宁方清（江南机电设计研究所，贵州贵阳，550009）



民用航空中组合导航的应用研究

宁方清
（江南机电设计研究所，贵州贵阳，550009）

本文首先分别介绍惯性导航与卫星导航两者的优缺点，随后提到当前我国民航系统使用组合导航的必要性，最后介绍组合导航的特点，通过本文的研究，以期能够为我国民用航空应用组合导航提供一定的借鉴。

民用航空；组合导航；惯性导航；卫星导航；应用

1　卫星导航与惯性导航的优缺点

根据导航方法这一层面进行分析，如今能够应用的导航系统能够划分成卫星导航与惯性导航这两种类型系统。INS与计程仪这是属于惯性导航的范畴之内。惯性导航系统可以直接测量的参数为姿态角、速度、运动加速度等，凭借航迹能够将载体和地球两者之间存在的经纬度、高程、相对速度等载体航行必须的信号推算出来。惯性导航这是一种特别重要的自助式导航，其存在着相应的优缺点。惯性导航这是主要导航子系统的组合导航，这主要是将惯性导航优势充分发挥，与此同时通过别的导航系统将惯性导航弊端有效克服，获得可靠性与精度比较高的导航参数，惯性导航在航海、航天、航空等发挥而别重要作用。

惯性导航其所具备的优点为：从时间上是连续导航信号，并不发射与接受电磁波，那么电子对其不会造成干扰，拥有绝对的隐蔽性与自主性，具备最全面导航参数。惯性导航相应也具备以下的缺点：受到漂移的陀螺仪的影响，使得累积导航信号误差，并且在时间的增长而增大导航信号误差，另外导航系统的测量载体运行参数信号器拥有比较复杂的结构，相对价格也比较高。

惯性导航系统安装在现代的运输机与喷气式客机当中，如果飞行处于相对平稳航线，那么可能在失去卫星导航修正更新之后，在随后的一段时间内还可以继续提供安全导航，可是这就要看飞行执行的操作与航路。这样的能力在部分状况下完全可以让飞机飞出当地干扰区。如果处于很高云底与良好能见度的时候能够通过目测规划飞机继续飞行。可是如果失去更新卫星导航的情况惯性导航由于时间的推移而出现变差，最终不会将空域要求满足。直接定位导航这种方法可以无限延长定位误差，可是从时间是不连续的导航信号，也不可以提供载体的姿态角信号，也比较容易受到自然与人为电磁干扰。

2　民航系统推行组合导航必要性

卫星导航系统相对来说比较复杂，这与别的系统一样都存在可能出现故障，部分故障能够特别快检测，向用户及时通知，可是有些时候不能检验出故障，即便卫星发射错误情况比较少，然而从民航角度也并不能接受这种情况。从惯性导航系统的角度来看，受到制造工艺限制，要想将其精度提升特别困难，换句话说，为了将微小惯性仪表精度提升，其代价往往特别大。针对这样的情况，在高精度惯性导航系统持续发展的过程当中，各个国家发展导航系统的重点则是组合导航，现阶段最具有应用前景的组合导航系统则是惯性卫星组合导航系统。从整个世界范围来看，最为先进的导航系统则是惯性导航系统与卫星导航系统。这两个系统各自存在着其优点，并不能将其中一个予以替代，现代卫星系统拥有比较高的定位，然而尚未可以连续提供运载位置信号。而且在这一过程当中，载体剧烈运动或者全球定位导航系统特别低的信噪比的时候，极大降低导航精度。通过有效组合惯性导航系统和卫星定位系统，不但可以将惯性导航位置与速度信息精度极大改善，还能够估计出惯性平台姿态与陀螺漂移等误差量，使得惯性导航系统性能有效改善。另外通过惯性导航系统提供的速度等信息的有效利用，还能够将卫星导航系统跟踪回路截获与锁定信号能力极大提升。

3　组合导航特征

正是在近代导航技术与理论高速发展而产生组合导航，不管是哪一种单一导航都会存在相应的优缺点。各个国家研究组合导航的一个重要就是组合导航的导航参数估计方法，这种方法也是实现高精度组合导航的一条途径。通过将卫星导航系统与惯性导航系统这两者组合导航当成例子，通过卫星导航接收机做好惯性导航的调整，以便能够将惯性导航系统漂移予以限制，导致系统精度处于卫星导航误差范围之内。从当前的情况来看，各个国家往往通过卡尔曼滤波估计导航系统最优或者次优状态。通过卫星导航定位信号的作用发挥，凭借最优估计算法，那么在导航计算机当中能够周期性的将陀螺仪与加速度计误差周期性补偿，以便随着时间增长而加大惯性导航系统的定位误差。而且在这一过程当中，惯性导航系统在受到干扰丢失卫星导航信息的比较短的时间范围内能够提供准确位置与速度信号，还能够为卫星导航接收机比较快的做好导航卫星的重新捕获提供帮助。卫星导航系统在

二十世纪九十年代逐步发展成高精度导航基础。卫星导航系统与惯性导航系统有效组合系统在进行定位精度保证中，当借助不同误差进行间隔时间修正，那么就会导致出现特别大的加速度计与陀螺仪性能要求。考虑在不同载体处于可靠性、工作时间、价格、精度等特别大的导航系统要求差别，那么在进行组合导航系统的设计环节，往往可以采取以下组合导航方案。

一是独立工作。这一方案就是可以独立提供导航信号，其特征就是为了将卫星导航与惯性导航系统的软硬件并不要求进行改变，存在相应的冗余。

二是松散组合。这一方案并不改变卫星导航与惯性导航系统软硬件，可是应该增加一台导航计算机。而且在这一过程当中，应该将一台卫星导航信号的kalman滤波器增加在卫星导航接收机。这一方案主要存在单独的卫星导航系统、单独的惯性导航系统、卫星导航与惯性导航组合系统三种输出信号。根据对这一方案进行分析，各个分系统主要存在以下的功能：惯性导航提供姿态角、速度、姿态角变化速率、加速度、位置等参数，卫星导航提供时钟漂移、加速度、位置、时钟偏差、速度等参数，组合导航计算机提供加速度计、姿态角、陀螺仪修正量以及速度、位置等。

三是紧密组合。美国几家生产激光陀螺惯性导航系统公司公司实施这一方案，在一个机箱当中组装惯性导航、组合导航计算机、多通道卫星导航接收机，做好配套软件开发，构成嵌入式惯性导航与卫星导航系统。这一系统其优势则是尚未单独提升导航精度，在这一过程当中还会将卫星导航接收机所具备的抗电子干扰能力提升。如果短时间中断卫星导航信号，组合系统还可以继续工作，另外还能够特别快的将导航卫星找到。为此，这一方案应用在特别多的高精度导航领域。比如实施合成孔径雷达飞机当中，要想将目标位置确定，应该具备准确速度信号，通过这一指导系统发挥，除此之外，这一方案还应用在飞机着陆系统。

四是深度组合。这一方案类似于卫星导航与惯性导航、紧密组合的系统，其所存在的差别据说将卫星导航接收机当中的载波跟踪回路与电码予以取消，这就能够将伪距与变化速率估计的不稳定问题有效预防。如果提升计算机快速性，那么就应该对深度发展组合的卫星导航与惯性导航系统高度重视。

4　结束语

总而言之，在民航当中应用各种不同深度组合的卫星导航与惯性导航组合导航系统，这也为发展我国民航事业开拓广泛前景。当前主要发展导航定位技术的一个趋势就是组合导航系统，并且也广泛的应用在民航领域。然而导航技术长期保持着发展，在发展的现代科学技术条件下，这也就将新的手段和方法提供给导航技术，而且在这一过程将新的要求提出给导航技术，为进一步发展导航技术起到促进与推动。

［1］ 焦竹青，姜成飞，戎海龙，马正华.小型无人机组合导航系统的姿态确定方法研究［J］.常州大学学报（自然科学版）.2016（03）

［2］ 江杰，高超，虞丽娜.权值动态分配的加权平均法在姿态解算中的应用［J］.航空制造技术.2016（11）

Application Research of integrated navigation in Civil Aviation

Ning Fangqing
（Jiangnan mechanical and Electrical Design Institute，Guiyang Guizhou，550009）

This paper first describes the advantages and disadvantages of inertial navigation and satellite navigation both，then referred to China's civil aviation system is currently using the necessity of integrated navigation，finally introduces the characteristics of integrated navigation，through the study of this paper，in order to provide some reference for China's civil aviation application integrated navigation.

civil aviation；integrated navigation；inertial navigation；satellite navigation；application