，其数据的获得和处理要快得多。但是频率跟踪器要求输入信号必须是连续的，这就必须保证流体中具有较高的粒子浓度，除非机内有良好的脱落保护;另外它能测量的最大湍流强度受动态响应、跟踪范围和转换速率的限制;对于大多数跟踪器来说，最大的瞬时多普勒频率为20MHz或略低一些，随着信噪比降低性能变坏，并且有可能跟踪假信号。

（4）计数型 计数型激光多普勒测速仪是一种计时装置。它的主要工作是测量规定数目的多普勒信号周期所对应的时间，这个时间就是粒子穿越测量区域中同样数目的条纹所需的时间，利用快速数字电子装置就可以得到多普勒信号频率和对应的粒子瞬时速度。计数型激光多普勒测速仪的设计、制造和应用非常经济;适用于粒子稀少的流动场合，即使多普勒信号不连续也能快速地得到瞬时速度信息;此外，它是一种时域的处理方式，没有仪器的动态响应问题，也没有粒子有限渡越时间加宽的影响，因而可以达到较高的时间分辨率;但计数法对于噪声非常敏感，不适于噪声较强的情况。

【惯性/卫星组合导航系统 惯性/多普勒组合导航系统 惯性/天文导航系统 惯性/测向测距导航系统】

惯性导航和卫星导航 信息融合 优势：综合惯性/卫星导航的优点 改善了系统精度 加强了系统的抗干扰能力4

惯性导航和多普勒声纳 信息融合 优势：降低速度误差 提高惯性平台姿态精度 抑制位置误差的增大5

惯性导航和天文导航 信息融合 优势：完全自主、实时性强 运动参数完备 姿态误差不随时间发散

惯性导航和侧向测距 信息融合 优势：组合可以间断也可以连续。常用于民航飞机，可用于区域导航。

卫星导航和惯性导航 组合方式：松散组合（低端商用）、紧组合（商用/军用）、深组合（研究/军用，分为：标量/矢量深组合结构）6

GPS/INS组合导航系统可以优势互补、取长补短。用GPS的高精度定位信息通过组合滤波器来标定和补偿惯导系统的积累误差，提高导航精度。同时，利用惯导系统的速度和加速度信息对GPS进行速度辅助，以提高GPS的抗干扰能力以及动态性能。即使在GPS出现故障时，惯性系统仍能独立工作并提供高精度的导航数据。

GPS/INS是一个最佳组合方案，其性能、成本和体积均能满足各种运载器的导航技术要求。7

名称：非耦合组合系统、松耦合组合系统、紧耦合组合系统、深耦合组合系统（超紧耦合组合系统） 定义：

非耦合系统：GPS估计的位置在规定的时间间隔内简单地重复INS给出的位置值。

松耦合组合系统：由INS和GPS给出的位置和速度估计值进行比较，其差值为卡尔曼滤波器的量测量输入值。

紧耦合组合系统：由GPS给出的伪距与伪距率测量值同INS给出的相应值估计值进行比较。

深耦合组合系统（超紧耦合组合系统）：将GPS信号跟踪功能和GPS/INS集成在一个算法内。8

可发现并标校惯导系统误差，提高导航精度；

弥补卫星导航的信号缺损问题，提高导航能力；

提高卫星导航载波相位的模糊度搜索速度，提高信号周跳的检测能力，提高组合导航的可靠性；

可以提高卫星导航接收机对卫星信号的捕获能力，提高整体导航效率；

增加观测冗余度，提高异常误差的监测能力，提高系统的容错功能；

提高导航系统的抗干扰能力，提高完好性。9

在组合导航研究中，也可以采用松组合与紧组合相结合的混合组合模式。其主要方案是对部分导航子系统或导航子系统的部分内容进行修正，以提高组合导航的精度与可靠性。例如，对于INS/GNSS组合导航子系统采用松组合模式，即在INS/GPS子滤波器中，将惯性系统的输出量与卫星系统的观测量直接进行组合，得到关于位置与速度参数的估计，并将子滤波器的输出送入主滤波器中。而对于INS/CNS组合导航子系统采用紧组合模式，即在INS/CNS子滤波器中，将惯性系统的输出量与卫星系统的观测量组合后，得到关于平台漂移参数的估计，并将子滤波器输出的平台漂移信息反馈到惯性平台控制系统中，通过惯性平台框架轴的力矩电机校正平台漂移角，从而可大幅度提高惯性平台本身的导航精度。但在INS/CNS组合中并不对天文导航接收机（星敏感器）进行修正，因而就天文导航而言仍然属于松组合。

在INS/GNSS/CNS混合型组合模式中，如果将经卡尔曼滤波器输出的虚线画成实线，就构成紧组合的工作模式。在紧组合中，将卡尔曼滤波器的输出用来调整惯性仪表、星敏感器和卫星接收机的工作状态并修正观测误差。这种方式在实现上有较大的难度。如果将卡尔曼滤波器向平台台体输出的实线也去除，则构成松组合的工作模式。这中组合的优点是易于实现，但关于平台台体的观测值仅用于提高卡尔曼滤波器的估计精度，实质上只最小量的利用了天文导航的观测信息，对于惯性系统没有任何帮助，因而造成资源的浪费。

在混合型组合模式中，由于平台本身需要根据陀螺仪的输出，通过平台伺服回路保持平台台体跟踪惯性系统，因此，只要将天文导航的观测信息综合到伺服回路的控制信号中，就可以修正平台台体的漂移，这在工程上实现的难度不大，或可以通过自行研制新型惯性系统进行实现，而且最有效地发挥了天文导航的功能。因此，这种工作模式在工程上具有较强的可行性10

补充：现代民机的惯性导航系统输出的导航参数多,自主性强,但误差随时间积累,而陆基无线电导航系统定位精度不受使用时间的影响,但易受周围环境、电磁干扰等外界噪声和接收机噪声的影响。综合两种导航系统的优点,提出了基于导航性能评估的INS/RADIO组合导航方案。根据当前组合模式的传感器输出计算出实际导航性能(ANP),然后同导航数据库中预先设定的导航性能需求(RNP)进行比较,筛选出符合RNP的台站,并从中选择出精度最高的组合模式,最终完成位置输出。仿真结果表明,INS/RADIO组合导航能有效抑制无线电的位置噪声,由于导航性能评估的参与导航系统的位置精度得到进一步提高。11

（1）公路检测系统

系统由两个摄像头和一台GPS/INS组合测量系统组成。

GPS/INS组合测量系统用于全部道路设施诸如路标和防护栏等的位置确定，同时测速、测定道路几何数据信息如纵坡、平竖曲线半径、超高、方位等。

（2）航空航天遥感

GPS/INS与多谱扫描设备组合在一起，可以用于航空航天遥感。 GPS/INS在这里用来为遥感装置实时提供三维位置和姿态信息。

（3）激光断面测量

将GPS/INS与激光测高仪安装在飞机上，GPS/INS连续测定飞机的位置，激光测高仪用来测量飞机距地面的高度。二者之差给出了地形起伏情况，即给出了地面模型。

（4）载人航天器上的导航应用

载人航天器上的导航应用设备主要有惯性测量装置、空间六分仪和光学定位系统。12

北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

空间段。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。

地面段。北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站。

用户段。北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。