m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（2）组合导航概念（续）
优势：
惯性导航系统
信 息 融 合
✪ 综合惯性/卫星导航优点 ✪ 改善了系统精度 ✪ 加强了系统的抗干扰能力
卫星导航系统
m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（2）组合导航概念（续）
优势：
统所获得信息的分析结果按一定的算法进行融合，得到
最终的目标状态估计。
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （4）几种融合方法的优缺点比较
贝叶斯估计：每一个命题都要有一个先验概率
Dempster-Shafer证据理论：只支持当前信息有效的命题 ，这样可以避免概率的不稳定性，但D-S理论积累单独的 信息源，造成事件合并后，时间权重和信任度之间的不合 理关系。 神经网络：它需要较大的样本进行训练，使其在一些未知 环境中的应用受到限制。
信息融合技术在组合导航 系统中的应用
2015.6.16
主要内容
一、组合导航概述
二、GPS/INS组合导航系统 三、信息融合 四、信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中 的应用
m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（1）背景（续） 几种常用导航系统优缺点：
优点：完全自主、运动参数完备、抗干扰性强
传感器1 外 部 信 号
预处理1 目标状态
传感器2 . … .. 传感器n
预处理2
融 合
估 计
预处理n
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （3）多传感器信息融合结构（续）
就组合导航系统而言，各子系统所量测的信息在种类
和形式上都有所不同，可能有距离、速度，也可能有角 度、加速度等。融合系统首先对这些数据进行预处理以 完成数据配准，即通过坐标变换和单位换算，把各传感 器输入的数据变换成统一的表达形式，然后将各量测系
惯性导航系统
信 息 融 合
✪ 降低速度误差 ✪ 提高惯性平台姿态精度 ✪ 抑制位置误差增大
m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（2）组合导航概念（续）
优势：
惯性导航系统
信 息 融 合
✪ 完全自主、实时性强
✪ 运动参数完备
✪ 姿态误差不随时间发散
天文导航系统
m62 visualcommunications
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。
m62 visualcommunications
4 GPS/INS组合导航技术的民事应用
（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。
m62 visualcommunications
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （4）几种融合方法的优缺点比较（续）
卡尔曼滤波：已逐渐成为多传感器信息融合系统的主要技术手段。基 于联合卡尔曼滤波的信息融合算法用于实时地估计系统的误差状态， 然后依据最小均方误差估计的控制规律，对惯性导航系统进行反馈修 正，从而提高整个系统的导航精度。
3 信息融合
（2）信息融合原理 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。 信息融合要充分利用信息资源，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。
✪ 加权平均信息融合方法
✪ 贝叶斯估计信息融合方法 ✪ D-S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
m62 visualcommunications
主要内容
一、组合导航概述 二、GPS/INS组合导航系统 三、信息融合
四、信息融合技术在GPS/INS组合导航系 统中的应用
缺点：误差积累、成本较高
惯性导航系统
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
卫星导航系统
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
天文导航系统
m62 visualcommunications
1 组合导航概述
（2）组合导航概念
两种或两种以上的导航技术的组合，组合后的
m62 visualcommunications
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。
m62 visualcommunications
2 GPS/INS组合导航系统
同时，将各个全局滤波器的结果进行融合，并将融合后 的结果按信息守恒原则反馈到各局部滤波器，作为下一 滤波周期的初始值。
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （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
GPS和INS两个子系统所对应的局部滤波器独立地进
行时间更新和量测更新，它们采用的是常规集中式卡尔 曼滤波，得到局部最优估计。
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （5）算法描述与结果（续）
作为信息融合中心的全局滤波器在完成时间更新的
对INS数据性能要求 高
2 GPS/INS组合导航系统
（4）GPS/INS组合导航的特点
✪ 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，
m62 visualco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。
信号 1 信号 2 信号 n
数据层融合结构
m62 visualcommunications
融 合
特 征 提 取
3 信息融合
（1）信息融合技术概念 发展
导航系统： 单一导航系统
导航信息处理方法：单一系统信息处理
组合导航系统 发展 信息融合
信息融合又可称作多传感器融合，利用计算机技
术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则 下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务 而进行的信息处理过程。
m62 visualcommunications
识 别
3 信息融合
信号 1 信号 2 信号 n 特征提取 特征提取 特征提取 融 合 识 别
特征层融合结构
信号 1 信号 2 信号 n
特征提取 特征提取 特征提取
识别 识别 识别 融 合
决策级融合结构
m62 visualcommunications
3 信息融合
（3）信息融合方法 目前，国内外的信息融合方法主要有下面几种：
m62 visualcommunications
4 信息融合技术在GPS/INS组合导航系统中的应用 （5）算法描述与结果 组合导航系统的离散状态方程和观测方程分别为：
X (k 1) F (k 1, k ) X (k ) G(k )W (k )
Z (k ) H (k ) X (k ) V (k )
松耦合组合系统
结构简单具、易于实现、 几乎无冗余信息，不 大幅度提高系统精度 组合模式的精度与鲁棒 性较高 利于异常诊断 其组合系统不能用作
紧耦合组合系统
单独的导航系统进行
解算
深耦合组合系统（超 紧耦合组合系统）
m62 visualcommunications
提高有效信噪比、信号
可重新捕获
结构复杂、计算量大、
天线 X轴陀螺 Y轴陀螺 Z轴陀螺 X轴加速度计 Y轴加速度计 Z轴加速度计
（1） GPS/INS 组 合 系 统 构 成
m62 visualcommunications
GPS接收机
接口电路
接口电路
接口电路
GPS导航系统
惯性导航系统
电源模块
处理器 输出 数据解算、 融合系统
其他设备
数据接收、 显示系统
名 称
定 义 由GPS给出的伪距与伪距率测量值同INS给出
紧耦合组合系统
的相应量估计值进行比较
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
m62 visualcommunications
2 GPS/INS组合导航系统
（3）GPS/INS组合方式优缺点
名称 非耦合组合系统 优点 方法简单、保持独立工 作、提供系统冗余度 缺点 不具备耦合的增强功 能和抗干扰能力
2 GPS/INS组合导航系统
（2）GPS/INS组合方式
名 称
定 义 GPS估计的位置在规定的时间间隔内简单地重
非耦合组合系统
复INS给出的位置值
由INS和GPS给出的位置和速度估计值进行比
松耦合组合系统