1　摘要 目前飛行器所使用的導(dǎo)航系統(tǒng)，能適應(yīng)全天候、全球性應(yīng)用的確實不多。傳統(tǒng)無線電導(dǎo)航，如塔康（TACAN）等，在應(yīng)用上存有很多的限制和不便之處。而為改善此缺點，一套不需要其它外來的輔助裝置，就可提供所有的導(dǎo)航資料，讓飛行員參考的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System），雖已被成功發(fā)展并廣為應(yīng)用，但其在系統(tǒng)上的微量位置誤差會隨飛行時間的平方成正比累積，因此長時間飛行會嚴(yán)重影響到導(dǎo)航精確度，如果沒有適當(dāng)?shù)男拚?，位置誤差在一個小時內(nèi)會累積超過300米。另一套精密的導(dǎo)航系統(tǒng)GPS，其誤差雖不會隨時間改變，但GPS并非萬能，有優(yōu)點，也有先天的缺陷，它在測量高機動目標(biāo)時容易脫鎖并且會受到外在環(huán)境及電磁干擾，再者GPS短時間的相對誤差量大于INS，若只依靠它來做導(dǎo)航或控制，會造成相反效果。所以在導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計上，常搭配慣性系統(tǒng)來使用，正巧GPS與INS有互補的作用，可經(jīng)過一套運算法則，將兩者優(yōu)點保留，去除缺點，本文即針對兩種導(dǎo)航系統(tǒng)特性進行探討，并利用卡爾曼濾波器法則完成簡易測量數(shù)據(jù)關(guān)系推導(dǎo)，設(shè)計一套“GPS/INS組合式導(dǎo)航系統(tǒng)”。 2　前言 早期艦船航行常利用“領(lǐng)航方法”來決定載體的位置及方向，觀察陸地突出物，來引導(dǎo)船身駛向某處目標(biāo)。隨著飛行器的問世，初期飛行也全憑借著飛行員對當(dāng)時自我方向、距離、高度及速度的感覺來控制駕駛，執(zhí)行起飛、落地及飛機轉(zhuǎn)場等等動作。這種控制載體由一個地方到另一個地方其間方向與距離指示的藝術(shù)，就稱之為“導(dǎo)航”（Navigation）。然而僅僅依循著人為的導(dǎo)航方式，在天氣良好條件下或周遭存有許多明顯參考目標(biāo)物時，單純憑目視來判斷飛行并不困難；但如果遇上天氣條件不佳、能見度差、參考目標(biāo)不存在活不明顯時，就得依靠飛行員的經(jīng)驗、技巧及運氣來進行方位及位置的判別，這無形中會造成飛行員的壓力，更會嚴(yán)重影響到飛行安全的諸多不確定因素。因此，人們就積極開發(fā)各種導(dǎo)航技術(shù)，借著科技的快速發(fā)展與進步，導(dǎo)航的藝術(shù)也變得更多樣化且精確可靠?！皩?dǎo)航科學(xué)”可定義為“計算并決定一個載體的位置與預(yù)先設(shè)定的目的地的方向的一種應(yīng)用”。 較先進的無線電導(dǎo)航，如羅蘭（Loran）、超高頻全向裝置（VOR）、距離測量裝置（DME）、塔康（TACAN）及多普勒（Doppler）等均相繼被開發(fā)出來，成功有效的幫助了航行者，提供導(dǎo)航重要的參考依據(jù)。然而，無線電系統(tǒng)畢竟尚有很多限制和不便之處，如使用距離、地物遮蔽等均可能會造成功能失效。另外，無線電導(dǎo)航其基本架構(gòu)是需要“基地站”發(fā)射定位無線電信號，經(jīng)飛機上的“接收機”天線接收、處理及計算才能顯示兩點的關(guān)系，獲得導(dǎo)航資料；只要其中一方失效或無線電傳輸不良，即無法進行導(dǎo)航工作，這對在茫茫的空中飛行是一件非常危險的事情。因此到上個世紀(jì)50年代，美國國防部認(rèn)為有必要發(fā)展一套導(dǎo)航系統(tǒng)，不需要其它外來的輔助裝置，就可提供所有的導(dǎo)航數(shù)據(jù)資料，讓飛行員參考。就在當(dāng)時，由麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)出第一套飛機使用的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System），此系統(tǒng)完全自我包容、為獨立源、不受外界的環(huán)境影響即可測量并提供所有的導(dǎo)航資料，包括載體的精確位置、對地速度、姿態(tài)與航向等，提供給自動導(dǎo)航儀及飛行儀表（如地平儀及方位儀等）。由于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的功能、尺寸大小、重量等特性遠(yuǎn)比其它導(dǎo)航系統(tǒng)要好，所以近年來INS始終能在導(dǎo)航領(lǐng)域獨占鰲頭。 然而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的位置信息，仍有少量的誤差，雖然其誤差變化很慢，但位置誤差的累積隨飛行時間的平方成正比；因此對長時間飛行的導(dǎo)航精確度會有所影響；如果沒有適當(dāng)?shù)男拚?，位置誤差在一小時之內(nèi)會累積超過300米，所以INS雖然是一種獨立自主的工作系統(tǒng)，但仍有缺點，而造成誤差的原因不外與加速度計及陀螺儀的品質(zhì)、重力場變化、起始位置、方位輸入值及安裝誤差等因素有關(guān)。當(dāng)然系統(tǒng)本身的品質(zhì)，因價格的不同，仍有很大的差異。由于INS主要誤差源為陀螺儀的角速率漂移率及加速度計的偏差，且會因時間的累積而擴大，因此若能采用某種設(shè)備，在一定時間內(nèi)適當(dāng)修正INS所造成的誤差，一定可以大幅度改善系統(tǒng)導(dǎo)航精確度。 到60年代，美國海軍開發(fā)出一套TRANSIT導(dǎo)航衛(wèi)星供艦船及潛艇定位使用，至今，地面許多載體仍然在使用這種較不精確的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。70年代美國空軍開始研究開發(fā)一種三維空間的NAVSTAR（Navigation Satellite Timing and Ranging）精確衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；1973年美國國防導(dǎo)航衛(wèi)星部門（DNSS）聯(lián)合海軍的新實驗系統(tǒng)（TIMATION）與空軍的“Program 621B”計劃成果，擴大成為一種更迅速、更精確的GPS（Global Positioning System）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。一般而言，這種全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用觀測GPS衛(wèi)星廣播訊號來計算接收者的位置，它的定位方式有兩種：一種為虛擬距離（Pseudo-Range）觀測；另一種為載波相位（Carrier Phase）觀測。利用載波相位觀測來定位，雖較虛擬距離觀測精確，但由于觀測載波相位會面臨周波脫落及相位未定值等問題，因此應(yīng)用在導(dǎo)航方面時，定位上會有較大的技術(shù)障礙，可靠度不高。因此，目前載波相位觀測主要應(yīng)用在較長時間的定點觀測上，例如大地測量、地球動力學(xué)等；而在即時定位的導(dǎo)航上，則普遍應(yīng)用虛擬距離觀測。 GPS的定位過程中，其廣播訊號受到許多因素的影響，如大氣層折射、衛(wèi)星軌道位置偏差及時鐘誤差等等，而會使得其定位精確度受到影響。目前使用在GPS廣播的P碼（PPS：Precise Positioning Service），由于精確度較高，因此受到嚴(yán)格限制，只有美國軍方及特殊授權(quán)者才能使用。C/A碼的使用則沒有限制（SPS：Standard Positioning Service），但其精確度較低，若SA（Selective Availability）也被開啟后，則誤差會更加劇，因此對需要較高精確度的即時定位而言，便需要一套使用C/A碼，但卻可以大幅提高精確度的系統(tǒng)。DGPS（Differential GPS）便是針對改善GPS利用電碼定位的精確度而發(fā)展出來的系統(tǒng)，其工作方式為采用相對定位的原理，首先設(shè)定一個固定GPS參考站（Reference Station），地理位置已精密校準(zhǔn)，再與GPS的接收機所定出的位置加以比較，即可找出該參考站的GPS定位誤差，再將此誤差實況廣播給使用者，如此，DGPS精確度便可提高十?dāng)?shù)倍，而達到米級，然而GPS短時間內(nèi)每一時刻的位置精確度還是比INS差很多。 由上可知，雖然GPS的誤差變化量不隨時間而變的特性優(yōu)點，但GPS不適宜高機動、易造成脫鎖且會受到外在環(huán)境及電磁干擾，而INS則可測量高機動目標(biāo)的位置、速度、加速度及姿態(tài)且不受到外界干擾，在短時間INS的相對誤差量也遠(yuǎn)小于GPS的誤差量，因此INS可用于驗證并修改GPS的測量結(jié)果，所以綜合GPS/INS的導(dǎo)航系統(tǒng)是一種較佳的選擇，它可獲取高精度與高可靠的導(dǎo)航信息，此外，組合式GPS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)在濾波器選用方面，基本是采用卡爾曼濾波器法則，因為它簡單可靠，已被普遍應(yīng)用在GPS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)中。 [b]3　INS/GPS基本原理 [/b] 3.1　慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）基本原理 3.1.1　INS原理 INS一般結(jié)構(gòu)分為環(huán)架式及捷聯(lián)式兩種。在環(huán)架式系統(tǒng)中，加速度及陀螺儀均置放于參考平臺上，使傳感器與載體之間轉(zhuǎn)動能夠獨立，才能在穩(wěn)定坐標(biāo)系統(tǒng)中維持其測量及導(dǎo)航的運算?？赡艿膶?dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)包含球心慣性系統(tǒng)（ECI-Earth Centered Inertial）、球心固定坐標(biāo)（ECEF）、ED（North-East-Down）坐標(biāo)系統(tǒng)及含Wander角的坐標(biāo)系統(tǒng)等。環(huán)架式系統(tǒng)比較精確，而且容易校正（不需執(zhí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用地球重力場可自動對北校正），但是其結(jié)構(gòu)比較大、重、成本高且可靠性差。 至于捷聯(lián)式系統(tǒng)，傳感器是固定在載機上，對運動物體的加速度及速率測量上采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以便能在慣性系統(tǒng)中完成導(dǎo)航運算。此種方式可運用于高機動的情況下，尤其是在新型的高品質(zhì)陀螺儀與加速度計出現(xiàn)后，捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)將因成本及可靠性的改善，而變成主要的裝置。有關(guān)捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)定義如下：捷聯(lián)式與傳統(tǒng)環(huán)架式最大不同點，主要在于慣性導(dǎo)航設(shè)備如陀螺儀及加速度計等是直接安裝于載體上，而不是安裝于參考平臺上。更進一步來看，載機上導(dǎo)航計算機能在對陀螺儀的信號持續(xù)追蹤相對于預(yù)定參考慣性軸的載機姿態(tài)。結(jié)果，由于計算機能提供必要的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使加速度計輸出于計算機計算參考軸一致，換言之，轉(zhuǎn)換在計算機內(nèi)以分析性的方式完成，所以在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，慣性參考平臺將可以以下列二種功能來取代，即： 1）在陀螺儀輸出基準(zhǔn)上建立姿態(tài)慣性軸； 2）把加速度計輸出經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成慣性坐標(biāo)變量。 3）由于捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)可以直接提供載機相關(guān)信號，所以在傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的一些裝置等均可省略。 在INS系統(tǒng)內(nèi)，對于系統(tǒng)精確度及特性的評估，一般而言均存在有大量的誤差源，例如：陀螺儀及加速度計相關(guān)的誤差，基本上包含靜態(tài)g靈敏度偏差及漂移量，尺寸因素誤差，錯排誤差機隨機誤差等。額外的誤差則來自于導(dǎo)航解算的校正、起始及排列轉(zhuǎn)換，不準(zhǔn)度計算等。在沒有補償情況下，所有INS誤差會隨時間而改變，而一些誤差（如位置等）則會隨時間增加而發(fā)散，其它則會受到限制而產(chǎn)生震蕩。因此INS的精確度與傳感器品質(zhì)、導(dǎo)航系統(tǒng)機構(gòu)及載機動態(tài)等等有很大的關(guān)系。 INS基本上允許獨立自主操作。在誤差特性上，由于大多數(shù)需要高精確度，所以可以使用外加輔助裝置來降低INS誤差。一臺具有輔助裝置的INS會使用來自于一些輔助裝置（如追蹤雷達、GPS、TECOM等）的數(shù)據(jù)，再配合導(dǎo)航卡爾曼濾波器，以改進導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精確度。 3.2　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）基本原理 衛(wèi)星環(huán)繞地球運行，不管它是橢圓形軌道、圓形軌道或是同步軌道，它始終以一定周期，周而復(fù)始的飛馳。若沒有干擾因素（例如：月亮與太陽引力、地球重力不均勻、空氣分子阻力等），那么衛(wèi)星的軌道固定不變，也就是它與地球維持一定的關(guān)系，因此，我們可以很準(zhǔn)確的計算出，在什么時候，它在何處，什么時段通過哪些區(qū)域。既然它的運行很精確，地球上的人們就可以拿它做導(dǎo)航依據(jù)，通過無線電，發(fā)射它相對于地球坐標(biāo)的位置資料，飛行器接收機與地球、衛(wèi)星構(gòu)成三點關(guān)系，形成封閉三角形。其中，衛(wèi)星與地心的距離為已知，如果我們能測量出飛行器與衛(wèi)星的直線距離，則飛行器對地球的坐標(biāo)關(guān)系，就可反推算出來，獲得定位導(dǎo)航資料，此為“衛(wèi)星導(dǎo)航”的基本概念，事實上，“衛(wèi)星導(dǎo)航”方法，源自于古老人們以觀測天體星相決定位置，自然演變而來。 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：以GPS系統(tǒng)為例，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三大部分。 1）太空部分（Space Segment） 主要是衛(wèi)星本體及衛(wèi)星群，太空中總共有24顆（21顆正式運行，3顆備份），分布在6個離地20200公里的軌道上，每一條軌道相互成55度傾角，一條軌道上配置四顆衛(wèi)星，周期約12小時，經(jīng)此安排，在地球上任何時間、地點均可看到四顆衛(wèi)星，作為三維空間定位使用。 2）地面控制部分（Control Segment） 顧名思義，這些地面追蹤站，是在控制衛(wèi)星的正常運行，必要時，它可改變衛(wèi)星的資料，讓有意利用它來從事非法活動的地方，產(chǎn)生不利的后果?？刂撇糠郑形鍌€監(jiān)測站（Monitor Station）及三個雷達通訊站，分布在全球自由地區(qū)。這些監(jiān)測到的衛(wèi)星資料，立即送到美國科羅拉多州的SPRINGS主控制中心（Master control station），經(jīng)高速計算機算出每顆衛(wèi)星軌道參數(shù)、修正指令等，將此結(jié)果經(jīng)由雷達上連接到軌道上的衛(wèi)星上。使衛(wèi)星保持精確的狀態(tài)，作為載體導(dǎo)航的依據(jù)。 3）用戶部分 用戶的裝備很簡單，包括一個頻帶天線、資料處理單元、顯示組件及按鍵單元，只要天線不被干擾或遮蔽，同時能收到三顆以上衛(wèi)星信號，就可顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)位置。 衛(wèi)星繞地球運行，是兩個物體“引力”與“離心力”相互作用的關(guān)系，屬于牛頓力學(xué)，是在慣性坐標(biāo)上所討論的問題，但是，衛(wèi)星繞行，地球也自傳，同時繞太陽公轉(zhuǎn)，大家都在運動，要知道衛(wèi)星在地球慣性坐標(biāo)上什么位置，就變得很復(fù)雜。 GPS基本工作原理是三角測距法，再經(jīng)由精確衛(wèi)星資料得知衛(wèi)星位置時，用戶將可接收來自衛(wèi)星傳送的資料信號，計算出信號傳送的時間，由于信號傳送是以光速進行，所以用戶可以計算出與衛(wèi)星相距的距離。此真實測量值（一般由稱之為虛擬距離）通常包含一些來自用戶時鐘相對于GPS參考時鐘的偏差量造成的誤差。由于在衛(wèi)星上使用原子鐘，所以誤差相對的比用戶時鐘要小。因此，在決定三維空間位置時，必須同時考慮計算時鐘偏差量。在需要至少四顆衛(wèi)星的情況下，對導(dǎo)航問題才可以找到適當(dāng)?shù)慕獯?。利用不同的方法可以求出速度，最終測量結(jié)果稱之為距離差。 慣性導(dǎo)航可以決定載體位置及速度等相對于地球慣性坐標(biāo)的值，而由載體比重，及來自載體上儀器的轉(zhuǎn)動速率推算牛頓運動方程式，即可求得導(dǎo)航解。 GPS衛(wèi)星系統(tǒng)模式包含與時間函數(shù)及衛(wèi)星廣播數(shù)據(jù)特性的衛(wèi)星經(jīng)歷信息。由已知GPS衛(wèi)星位置及其間相關(guān)的位置距離，接收機就可以決定出自己的位置、速度及時鐘偏差量。測量數(shù)據(jù)形式包含虛擬距離、距離差、相位資料、多重天線相位差數(shù)據(jù)及差分GPS數(shù)據(jù)。為計算衛(wèi)星位置及速度，接收機需要部分大氣資料，再利用軌道干擾模式計算出GPS衛(wèi)星的真正位置及速度。每一顆衛(wèi)星的軌道是針對每一橫向、縱向及正交誤差值隨機修正的。對于每一誤差值，誤差大小及干擾周期均是隨機選定的。主要地面站位估測及預(yù)測的修正值均包含在廣播資料中。在此估測中，任何誤差包含在此模式時，均可作為計算量測值的偏量。 量測距離最常用的方法就是電波傳送時間乘以光速，然而，用時間來標(biāo)定起始點，容易受外界干擾精度差。另一種方式，就是計算衛(wèi)星到天線的波長數(shù)，從相位關(guān)系來解算它的精確度，因為波長不變，所以它的準(zhǔn)確度可以達到厘米級水平，這種方式稱為“載波相位測量”（Carrier Phase Measurement）。但在接收機追蹤GPS衛(wèi)星時，有時會因為下列原因而脫鎖，主要是在于主載體或外界物體阻擋信號、地形或環(huán)境減弱信號、來自外部傳輸部件的干擾或飛行姿態(tài)等。GPS追蹤的品質(zhì)與制造、模塊化及特定接收機天線特性有相當(dāng)?shù)年P(guān)系，因此作為基本假設(shè)，四個或四個以上衛(wèi)星追蹤通道，Y碼（Y-code）虛擬距離及距離差數(shù)據(jù)、動態(tài)測量時快速需求及再需求等條件就一定要具備。 GPS接收機模式可計算出主接收機及被追蹤衛(wèi)星之間的追蹤功能，如距離、距離變化率及加速度等。上述各值均由每0.1秒一次的頻率來計算差異估測值即可。不論何時，只要加速度超過容忍值時，追蹤衛(wèi)星就會脫鎖，當(dāng)衛(wèi)星載體追蹤失效時，原始需求時間就可用來決定何時數(shù)據(jù)會再度有效。至于在高機動的應(yīng)用中，接收機需要來自INS的輔助數(shù)值協(xié)助維持衛(wèi)星信號的追蹤鎖定。導(dǎo)航與下列有相當(dāng)?shù)年P(guān)系，即接收機狀態(tài)模式的精確度及在每一次測量修正下GPS數(shù)據(jù)是否與地形有強烈關(guān)系。如果數(shù)據(jù)取自四顆衛(wèi)星時，而動態(tài)是合理范圍的，一般均可以找到精確的位置及速度。 若取用不同GPS天線時，利用一些相當(dāng)簡單的增益形式，即可追蹤到任何水平面上的衛(wèi)星。其它則使用較詳細(xì)的數(shù)字化模型，此模型可以計算出待測物體HV（Host Vehicle）與被追蹤的每一顆衛(wèi)星SV（Satellite Vehicle）之間的動態(tài)值，如虛擬距離、距離差及加速度等，由天線的入射角可以計算來決定天線增益，用來決定衛(wèi)星是否被追蹤。至于利用哪一顆衛(wèi)星作為追蹤之用時，基本上是基于一組地形結(jié)構(gòu)最強，可以產(chǎn)生最正確解的那顆。衛(wèi)星選定方法是先掃描，在決定追蹤劇本所需的最佳地形。當(dāng)然，衛(wèi)星信號必須進入接收機天線形式，不能阻擋，而且能有效的在地球水平面上具有適當(dāng)?shù)男l(wèi)星信號強度。為避免受到干擾，在某些方向的衛(wèi)星就必須避免使用到。 某些應(yīng)用中，在飛行期間追蹤同一顆衛(wèi)星是最需要的。其它時候，以機動方式選用四顆的組合，將有助于降低飛行期間脫鎖的可能性。接收機模式包含一項選擇，就是模擬在GPS信號接收時的干擾效應(yīng)。任一種由位置、形式及有效輻射功率定義的干擾均可以建立，且輸入到模式中，決定在GPS天線增益形式上的干擾信號的入射角。假定干擾源的模式是在GPS頻率上的主連續(xù)波，在L1（-163dBW）及L2（-166dBW）下，假定固定的GPS信號強度，若能假定干擾源信號，則可以分析出干擾源的整體效應(yīng)，此模式可以計算出每一傳輸接收器對干擾信號功率比值（J/S）。J/S比值是干擾輻射功率、接收機與傳輸機的距離、GPS接收頻率及接收天線增益的函數(shù)。 GPS接收機的干擾效應(yīng)應(yīng)隔離，以提高追蹤性能及提高導(dǎo)航精確度?，F(xiàn)行模式中，信號接收可以在簡化的模式中加以處理：當(dāng)J/S值超過特定容忍值時，如需求值45dB，追蹤值65dB，GPS接收機必須擁有定義需求與追蹤衛(wèi)星的能力是不可避免的。 GPS為一新的衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備，嚴(yán)格來說，它們屬于無線電導(dǎo)航范疇，藉由無線電測距及接收相關(guān)的資料，求出飛機的位置與速度，作為導(dǎo)航之用；隨著GPS技術(shù)的成熟，可靠性的提升，GPS特性遠(yuǎn)超過現(xiàn)存的“塔康”等各種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，也只有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）還可以與之媲美。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)?jīng)授權(quán)的用戶提供精確的三維空間位置、速度及時間，GPS系統(tǒng)的使用范圍廣泛，又不受天氣影響，且接收機價格低廉、尺寸小、重量輕、功率需求小又具有高可靠性，所以GPS是值得推廣應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)的。 3.3　GPS/INS組合原理 GPS/INS在單獨應(yīng)用時，均能提供有效的精確度，這點是我們毋庸置疑的。但因其設(shè)計邏輯的不同，產(chǎn)生在使用上各有不同的限制，GPS的缺點是INS所沒有的，INS不足的地方，GPS則可以彌補，從整體看，只有GPS和INS結(jié)合在一起，才能獲得十全十美的導(dǎo)航系統(tǒng)。在單獨應(yīng)用的情況下，INS可以在短時間載體高機動情況下提供連續(xù)的精確輔助數(shù)據(jù)，而GPS則是在長時間情況下提供離散且精確的輔助數(shù)據(jù)，換句話說就是在短時間與即時的情況下，INS擁有比GPS更小的誤差，但長時間使用時，就必須通過GPS離散的測量數(shù)值來提供修正，并藉著對系統(tǒng)漂移量的掌握，可達到狀態(tài)參數(shù)快速估算與收斂的目的。 3.3.1　組合結(jié)構(gòu)介紹 在組合系統(tǒng)中擁有一套卡爾曼濾波器，可以處理衛(wèi)星推導(dǎo)所需的虛擬距離及距離差測量值，并用來估測計算出GPS測量值與INS值之間的誤差余量值，將最后結(jié)果以回授方式來修正INS，以提供精確的導(dǎo)航數(shù)值。 3.3.2　卡爾曼濾波器 卡爾曼濾波器是以狀態(tài)空間技術(shù)發(fā)展的一種返推式濾波方法，該法的特點是不要求保留儲存過去的測量數(shù)據(jù)，當(dāng)新的數(shù)據(jù)測得之后，根據(jù)新的數(shù)據(jù)和前一時刻的狀態(tài)參數(shù)估測值，藉由系統(tǒng)本身的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式（即動態(tài)方程），按照一套返推公式，即可算出新的狀態(tài)參數(shù)估測值。 4　結(jié)束語 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本任務(wù)是提供一套掌握固定坐標(biāo)（地球）與飛行器相對幾何關(guān)系的導(dǎo)航資料，作為精密可靠的導(dǎo)引參考，并經(jīng)由自動駕駛儀或飛行員來執(zhí)行航跡修正，尤其是軍用飛機，深入敵區(qū)作戰(zhàn)，無線電靜音，我方導(dǎo)航基地站無法提供信息，INS是唯一不受影響而可信賴使用的裝備，加上利用GPS測量資料一定時間的提供修正，透過卡爾曼濾波器法則對環(huán)境雜波干擾的運算處理，將可維持導(dǎo)航資料一定的高精確度。從整體，組合GPS與INS，目的就是要利用兩者的互補作用，保留優(yōu)點，去除缺點，獲得一套十全十美的導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)然，這些基礎(chǔ)僅僅是科學(xué)論證邏輯上的結(jié)論。最終呈現(xiàn)的結(jié)果都必須再通過硬件裝備來實踐，這個問題就牽涉到了制造、維修、保養(yǎng)等等各種人為因素，一切數(shù)理規(guī)則的實現(xiàn)，都必須回歸于人們自己的堅持與搭配，所以輔以嚴(yán)格、正確的工廠、地面測試、維修與調(diào)整校正，在確保導(dǎo)航系統(tǒng)裝機后，才能提供出正確的導(dǎo)航資料，供飛行員即時參考，并傳輸給其它空用電子設(shè)備作為導(dǎo)航修正計算使用。一個系統(tǒng)精確度的掌握是各次系統(tǒng)與元件的累積成果，每一環(huán)節(jié)的把關(guān)、落實，方能將系統(tǒng)功能達到設(shè)計目標(biāo)，在戰(zhàn)術(shù)上發(fā)揮效能，實施精確的作戰(zhàn)打擊。 [b]5　參考資料 [/b] 一、黃國興（1996）：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理與應(yīng)用，全華科技圖書。 二、宋真坦、宋真堯、姜仲鴻、袁敏事（1998）：飛機通訊與導(dǎo)航系統(tǒng)，高立圖書。 三、劉少清、蔡有龍（2001）：GPS/INS導(dǎo)航整合系統(tǒng)理論之研究，新新季刊，第二十九卷第一期。 四、Gelb Arther Ed，“Applied Optimal Estimation”，MIT Press，Cambridge，Mass，1974。 五、Brison，A.E.Jr. and Ho,Y.C.，Applied Optimal Control-Optimization，Estimation，and Control，Hemisphere Publishing Corporation，1975。 六、Stengel，R.F.，Stochastic Optimal Control-Theory and Application，Wiley-Interscience，1986。 編輯：何世平