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空 天 力 量 杂 志
仪 ”。 5 虽 然 现 在 导 航 技 术 已 有 巨 大 的 发 展 ,
许 多 现 代 系 统 ( 比 如 惯 性 导 航 系 统 [INS] )
仍 然 基 于 航 位 推 算 仪 原 理 ( 假 定 一 个 起 点 ,
然 后 跟 踪 位 置 、 速 度 、 方 向 和 / 或 距 离 经 过
一 段 时 间 后 的 变 化 )。
导 航 发 展 趋 势
现 代 惯 性 导 航 系 统 在 短 期 内 相 当 精 确 ,
但 若 在 大 范 围 精 确 航 行 和 协 调 , 则 需 要 极 其
严 格 的 定 位 信 息 , 因 此 催 生 出 GPS 技 术 。
GPS 技 术 已 经 成 为 现 代 导 航 的 中 坚 , 在 过 去
20—30 年 中 不 断 改 进 , 不 仅 极 大 提 高 了 导 航
精 确 度 , 可 以 将 导 航 中 定 位 偏 差 精 确 到 英 尺
甚 至 英 寸 , 而 且 可 将 各 种 运 作 系 统 和 设 备 同
步 , 从 而 获 得 前 所 未 有 的 效 率 。 军 事 用 户 因
此 可 以 更 经 济 运 用 作 战 资 源 、 集 中 优 势 兵 力
和 开 展 突 然 打 击 , 将 这 种 效 率 转 变 成 作 战 优
势 。 国 防 部 和 民 间 使 用 的 许 多 系 统 越 来 越 多
地 依 赖 可 靠 卫 星 导 航 , 这 些 系 统 中 的 许 多 运
载 平 台 互 相 依 存 和 协 同 , 以 ( 经 常 自 动 地 )
完 成 各 种 任 务 和 使 命 。 事 实 上 , 许 多 系 统 不
仅 仅 需 要 靠 GPS 导 航 , 还 需 要 靠 GPS 才 能
运 行 ,GPS 对 这 些 系 统 而 言 已 经 是 不 可 缺 少
的 功 能 。 并 且 ,GPS 的 精 确 度 ( 包 括 设 备 本
身 精 确 度 和 支 持 设 备 运 行 的 算 法 语 言 , 如 差
动 GPS) 不 断 提 高 , 可 以 排 除 掉 信 号 中 的 大
多 数 错 误 。 现 在 , 用 户 在 某 些 应 用 中 , 如 军
用 飞 机 精 确 降 落 , 以 及 不 久 将 来 的 自 动 空 中
加 油 等 , 可 以 方 便 地 获 得 近 乎 厘 米 级 精 确 度
的 定 位 。 随 着 GPS 技 术 的 潜 在 “ 客 户 ” 群 体
不 断 扩 大 , 市 场 正 在 推 出 各 种 低 成 本 、 小 体
积 的 接 收 器 , 以 满 足 需 求 。GPS 的 无 所 不 在
特 征 , 使 用 户 ( 尤 其 是 军 事 用 户 ), 包 括 参 加
作 战 的 每 一 名 军 人 、 每 一 件 机 场 设 备 、 每 一
件 运 载 平 台 等 , 越 来 越 倾 向 于 依 赖 GPS 功 能
来 执 行 跟 踪 和 发 现 。 在 过 去 , 由 于 传 统 导 航
装 置 和 早 期 GPS 接 收 器 庞 大 而 昂 贵 , 我 们 只
能 跟 踪 飞 机 等 大 型 装 备 。 而 今 , 可 以 说 每 一
名 战 士 的 背 包 中 都 配 有 一 个 GPS 接 收 器 。
军 队 和 民 间 对 GPS 的 依 赖 在 增 加 ,GPS
系 统 被 干 扰 或 毁 坏 的 风 险 也 相 应 加 大 。 因 此 ,
用 户 需 要 配 备 具 备 导 航 和 同 步 能 力 的 备 用 设
备 , 以 备 GPS 系 统 发 生 问 题 。 空 军 首 席 科 学
家 最 近 把 “GPS 中 断 环 境 下 的 PNT( 定 位 、
导 航 、 定 时 的 词 头 缩 写 )” 列 为 我 军 近 期 未 来
的 12 项 科 研 重 点 之 一 ( 按 重 要 程 度 排 序 )。 6
先 进 导 航 技 术 中 心 的 研 究 人 员 正 就 这 个 问 题
进 行 攻 关 , 努 力 研 制 出 不 依 赖 GPS 的 导 航 手
段 。
由 于 GPS 系 统 在 大 多 数 情 况 下 提 供 精 确
的 PNT, 那 么 理 想 的 替 代 技 术 通 常 需 要 运 用
导 航 算 法 把 两 个 或 更 多 的 传 感 器 结 合 起 来 。
本 文 以 下 部 分 解 释 导 航 算 法 和 传 感 器 整 合 技
术 基 本 概 念 , 然 后 介 绍 先 进 导 航 技 术 中 心 目
前 正 在 探 讨 的 四 种 非 GPS 导 航 方 法 。
导 航 算 法 和 传 感 器 整 合
导 航 算 法 是 把 信 息 按 规 则 混 合 , 通 常 通
过 预 测 — 观 测 — 比 较 流 程 来 表 达 ( 见 图 1)。
图 中 右 下 处 的 “ 导 航 状 态 ” 表 示 用 户 当 前 的
导 航 状 态 , 或 者 说 是 有 关 此 用 户 当 前 位 置 、
速 度 等 的 所 有 信 息 以 及 对 此 组 信 息 质 量 的 评
定 。 我 们 可 以 认 为 这 个 状 态 是 系 统 对 用 户 位
置 的 最 佳 猜 定 , 以 及 系 统 对 这 种 猜 定 之 精 确
性 的 评 定 。 图 中 的 “ 传 感 器 ” 框 为 整 个 系 统
测 量 或 观 测 数 据 , 从 而 了 解 用 户 的 导 航 状 态 。
对 GPS 而 言 , 该 系 统 观 测 的 是 到 某 一 颗 卫 星
的 距 离 。 它 还 运 用 真 实 世 界 的 一 个 模 型 , 称
为 “ 世 界 模 型 ” 框 。 在 GPS 中 , 这 个 模 型 可
能 由 GPS 所 有 卫 星 的 位 置 ( 轨 道 ) 组 成 。
在 “ 预 测 ” 阶 段 , 该 系 统 使 用 世 界 模 型
和 导 航 状 态 来 预 测 此 系 统 应 观 测 到 什 么 ; 图
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