ä¸‹è½½æœ¬æœŸå ¨æ–‡ - Air & Space Power Chronicles

GPS 受 阻 环 境 下 的 精 确 定 位 、 导 航 和 定 时
真 实 世
世 模
传 感 器
比 较
“ 预 测 ” 算 法
导 航
图 1 : 导 航 算 法 示 意 图
中 的 “ 预 测 算 法 ” 框 表 示 这 个 过 程 。 在 “ 观 测 ”
阶 段 , 该 系 统 接 收 一 个 来 自 真 实 世 界 的 噪 声 —
蚀 损 测 量 值 。 在 “ 比 较 阶 段 ”, 算 法 将 预 测 值
与 实 际 值 进 行 匹 配 对 比 , 然 后 运 用 差 值 来 修
正 导 航 状 态 , 并 可 能 修 正 世 界 模 型 。
设 想 一 个 简 化 导 航 示 例 : 用 户 希 望 确 定
自 己 距 一 堵 墙 的 位 置 。 他 用 目 测 判 断 距 离 ,
预 测 为 约 30 英 尺 ( 此 时 , 导 航 状 态 为 30 英
尺 但 不 确 定 性 高 )。 用 户 进 一 步 通 过 测 量 或 观
测 , 即 使 用 精 密 激 光 测 距 仪 得 到 实 际 距 离 为
31.2 英 尺 。 他 将 预 测 值 和 观 测 值 进 行 比 较 ,
马 上 丢 弃 前 者 而 相 信 后 者 , 因 为 他 显 然 更 信
任 基 于 激 光 测 距 仪 的 测 量 值 , 而 非 ( 基 于 目 测 )
的 当 前 导 航 状 态 。
把 预 测 和 观 测 混 合 起 来 , 构 成 了 最 令 我
们 感 兴 趣 的 方 法 , 但 有 时 候 用 户 对 预 测 值 和
观 测 值 同 等 信 任 , 即 使 两 者 有 差 异 。 为 处 理
好 混 合 , 典 型 的 INS/GPS 混 合 应 用 是 采 用
Kalman 过 滤 器 来 执 行 预 测 — 观 测 — 比 较 流
程 。 7 INS 通 过 跟 踪 用 户 的 移 动 来 预 测 其 位 置 ;
然 后 GPS 接 收 器 运 用 来 自 系 统 卫 星 的 测 量 值
来 “ 观 测 ” 用 户 的 位 置 ; 最 后 Kalman 过 滤 器
把 INS 预 测 值 和 GPS 观 测 值 对 比 , 生 成 基 于
这 两 个 结 果 之 相 对 质 量 的 混 合 解 决 方 案 。
典 型 的 现 代 导 航 系 统 都 是 混 合 INS 与
GPS 更 新 值 来 产 生 可 信 的 导 航 估 算 值 —— 之
所 以 说 “ 可 信 ”, 是 因 为 这 两 个 输 入 值 互 相 补
偿 。INS 提 供 运 载 平 台 在 运 动 中 的 近 乎 连 续
的 准 确 估 算 , 但 误 差 总 会 随 着 时 间 而 加 大 。
例 如 , 即 使 是 最 精 确 的 INS, 在 最 初 能 生 成
非 常 接 近 真 实 位 置 的 估 算 值 , 但 误 差 积 累 到
最 后 将 导 致 其 位 置 估 算 值 不 可 再 用 。GPS 正
好 相 反 , 它 不 频 繁 更 新 估 算 , 从 而 也 无 误 差
积 累 。 按 串 列 方 式 ,INS 可 在 短 期 中 提 供 准
确 的 导 航 估 算 值 ,GPS 则 能 在 长 期 中 提 供 准
确 数 值 。 换 言 之 ,GPS 传 感 器 约 束 了 INS 的
漂 移 误 差 。
在 GPS 中 断 环 境 中 进 行 定 位 、 导 航 、
定 时 的 四 种 可 能 导 航 方 法
用 无 线 电 信 标 导 航
无 线 电 信 标 ( 即 人 造 信 号 源 为 导 航 目 的
进 行 广 播 以 增 强 或 替 代 GPS 信 号 ) 可 以 在 信
号 薄 弱 或 被 蓄 意 干 扰 的 环 境 下 发 挥 作 用 。 美
国 国 防 先 进 研 究 局 启 动 了 一 个 计 划 , 以 “ 展
示 机 载 假 卫 星 的 应 用 前 景 , 假 卫 星 是 由 飞 机
运 载 的 一 种 高 功 率 、 类 似 GPS 的 发 射 机 , 用
于 广 播 强 大 的 GPS 替 代 信 号 , 此 信 号 可 以 ‘ 烧
47