基本介紹
- 中文名：組合式導航儀
- 外文名：Combined navigation
組合式導航概念,基本要求,基本方法,基本功能,實質,組合式導航工作原理,信息融合理論,卡爾曼濾波原理,導航信息預處理,Kalman濾波在組合導航中的套用,幾種常用導航系統優缺點,組合式導航的輔助信息源,計程儀,星光敏感器,高度表,GPS接收機,測速儀,組合導航系統的類型,GPS/INS組合導航,分類,特點,INS/GNSS/CNS混合型組合模式,套用,中國現狀,
組合式導航概念
兩種或兩種以上的導航技術的組合，組合後的系統稱為組合導航系統。組合導航系統克服了單一導航系統的局限性，充分發揮了各自導航系統的獨特性，能夠利用多種信息源，構成一種有多餘度和導航準確度更高的多功能系統。
基本要求
高精度、可靠性、實時性、小型化、一體化
基本方法
迴路反饋法：採用經典迴路控制方法，抑制系統誤差，使各系統之間實現性能互補。
最優估計法：採用卡爾曼濾波。從機率統計最優的角度估計出系統誤差並消除。
基本功能
協和超越、優勢互補、余度功能
實質
以計算機為中心，將各個導航感測器送來的信息加以綜合和最最佳化數學處理，然後對導航參數進行綜合顯示和輸出。
組合式導航工作原理
信息融合理論
在過去的幾十年里，導航系統從單一感測器類型系統發展到了組合導航系統，將多種類型的感測器進行最佳化配置，性能互補，使得系統的精度和可靠性都有了很大提高。導航信息的處理方法也由圍繞單個特定感測器所獲得的數據集而進行的單一系統信息處理，向多感測器多數據集信息融合的方向發展。現代導航系統都採用了冗餘技術，具有多套導航測量設備，
信息融合原理 信息融合是對多源信息的綜合處理過程，它利用的是人類或其他邏輯思維系統中常用的基本功能，如人在自然界運用了各種器官(相當於感測器)眼、耳、鼻、四肢等感受到的環境信息(聲音、景物、氣味、觸覺等)，再將這些信息組合起來，通過大腦思維器官和先前積累的知識去進行分析判斷，從而得出結論。信息融合原理的實質就是模仿人腦綜合處理複雜問題的過程，各種感測器的信息可能具有不同的特徵，如實時的或非實時的、快速變化的或緩慢變化的、確定的或模糊的、相關的或互補的，也有相互矛盾的。信息融合就是要充分利用這些信息資源，經由對通過感測器得來的及其他已經掌握的信息合理使用和支配，對空間或時間上冗餘或互補的信息，依據某種準則進行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述。信息融合技術的基本目標是利用多感測器系統的優勢，推導出更多的信息，提高多感測器系統的功效。多感測器信息融合系統與單感測器信號處理或低層次的數據處理相比，它不再是對人腦信息處理方式的低水平模仿，而是充分有效地利用多感測器的資源，更大限度上地獲得被測目標和環境的信息量。多感測器信息融合與經典信號處理方法也有本質上的區別，其中的關鍵是信息融合所處理的多感測器信息具有更複雜的結構層次，並且能在不同的信息層次上出現，如數據層、特徵層、決策層等。
信息融合的方法 加權平均信息融合方法、貝葉斯估計信息融合方法、Dempster—Shafer證據理論、模糊邏輯法、神經網路方法、Kalman濾波信息融合方法、專家系統方法
卡爾曼濾波原理
Kalman濾波是卡爾曼(R. E. Kalman)於1960年提出的從與被提取信號有關的觀測量中通過算法估計出所需要信號的一種算法。他把狀態空間的概念引入到隨機估計理論中，把信號過程視為白噪聲作用下的一個線性系統的輸出，用狀態方程來描述這種輸入和輸出關係，估計過程中利用系統狀態方程、觀測方程和白噪聲激勵(系統噪聲和觀測噪聲)的統計特性形成濾波算法。它早期只適用於線性系統，在此後的10多年間，一些學者又把它推廣使之能套用於非線性系統中，它使用範圍比較廣泛。卡爾曼濾波與常規濾波的含義與方法完全不同，實際上是一種最優估計方法。Kalman濾波實質是一種線性、無偏、最小方差估計的遞推算法，也常稱為現代最優估計理論。它採用了狀態空間的模型結構，能對非平穩過程信息進行最小方差估計，並且具有數據存儲最小，易於計算機實現的特點。
卡爾曼濾波基本原理 根據系統方程的不同，卡爾曼濾波基本方程包括連續型卡爾曼濾波方程與離散卡爾曼濾波方程，在工程上常用的是離散卡爾曼濾波方程。Kalman濾波是從與被提取的信號有關的含有噪聲的觀測量中通過某算法估計出所需信號的一種濾波算法。把狀態空間的概念引入到隨機估計理論中，把信號過程視為白噪聲作用下的一個線性系統輸出，用狀態方程來描述這種輸出關係，估計過程中利用系統狀態方程、觀測方程和白噪聲激勵(系統噪聲和觀測噪聲)的統計特性形成濾波算法。
集中卡爾曼濾波 按標準卡爾曼濾波，同時處理來自各個子系統的觀測數據，稱為集中卡爾曼濾波法。也就是系統的所有狀態變數在一個濾波器同時處理。集中式卡爾曼濾波器結構，它將各子系統的觀測數據輸入到信息融合中心，利用卡爾曼濾波進行處理，得到關於狀態量的最優估計
聯邦卡爾曼濾波 （1）分散濾波（2）聯邦濾波 聯邦濾波器是在分散化濾波的基礎上提出的，分散化濾波由於設計的靈活性、計算量小、容錯性好而受到了重視
自適應卡爾曼濾波 在實踐中由於難以滿足kalman濾波的假設條件，以及受到處理器速度、容量和計算方法誤差等客觀條件的限制 (1) 系統方程存在建模誤差(2) 數值計算不穩定
導航信息預處理
在實際工程套用中，由於外界干擾或參考基準的不同，使得各導航子系統輸出的導航信息難以直接利用，因此必須經過處理才能使用。對導航信息的這種前期處理稱為預處理。引起導航信息不能直接利用的因素主要有以下幾個方面：①由於各種干擾的存在而出現的明顯偏離正常值的野值數據；②各導航子系統的參考坐標系不一致。處理方法：（1）野值處理（2）基準統一
Kalman濾波在組合導航中的套用
（1）狀態量和觀測量的選取 當設計Kalman濾波器時，首先必須列寫出描述系統動態特性的系統狀態方程和反映量測與狀態關係的量測方程。如果直接以導航系統的導航輸出參數（例如慣導計算出的經緯度、速度、姿態角等）作為狀態，即直接以導航參數作為估計對象，則稱這種濾波方法為直接法濾波；如果以導航系統的誤差量作為狀態，即以導航參數的誤差量作為估計對象，則稱為間接法濾波。
（2）輸出校正和反饋校正 從Kalman濾波器得到估計有兩種方式，一種是將估計作為組合導航的輸出，或作為慣導系統的校正量，這種方法稱為開環法；另一種是將估計反饋到慣導和其餘子系統中，估計出的導航參數就作為慣導力學編排的相應參數，估計出的誤差作為校正量，將慣導和其它導航設備中的相應誤差量補償掉，這種方法稱為閉環法。
幾種常用導航系統優缺點
慣性導航系統：優點：完全自主、運動參數完備、抗干擾性強。 缺點：誤差積累、成本較高。（分為平台式慣導系統INS，捷聯式慣導系統SINS）
衛星導航系統：優點：全天候、高精度、誤差不積累。 缺點：缺少姿態信息、易被干擾。
天文導航系統：優點：自主、精度高、誤差不積累。 缺點：輸出信息不連續、受氣候條件影響大。
測向測距導航系統：缺點：方位角誤差較大，方位對準精度差。
組合式導航的輔助信息源
計程儀
在航海系統中，採用計程儀可以連續測量運動中船舶的速度並計算出船舶的累計航程。航海計程儀已經有上千年的歷史了，19世紀以後出現了近代計程儀。後來得到廣泛使用的有梅西式和沃克式拖曳計程儀，20世紀30年代出現薩爾式水壓計程儀和契爾尼克夫式轉輪計程儀。50年代出現電磁計程儀。以上各種計程儀均系測量船舶相對於水的航速和航程，只有根據水的流速和流向加以修正，方能求得船舶相對於水底的航速和航程。50年代出現的都卜勒計程儀和70年代製成的聲相關計程儀，在一定水深內可以直接測量船舶相對於水底的航速和航程，使計程儀發展到一個新的水平。近代計程儀主要由測速部分和指示部分組成。測速部分用以檢測和放大船舶航速信號或航程信號;指示部分用機械或電氣形式顯示船舶航速或航程，再通過積分或微分方法顯示航程或速度。不同類型的計程儀的工作原理和性能如下所述。
（1）拖曳計程儀： 利用相對於船舶航行的水流，使船尾拖帶的轉子作旋轉運動，通過計程儀繩、聯接錘、平衡輪，在指示器上顯示船舶累計航程。這種計程儀線性差，高速誤差大，受風流影響大，操作不便，但性能可靠，有的船舶作為備用計程儀。
（2）轉輪計程儀：利用相對於船舶航行的水流，推動轉輪旋轉，產生電脈衝或機械斷續信號，經電子線路處理後，由指示器給出航速和航程。這種計程儀線性好，低速靈敏度較高，易於計算、較準確(有的速度精度可達0.1節，航程精度可達0.5%)結構簡單，成本低等優點，但機械部分容易磨損。除小船套用外，己逐漸被淘汰。
（3）水壓計程儀： 利用相對於船舶航丘水流的動壓力，作用於壓力傳導室的隔膜上，轉換為機械力，藉助於補償測量裝置，將機械力轉換為速度量，再通過速度解算裝置給出航程。這種計程儀工作性能較可靠，但線性差，低速誤差大，不能測後退速度，機械結構複雜，使用不便，漸被淘汰。
（6）聲相關計程儀： 套用聲相關原理測量來自水底同一散射源的回聲信息到達兩接收器的時移，以計算出相對於水底的航速和航程。這種計程儀可測後退速度，兼用於測深。水深超過數百米時也變成相對於水的計程儀，尚在改進中。
星光敏感器
星敏感器是一種完全獨立和自主的測量儀器，以天空中的恆星作為參照物，利用CCD拍攝到的某一天區的星圖，進行星點提取、星圖識別等處理，並根據它們在星敏感器坐標系中的位置、星敏感器安裝和恆星在慣性坐標系下的位置，經過一系列坐標變換、計算和濾波，得到太空飛行器的位置、速度信息。星敏感器具有高度的自主性、較高的跟蹤精度以及快速的故障恢復能力，無需地面人為干預和任何先驗信息即可實現太空飛行器位置的初始捕獲和跟蹤。CCD(Charge Coupled Devices)的問世使星敏感器的精度、穩定性和可靠性都發生了飛躍性的變化。CCD星敏感器以其體積小、重量輕、精度高且測量誤差不隨時間積累、功耗低等特點很快獲得了廣泛的套用。
CCD星敏感器的測量原理：恆星的亮度常用星等來表示，恆星越亮，星等越小。星敏感器對高於某一亮度的恆星輻射敏感，能從天空背景中搜尋、識別和跟蹤星體，並藉此獲取太空飛行器相對慣性空間的姿態信息，適用於太空飛行器的高精度姿態控制。一般來說，其精度比太陽敏感器高一個數量級，比紅外地平儀高兩個數量級。由於恆星的角直徑極小，恆星敏感器的測角精度極高，目前已經達到了0.00008度。CCD星敏感器是以恆星星光作為非電量測量對象，以電荷藕合器件CCD(Charge Coupled Devices)作為核心敏感器件的光電轉換電子測量系統。新一代CCD星敏感器包括光路部分、CCD、相機電子部件、飛行用微處理器、存儲器、軟體、接口電子部件、能量供給和禁止套等等。按工作性質主要分為探頭信號測量元件、模擬信號處理單元、數據採集存儲單元和數據處理單元幾部分組成。
星敏感器的具體測量原理如下:星敏感器以某一顆亮度高於+2可見星的恆星作為基準，測量其相對於太空飛行器的角位置，並同星曆表中該星的角位置參數進行比較，來確定太空飛行器的姿態。也即通過對恆星星光的敏感來測量太空飛行器的某一個基準軸與該恆星視線之間的夾角。
高度表
雷達高度表是一種主動遙感設備，最初用於測量地面上空的飛行器高度，後來逐漸擴展到其它方面如控制投彈，低空導航，地形迴避等套用上。近幾十年隨著宇航制導技術，電子技術，積體電路和信號處理技術的發展，國內外各種新型雷達已被成功的用在了軌道測量，衛星定位，航天著陸，大地測量和測繪等方面。這裡簡單介紹幾種雷達高度表的套用。
（1）用於直升機的毫米波低空雷達高度表
直升機高度表的目的在於對接近地面的區域作出精確高度測量，尤其是在直升機失去發動機動力需要緊急著陸時，或進行自旋著陸時，精確的高度測量有利於飛機的平穩著陸。在設計方案上它採用了FMCW系統，這種雷達高度表體積小、重量輕，對安裝在直升機上的作業系統來說滿足了所有的機械要求。該系統採用了具有兩副天線的射頻頻段的一般結構，由於可能出現較寬的傾斜角範圍，所以使用了波導端被加寬了的寬角天線。套用差拍原理，接收信號經交叉混頻器變成差頻。為減小多譜勒效應的影響，使用相當短的加:掃描時間，產生一個1kHZ~1MHZ的差拍頻率范。低噪聲放大器接上一級程式增益級，使得信號振幅符合A/D轉換器的動態範圍。通過一個在高頻極限時具有銳截止特徵的有源高通濾波器的斜率來計算距離對接收信號功率的影響。整個系統用一台16bit的微機來控制。系統的測量精度為: ±0.lm (0-20m)，±lm (20-150m) 直升機高度表具有極高的分辨力，能夠精確指示直升機下面的區域以迴避障礙物，在精確的高度信息基礎上該系統能夠幫助飛機的自旋著陸
（2）“土星”雷達高度表
“土星”雷達高度表是為“土星”火箭套用而設計的，它可以在離地面50-400km上工作，並以小於8m的數據增量提供高度信息，絕對精度為±30m。它可以工作在橫滾和俯仰角為±10º，垂直速度為1-6km/s的火箭上。定時器以144Hz的脈衝重複頻率產生同步脈衝用來觸發調製器。發射機是由1μs調製脈衝進行調製的。發射機發射1μs、5kW脈衝，通過天線收發開關饋送到天線。回波脈衝從天線經過收發開關通往混頻器，與本振信號混頻。混頻器輸出30MHz的中頻信號，經過中頻放大和檢波，檢波輸出的視頻脈衝饋送到跟蹤器，此時可精確的測定該信號相對於發射脈衝的延遲。距離跟蹤器產生一個計算門，這個門的寬度等於觸發脈衝前沿與接收到的回波脈衝前沿之間的時間間隔。定時器輸出以18位二進制數字表示的高度數據。
（3）海洋雷達高度表
海洋雷達高度表是以一定的重複頻率向海面發射脈衝經空間傳播到達海面，再經海面後向散射的回波信號被接收機接收。回波信號含有多種信息:發射信號往復時間延遲，即雷達高度表距海面的高度;脈衝在海面的散射過程，即有效波高信息;回波信號強度，即後向散射係數
海洋雷達高度表採用脈衝壓縮全去斜坡技術和α-β跟蹤器自適應跟蹤控制技術這兩種關鍵技術。脈衝壓縮即在脈衝內附加線性調頻信號，擴展信號頻率以提高分辨力，海洋雷達高度表採用一個線性調頻信號產生器產生線性調頻信號發射信號和本振信號，接收回波信號和本振信號在混頻器中混頻，輸出差頻信號為一正弦波，去掉了線性調頻，這一技術即為全去斜坡技術。
“天空實驗室”S199雷達高度表是裝置在天空實驗室衛星上並在1973年執行了三次飛行任務，實驗目的是獲得與大地測量和地球物理學有關的精密高度測量，概要繪製海洋表面的地貌圖。目前大地水準在很多海域都是知道的，精度可達到10-20m;而高度表則以±2-5m的精度在白天繪製出海洋大地水準面。但是要提供有用的海洋圖信息，就要求高度表有更高的解析度。對一部精度達到，加的高度表，應該能夠測出大陸的潮汐、風暴等引起的可能海洋高度。解析度為±0.1m加的高度表可提供對了解海洋與空氣界面能量交換有很大價值的一般環境資料。由此可見，衛星測高的整個效果和它最終達到更高解析度的能力有很大的關係。
（4）AHV系列機載雷達高度表
AHV系列雷達高度表是套用在波音飛機上的雷達高度表，是一種低高度的雷達高度表，它本身具有以下一些特點：
①獨特的FMCW處理方式
AHV系列雷達高度表具有獨特的FMCW單斜率技術，兼有傳統雙斜率FMCW體制和脈衝系統的優點。調製斜率和高度相關，輸入到接收機的是固定頻率的中頻信號，因而中頻濾波器具有固定的窄頻寬，在任何高度都不需要特殊的控制環路減小噪聲。系統抗干擾能力強，使得雙端/三端裝置不需要和發射機同步。其對離地面最近的點進行連續跟蹤，不受地貌或飛機側滾角的影響。又因其具有固定的窄帶濾波器，所以它比一般的FMCW體制或脈衝體制需要更少的RF功率輸出(70mW)。
②可維護性
AHV系列具有快捷方便的可維護性;傳統的BITE允許其對錯誤進行直接隔離;通過一個微處理器(AHV-550+AHV-540)控制存儲和顯示信息。 我國FMCW高度表採用法國AHV系列高度表的基本體制，主要技術均是採用硬體電路完成增益控制、信號識別、跟蹤和測量。目前國內外高度表的測高精度一般在1%一2%之間，隨高度的不同而有所變化。
GPS接收機
GPS接收機是用來接收、處理和測量GPS衛星信號的專門設備.由於GPS衛星信號的套用範圍非常廣泛，而信號的接收和測量又有多種方式，因此GPS接收機有許多種不同的類型。根據用戶接收機天線在測量中所處的狀態，GPS接收機可分為靜態定位和動態定位兩大類型。
（1）靜態定位 如果在定位過程中，用戶接收機天線處於靜止狀態，或者更明確的說，待定點在協定地球坐標系中的位置，被認為是固定不動的，確定這些待定點位置的定位測量就稱為靜態定位。在靜態定位時，由於待定點位置固定不動，因此GPS接收機可通過大量重複觀測提高精度，高精度地測量GPS信號的傳播時間，根據GPS衛星在軌的已知位置，從而算得用戶天線的三維坐標。由於這一原因，靜態定位廣泛套用於大地測量、工程測量、地球動力學研究和大面積地殼形變監測中。
（2）動態定位 如果在定位過程中，用戶接收機天線處於運動狀態，待定點位置將隨時間變化，確定這些運動著的待定點的位置，稱為動態定位。所謂動態定位，就是在運動著的載體上安置GPS接收機，GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中相對地球運動，GPS接收機用GPS衛星信號實時測得運動載體的狀態參數
測速儀
雷射都卜勒測速技術(LDV，Laser Doppler Velocimetry)是一種非接觸式測量方法，它利用流體中或固體表面的散射粒子對入射雷射進行散射，並通過光電探測器探測此散射光的頻移，根據其中所包含的速度信息(粒子散射光的頻移與粒子速度呈簡單線性關係)得到流體或固體表面的運動速度。它可通過控制光束精確地控制被測空間大小，使光束在被測點聚集成為很小的測量區域(僅為千分之幾立方毫米):獲得解析度為20~100微米的極高的測t精度;而且從原理上講，LDV回響沒有滯後，能跟得上湍流的快速脈動;它還可以實現一維、二維、三維的速度測里;從原理上看LDV輸出信號的頻率和速度成線性關係，它能覆蓋從每秒幾毫米到超音速很寬的流速範圍，且測t不受壓力、溫度、密度、粘度等流場參數的影響.總的來說，LDV動態回響快、空間解析度高、測t範圍大，在測t精度和實時性上都具有突出優點。現在LDV已成為科學研究和實際工程中測t固體表面運動速度和複雜流場流動速度的一種有力手段，甚至己經從最初的流速測t領域擴展到風洞速度場測量、邊界層流測量、二相流測量，以及噴氣過程和燃燒過程的研究。現有LOV的原理和性能比較現有的雷射都卜勒測速儀種類較多，按照其工作原理可分為頻譜分析型、濾波器庫型、頻率跟蹤型和計數型。
（1）頻譜分析型 頻譜分析型雷射都卜勒測速儀是最早出現的LDV之一，其測量對象是都卜勒信號的功率譜或與其等價的都卜勒頻率的機率密度函式。它採用一中心頻率可調的窄帶帶通濾波器勻速掃過所研究的頻率範圍以分辨輸入信號的各種頻率分量並進行顯示和記錄。頻譜分析是LDV用於診斷目的時最通用的方法。在不利的條件下，頻譜分析法對做初步測量是非常有用的:在穩定流動中，即使非常差的信號質量或者非常不連續的信號也可以實現頻譜記錄。其工作頻率範圍很寬，最高可達100陽z。同時它也具有幾個主要缺點:因為在窄頻帶外面的所有信號都去掉了，所以這種方法不能充分地利用有用的信號;要獲得由許多粒子信號所構成的可靠頻譜需要很長的測量時間，因此頻譜分析法不能給出瞬時速度的實時記錄;以模擬形式來處理頻譜既緩慢又麻煩。
（2）濾波器庫型 濾波器庫型雷射都卜勒測速儀的工作原理與頻譜分析型相同，不過濾波器庫使用的不是單個濾波器，而是調諧在量程中不同頻率上的許多並行濾波器，所以都卜勒頻譜的建立時間就要快得多。濾波器庫法比頻譜分析法更有效，因為所有存在的都卜勒信號都能同時影響濾波器庫的輸出。它具有比其他方法好得多的信噪比，在處理質量差的間斷都卜勒信號時極其有效。但是由於實際上我們只能採用有限個濾波器，它的解析度比較粗，因而只適合於高湍流流動而不適合於精確測量。並且由於濾波器頻率的固定分布，它對於頻譜分布不寬的低湍流度測量並不合算
（3）頻率跟蹤型 頻率跟蹤型雷射都卜勒測速儀是一台帶有頻率負反饋系統的解調器。它可以自動跟蹤頻率調製信號，並且把信號頻率變為模擬電壓，把調製信號的頻率變為模擬電壓的變化頻率，得到一個始終正比於所測流體速度的模擬信號。頻率跟蹤型雷射都卜勒測速儀最大的優點在於實時性很好，可以得到正比於瞬時速度的實時信息，與頻譜分析儀相比，其數據的獲得和處理要快得多。但是頻率跟蹤器要求輸入信號必須是連續的，這就必須保證流體中具有較高的粒子濃度，除非機內有良好的脫落保護;另外它能測量的最大湍流強度受動態回響、跟蹤範圍和轉換速率的限制;對於大多數跟蹤器來說，最大的瞬時都卜勒頻率為20MHz或略低一些，隨著信噪比降低性能變壞，並且有可能跟蹤假信號。
（4）計數型 計數型雷射都卜勒測速儀是一種計時裝置。它的主要工作是測量規定數目的都卜勒信號周期所對應的時間，這個時間就是粒子穿越測量區域中同樣數目的條紋所需的時間，利用快速數字電子裝置就可以得到都卜勒信號頻率和對應的粒子瞬時速度。計數型雷射都卜勒測速儀的設計、製造和套用非常經濟;適用於粒子稀少的流動場合，即使都卜勒信號不連續也能快速地得到瞬時速度信息;此外，它是一種時域的處理方式，沒有儀器的動態回響問題，也沒有粒子有限渡越時間加寬的影響，因而可以達到較高的時間解析度;但計數法對於噪聲非常敏感，不適於噪聲較強的情況。
組合導航系統的類型
【慣性/衛星組合導航系統 慣性/都卜勒組合導航系統 慣性/天文導航系統 慣性/測向測距導航系統】
慣性導航和衛星導航 信息融合 優勢：綜合慣性/衛星導航的優點 改善了系統精度 加強了系統的抗干擾能力
慣性導航和都卜勒聲納 信息融合 優勢：降低速度誤差 提高慣性平台姿態精度 抑制位置誤差的增大
慣性導航和天文導航 信息融合 優勢：完全自主、實時性強 運動參數完備 姿態誤差不隨時間發散
慣性導航和側向測距 信息融合 優勢：組合可以間斷也可以連續。常用於民航飛機，可用於區域導航。
衛星導航和慣性導航 組合方式：鬆散組合（低端商用）、緊組合（商用/軍用）、深組合（研究/軍用，分為：標量/矢量深組合結構）
GPS/INS組合導航
GPS/INS組合導航系統可以優勢互補、取長補短。用GPS的高精度定位信息通過組合濾波器來標定和補償慣導系統的積累誤差，提高導航精度。同時，利用慣導系統的速度和加速度信息對GPS進行速度輔助，以提高GPS的抗干擾能力以及動態性能。即使在GPS出現故障時，慣性系統仍能獨立工作並提供高精度的導航數據。
GPS/INS是一個最佳組合方案，其性能、成本和體積均能滿足各種運載器的導航技術要求。
分類
名稱：非耦合組合系統、松耦合組合系統、緊耦合組合系統、深耦合組合系統（超緊耦合組合系統） 定義：
非耦合系統：GPS估計的位置在規定的時間間隔內簡單地重複INS給出的位置值。
松耦合組合系統：由INS和GPS給出的位置和速度估計值進行比較，其差值為卡爾曼濾波器的量測量輸入值。
緊耦合組合系統：由GPS給出的偽距與偽距率測量值同INS給出的相應值估計值進行比較。
深耦合組合系統（超緊耦合組合系統）：將GPS信號跟蹤功能和GPS/INS集成在一個算法內。
特點
可發現並標校慣導系統誤差，提高導航精度；
彌補衛星導航的信號缺損問題，提高導航能力；
提高衛星導航載波相位的模糊度搜尋速度，提高信號周跳的檢測能力，提高組合導航的可靠性；
可以提高衛星導航接收機對衛星信號的捕獲能力，提高整體導航效率；
增加觀測冗餘度，提高異常誤差的監測能力，提高系統的容錯功能；
提高導航系統的抗干擾能力，提高完好性。
INS/GNSS/CNS混合型組合模式
在組合導航研究中，也可以採用松組合與緊組合相結合的混合組合模式。其主要方案是對部分導航子系統或導航子系統的部分內容進行修正，以提高組合導航的精度與可靠性。例如，對於INS/GNSS組合導航子系統採用松組合模式，即在INS/GPS子濾波器中，將慣性系統的輸出量與衛星系統的觀測量直接進行組合，得到關於位置與速度參數的估計，並將子濾波器的輸出送入主濾波器中。而對於INS/CNS組合導航子系統採用緊組合模式，即在INS/CNS子濾波器中，將慣性系統的輸出量與衛星系統的觀測量組合後，得到關於平台漂移參數的估計，並將子濾波器輸出的平台漂移信息反饋到慣性平台控制系統中，通過慣性平台框架軸的力矩電機校正平台漂移角，從而可大幅度提高慣性平台本身的導航精度。但在INS/CNS組合中並不對天文導航接收機（星敏感器）進行修正，因而就天文導航而言仍然屬於松組合。
在INS/GNSS/CNS混合型組合模式中，如果將經卡爾曼濾波器輸出的虛線畫成實線，就構成緊組合的工作模式。在緊組合中，將卡爾曼濾波器的輸出用來調整慣性儀表、星敏感器和衛星接收機的工作狀態並修正觀測誤差。這種方式在實現上有較大的難度。如果將卡爾曼濾波器向平台台體輸出的實線也去除，則構成松組合的工作模式。這中組合的優點是易於實現，但關於平台台體的觀測值僅用於提高卡爾曼濾波器的估計精度，實質上只最小量的利用了天文導航的觀測信息，對於慣性系統沒有任何幫助，因而造成資源的浪費。
在混合型組合模式中，由於平台本身需要根據陀螺儀的輸出，通過平台伺服迴路保持平台台體跟蹤慣性系統，因此，只要將天文導航的觀測信息綜合到伺服迴路的控制信號中，就可以修正平台台體的漂移，這在工程上實現的難度不大，或可以通過自行研製新型慣性系統進行實現，而且最有效地發揮了天文導航的功能。因此，這種工作模式在工程上具有較強的可行性
補充：現代民機的慣性導航系統輸出的導航參數多,自主性強,但誤差隨時間積累,而陸基無線電導航系統定位精度不受使用時間的影響,但易受周圍環境、電磁干擾等外界噪聲和接收機噪聲的影響。綜合兩種導航系統的優點,提出了基於導航性能評估的INS/RADIO組合導航方案。根據當前組合模式的感測器輸出計算出實際導航性能(ANP),然後同導航資料庫中預先設定的導航性能需求(RNP)進行比較,篩選出符合RNP的台站,並從中選擇出精度最高的組合模式,最終完成位置輸出。仿真結果表明,INS/RADIO組合導航能有效抑制無線電的位置噪聲,由於導航性能評估的參與導航系統的位置精度得到進一步提高。
套用
（1）公路檢測系統
系統由兩個攝像頭和一台GPS/INS組合測量系統組成。
GPS/INS組合測量系統用於全部道路設施諸如路標和防護欄等的位置確定，同時測速、測定道路幾何數據信息如縱坡、平豎曲線半徑、超高、方位等。
（2）航空航天遙感
GPS/INS與多譜掃描設備組合在一起，可以用於航空航天遙感。 GPS/INS在這裡用來為遙感裝置實時提供三維位置和姿態信息。
（3）雷射斷面測量
將GPS/INS與雷射測高儀安裝在飛機上，GPS/INS連續測定飛機的位置，雷射測高儀用來測量飛機距地面的高度。二者之差給出了地形起伏情況，即給出了地面模型。
（4）載人太空飛行器上的導航套用
載人太空飛行器上的導航套用設備主要有慣性測量裝置、空間六分儀和光學定位系統。
中國現狀
北斗衛星導航系統（以下簡稱北斗系統）是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。
北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。
空間段。北斗系統空間段由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星三種軌道衛星組成混合導航星座。
地面段。北斗系統地面段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若干地面站。
用戶段。北斗系統用戶段包括北斗兼容其他衛星導航系統的晶片、模組、天線等基礎產品，以及終端產品、套用系統與套用服務等。
