全源定位與導(dǎo)航的發(fā)展與建議

宋麗君，薛連莉，董燕琴，吳亞明，陳效真

（1.西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，西安710055；2.北京海鷹科技情報(bào)研究所，北京100074；3.火箭軍裝備研究院，北京100085；4.中國航天科技集團(tuán)第十六研究所，西安710100；5.北京航天控制儀器研究所，北京100039）

全源定位與導(dǎo)航的發(fā)展與建議

宋麗君1，薛連莉2，董燕琴3，吳亞明4，陳效真5

（1.西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，西安710055；2.北京海鷹科技情報(bào)研究所，北京100074；3.火箭軍裝備研究院，北京100085；4.中國航天科技集團(tuán)第十六研究所，西安710100；5.北京航天控制儀器研究所，北京100039）

介紹了全源定位與導(dǎo)航項(xiàng)目（ASPN）與定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）體系之間關(guān)系，概述了ASPN項(xiàng)目的研究背景、目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)及發(fā)展歷程等，繼而分別重點(diǎn)闡述了全源定位與導(dǎo)航系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)前面臨的5大挑戰(zhàn)，最后結(jié)合我國全源定位與導(dǎo)航的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了4點(diǎn)建議。

全源定位導(dǎo)航；導(dǎo)航、定位與授時(shí)；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)深入到國民體系各個(gè)行業(yè)。尤其在軍事領(lǐng)域，導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的定位、導(dǎo)航與授時(shí)（Positioning，Navigation and Timing，PNT）服務(wù)更是不可或缺。采用組合導(dǎo)航能夠有效克服單獨(dú)使用各導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點(diǎn)，充分利用各自的優(yōu)勢，明顯提高組合系統(tǒng)的導(dǎo)航性能。但是，組合導(dǎo)航針對特定傳感器和測量源進(jìn)行了優(yōu)化，導(dǎo)致部分解決方案無法適應(yīng)新使用環(huán)境的威脅和挑戰(zhàn)，尤其是組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的全球定位系統(tǒng)（GPS）經(jīng)常面臨被攻擊、被干擾的威脅情況。因此，導(dǎo)航系統(tǒng)迫切需要尋求一種在不使用GPS服務(wù)背景下的高精度PNT技術(shù)。

而ASPN系統(tǒng)正是一種可為用戶提供無GPS信號時(shí)的高精度PNT功能，滿足不斷變化的任務(wù)需求與環(huán)境要求，實(shí)現(xiàn)低成本、快速系統(tǒng)重構(gòu)、在線配置和即插即用的新興組合導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)以慣性導(dǎo)航技術(shù)為基礎(chǔ)，通過天文、衛(wèi)星、無線電、激光測距儀、相機(jī)、磁力計(jì)和電臺等多種輔助傳感器信息集成融合協(xié)同，形成能克服單一導(dǎo)航系統(tǒng)缺點(diǎn)和弊端的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)性與自適應(yīng)性。

1 PNT體系與ASPN項(xiàng)目

PNT體系是2006年美國國家安全航天辦公室（NSSO）實(shí)施的國家層、綜合性的定位導(dǎo)航授時(shí)體系結(jié)構(gòu)，是作為未來發(fā)展導(dǎo)航授時(shí)能力及其相關(guān)支持設(shè)施的框架，涵蓋國防部、情報(bào)界以及支持美國全球利益的民用、商用和國際用戶的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。2010年，美國加大實(shí)施PNT體系的力度。2011年，美國加利福尼亞大學(xué)微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任Addrei指出：“至少一千年內(nèi)，導(dǎo)航與精密授時(shí)能力將一直是衡量國家軍事與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的一個(gè)重要因素。”

而作為PNT體系的一部分，ASPN是一種多傳感器組合的全自主導(dǎo)航解決方案，是PNT體系可用性、完好性和強(qiáng)健性的重要支撐。ASPN以 “高精度微慣性系統(tǒng)＋高精度時(shí)鐘”為基礎(chǔ)，按環(huán)境、任務(wù)和需求，靈活融合相應(yīng)、可匹配的傳感器，形成的多信息融合全自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 ASPN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Diagram of ASPN system

相對傳統(tǒng)單一導(dǎo)航模式而言，ASPN根據(jù)不同應(yīng)用任務(wù)環(huán)境，靈活快速地融合配置多種現(xiàn)有或新穎導(dǎo)航傳感器，采用穩(wěn)健的組合濾波算法及最優(yōu)估計(jì)理論，將多種原始敏感數(shù)據(jù)及特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行融合處理。針對不同應(yīng)用平臺、不同用戶環(huán)境，提供小型低成本、精確無縫、自主強(qiáng)健、靈活插拔的導(dǎo)航系統(tǒng)。

2 全源定位導(dǎo)航發(fā)展情況及關(guān)鍵技術(shù)

復(fù)合導(dǎo)航研究早在20世紀(jì)末期就已經(jīng)展開，隨著GPS的建立，復(fù)合導(dǎo)航的應(yīng)用變得更加普遍。在復(fù)合導(dǎo)航研究的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外一直都在開展多源傳感器信息融合框架和算法研究，形成了全源導(dǎo)航的初步雛形和想法，為全源導(dǎo)航的提出奠定了基礎(chǔ)。2010年，全源定位導(dǎo)航的概念正式提出，隨即美國DARPA設(shè)立ASPN項(xiàng)目。

2.1 美國ASPN項(xiàng)目概況

全源定位導(dǎo)航將多種可用信息資源整合起來，從而彌補(bǔ)單一系統(tǒng)能力不足的缺陷，解決GPS可能遭遇被干擾、被阻斷的固有脆弱性和危險(xiǎn)。其目標(biāo)是在開發(fā)新型導(dǎo)航融合濾波算法與抽象方法的基礎(chǔ)上，通過利用各種導(dǎo)航資源、方法和途徑，構(gòu)建開放型、可重構(gòu)、組合靈活、即插即用、協(xié)同增效的快速、高精度自主導(dǎo)航系統(tǒng)，解決精度與精度保持問題，體積、質(zhì)量、功耗、成本（SWaP）問題，反應(yīng)時(shí)間問題以支撐IMU等導(dǎo)航傳感器、敏感器的即插即用特性。ASPN系統(tǒng)的技術(shù)組合、指南發(fā)布時(shí)間以及目標(biāo)如表1所示。

表1 ASPN系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、指南發(fā)布時(shí)間以及目標(biāo)Table 1 Key technology，BAA release time and goals of the ASPN program

2.2 美國ASPN項(xiàng)目發(fā)展歷程

2010年，全源定位導(dǎo)航的概念正式提出，隨即美國DARPA設(shè)立ASPN項(xiàng)目。該項(xiàng)目分為3個(gè)階段實(shí)施，分別致力于導(dǎo)航算法與軟件架構(gòu)、系統(tǒng)集成與方案測試以及演示驗(yàn)證等方面的研究，ASPN系統(tǒng)各階段性能評估要求如表2所示。

表2 ASPN系統(tǒng)各階段性能評估要求Table 2 Performance requirements for each stage of ASPN

第一階段為2011年5月到2012年5月，持續(xù)時(shí)間約 12個(gè)月。2010年 11月，DARPA發(fā)布ASPN項(xiàng)目第一階段方案征求書 《DARPA-BAA-11-14》。2011年5月，與馬薩諸塞州劍橋的Draper實(shí)驗(yàn)室和弗吉尼亞州費(fèi)爾法克斯的Argon ST公司分別簽訂合同。此階段需要演示一種具備自適應(yīng)、即插即用能力的導(dǎo)航系統(tǒng)，證實(shí)實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法及軟件體系架構(gòu)的可行性。目前，參與方已完成了整個(gè)系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)、抽象方法設(shè)計(jì)以及快速導(dǎo)航傳感器融合與重構(gòu)的導(dǎo)航濾波算法設(shè)計(jì)，同時(shí)對該導(dǎo)航系統(tǒng)的適配性和即插即用性進(jìn)行了驗(yàn)證。

2012年6月，DARPA發(fā)布ASPN項(xiàng)目第二階段方案征求書 《DARPA-BAA-12-45》，預(yù)計(jì)為期18個(gè)月。第二階段將繼續(xù)開發(fā)實(shí)時(shí)算法并研制出一臺用于驗(yàn)證和評估的ASPN系統(tǒng)原型機(jī)，用于在典型應(yīng)用環(huán)境中（非實(shí)驗(yàn)室中）驗(yàn)證實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法，演示和評估自適應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)、方案的優(yōu)化與實(shí)時(shí)運(yùn)行，展示傳感器和IMU的即插即用能力，如圖3所示。此階段重點(diǎn)是新型傳感器的引入，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)組件的快速配置和集成，且最后的解決方案不能影響即插即用功能的準(zhǔn)確性。諾格公司、維斯皮瑞斯公司、系統(tǒng)與技術(shù)研究公司、斯坦福國際研究所、科學(xué)應(yīng)用國際公司以及參與第一階段的Argon ST公司參與了ASPN項(xiàng)目第二階段研制。研究成果不僅要滿足ASPN第二階段對精度、質(zhì)量的要求，還要為進(jìn)一步的開發(fā)和研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第三階段，主要任務(wù)是完成ASPN系統(tǒng)的演示和驗(yàn)證，預(yù)計(jì)為期12個(gè)月。本階段將在第二階段的基礎(chǔ)上，研究小尺寸、輕質(zhì)、低功耗（低SWaP）的ASPN系統(tǒng)硬件框架架構(gòu)與軟件體系架構(gòu)，在真實(shí)環(huán)境中具備更加穩(wěn)健的性能。

圖3 第二階段的技術(shù)領(lǐng)域和測試驗(yàn)證線路圖Fig.3 Phase 2 technical field and associated testing and demonstration events

2.3 美國ASPN項(xiàng)目最新進(jìn)展

2017年5月22日，英國 《簡氏防務(wù)周刊》報(bào)道，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)出ASPN裝置，該系統(tǒng)可有效幫助戰(zhàn)斗機(jī)在無GPS信號時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航，如圖4所示。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)所導(dǎo)航和通信部傳感器局的馬克·斯米爾切克說：“空軍研究實(shí)驗(yàn)所已建成一套系統(tǒng)，讓備用傳感器的信息可以導(dǎo)入飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)，從而幫助戰(zhàn)斗機(jī)在沒有GPS信號的環(huán)境中飛行?！?/p>

圖4 美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的ASPN裝置Fig.4 ASPN device of US Air Force Research Lab

該系統(tǒng)包含：用于測量加速度和角速度的慣性導(dǎo)航傳感器、攝像頭、磁強(qiáng)計(jì)、GPS接收器以及高精準(zhǔn)度的時(shí)鐘和氣壓計(jì)。目前，ASPN已在空中、陸地和海上平臺完成多次現(xiàn)場試驗(yàn)。斯米爾切克表示，ASPN系統(tǒng)已在塞斯納182 Skylane商用螺旋槳飛機(jī)、美國海軍艦艇、便攜式背包和斯派克戰(zhàn)車上進(jìn)行了演示驗(yàn)證。

3 ASPN系統(tǒng)解決的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 導(dǎo)航融合算法

導(dǎo)航融合算法是推導(dǎo)和開發(fā)新的導(dǎo)航濾波算法以解決載體的定位與導(dǎo)航問題。目前，大多數(shù)導(dǎo)航濾波器需要在效率和完備性之間做出選擇。因此，ASPN需要開發(fā)新的濾波算法，使其不僅能在真實(shí)環(huán)境中運(yùn)行，并且能夠全面兼容各類導(dǎo)航算法，如高斯、非高斯統(tǒng)計(jì)算法，線性、非線性測量模型算法等。新的導(dǎo)航濾波算法必須滿足真實(shí)環(huán)境下實(shí)時(shí)運(yùn)行的要求，能夠處理平臺運(yùn)動(dòng)和測量可用性之間產(chǎn)生的時(shí)變狀態(tài)空間問題；同時(shí)需要對所有導(dǎo)航測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，靈活調(diào)整各類傳感器及其測量值，實(shí)現(xiàn)各種傳感器、敏感器和機(jī)會信號的快速組合，并將其引入到可用的濾波方案，以提供準(zhǔn)確可靠的導(dǎo)航解決方案。

3.2 軟件體系架構(gòu)

軟件體系結(jié)構(gòu)需要開發(fā)新的處理方法和架構(gòu)，支持導(dǎo)航系統(tǒng)中各種傳感器及IMU的重新配置和即插即用，如圖5所示。具體來說就是需要發(fā)展新的模型，滿足各種測量源和導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)庫的要求；提出新的處理方案以適應(yīng)不同環(huán)境、不同平臺的要求；解決與實(shí)時(shí)傳遞相關(guān)的多傳感器和數(shù)據(jù)庫的組合、多系統(tǒng)協(xié)同、時(shí)間和空間的相對和絕對測量。

圖5 ASPN架構(gòu)支持的傳感器Fig.5 Sensors used in ASPN

3.3 導(dǎo)航硬件架構(gòu)

如圖5和表3所示，導(dǎo)航硬件架構(gòu)主要致力于發(fā)展支持可重新配置且即插即用的各類傳感器的導(dǎo)航系統(tǒng)硬件架構(gòu)，支持快速響應(yīng)、多數(shù)據(jù)融合的導(dǎo)航軟件方案以及低SWaP要求，具有感知環(huán)境變化，并做出合理調(diào)整的能力。

3.4 實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法

實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法重點(diǎn)集中于為定位、導(dǎo)航方案開發(fā)ASPN導(dǎo)航濾波算法。ASPN所有信息源和自適應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)需要新的能在實(shí)時(shí)環(huán)境下運(yùn)行的濾波算法，以適應(yīng)高斯和非高斯統(tǒng)計(jì)、線性和非線性模型，并將各種傳感器、機(jī)會信號快速組合，引入到可用濾波方案中，這是實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法的關(guān)鍵。另外在導(dǎo)航硬件架構(gòu)中，實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法也需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)，但主要試驗(yàn)場所已從第一階段的模擬環(huán)境轉(zhuǎn)移到了第二階段ASPN原型系統(tǒng)的野外測試，具體情況如表4所示。

表3 可用于ASPN的傳感器Table 3 Potential sources and measurements for ASPN

表4 測試和試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)安排Table 4 Schedule of test and demonstration events

3.5 新型傳感器和新穎高效的導(dǎo)航測量方法

引入新穎高效的傳感器、測量量和測量方法，通過向?qū)Ш綖V波器提供獨(dú)特的測量結(jié)果，增強(qiáng)系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)健性，將極大地提高ASPN系統(tǒng)的精度。通過一種新穎高效的處理或測量方法，向?qū)Ш綖V波器提供獨(dú)特的測量結(jié)果，增強(qiáng)即插即用導(dǎo)航能力。同時(shí)，從現(xiàn)有導(dǎo)航測量方法中研究新型傳感器和測量量處理技術(shù)，將為ASPN方案提供巨大的幫助（提供新測量類型，增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性；提供魯棒性強(qiáng)的新測量量；有效提供大量非常規(guī)的窄帶測量）。

4 導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

全源定位與導(dǎo)航技術(shù)作為美國發(fā)展的一項(xiàng)前沿研究技術(shù)，是確保慣性導(dǎo)航精度的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)可利用一切可能用于導(dǎo)航的要素，以提供高精度定位、導(dǎo)航與授時(shí)能力，為滿足魯棒性強(qiáng)、可靠性高以及成本效益高等要求，導(dǎo)航系統(tǒng)還面臨以下5大挑戰(zhàn)。

1）大量異類傳感器信息整合，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。各種不同的導(dǎo)航方式都存在自身缺陷，如慣性導(dǎo)航技術(shù)的精度隨誤差累積、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨被攻擊和干擾的威脅、地形/景象輔助導(dǎo)航受到地球物理特征的約束、無線電導(dǎo)航傳輸距離有限，容易受到干擾和中斷。因此，全源定位導(dǎo)航系統(tǒng)必須融合多種異形傳感器信息，必須有復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)和多模式算法軟件的銜接支撐，必須有各導(dǎo)航系統(tǒng)重新配置和即插即用結(jié)構(gòu)支撐，必須有多種復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。

2）多傳感器信息交融銜接，導(dǎo)航系統(tǒng)配置最優(yōu)問題。由于全源導(dǎo)航系統(tǒng)傳感器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)配置，可以綜合利用所有可用導(dǎo)航傳感器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確無縫銜接，發(fā)揮每種可用導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢特點(diǎn)。

3）多任務(wù)剖面隨機(jī)不確定適應(yīng)性，能處理多假設(shè)和環(huán)境特征不唯一的實(shí)時(shí)應(yīng)用。全源導(dǎo)航傳感器在線誤差建模與評估、自適應(yīng)重構(gòu)框架及算法、系統(tǒng)的智能主動(dòng)容錯(cuò)處理方法能處理多假設(shè)和環(huán)境特征不唯一的實(shí)時(shí)應(yīng)用和不同故障模式下導(dǎo)航系統(tǒng)故障傳播機(jī)理的分析和不同傳感器及導(dǎo)航系統(tǒng)的故障模式判別，形成數(shù)字濾波、智能決策理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理，提高容錯(cuò)結(jié)構(gòu)對干擾的自適應(yīng)性，保證異類導(dǎo)航系統(tǒng)在良好的穩(wěn)定性、連續(xù)性、抗干擾性和高精度的導(dǎo)航性能。

4）系統(tǒng)誤差模型試驗(yàn)驗(yàn)證研究的扎實(shí)支撐性。通過誤差模型驗(yàn)證，精度及可靠性驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)激勵(lì)各項(xiàng)外部干擾并降低環(huán)境函數(shù)矩陣的復(fù)雜性；通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)誤差模型，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位的最大功效、多種導(dǎo)航傳感器同時(shí)工作的可靠性判別、異常數(shù)據(jù)剔除等。利用一切可能用于導(dǎo)航的要素，設(shè)計(jì)基于多源異構(gòu)信息融合的自適應(yīng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)則，采用多尺度故障建模方法，建立系統(tǒng)和部件的層型故障機(jī)理模型，構(gòu)建導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的評估體系。

5）算法軟件的有效、兼容和可拓展性。系統(tǒng)制定了故障診斷和智能主動(dòng)容錯(cuò)方案，全面兼容各類導(dǎo)航算法，靈活調(diào)整異類傳感器及其量值，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同；通過導(dǎo)航器件與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的最優(yōu)組合，整合可利用資源，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)在多種飛行模態(tài)下異類導(dǎo)航信息無縫智能融合與容錯(cuò)；考慮系統(tǒng)模型不確定和非線性、噪聲特性的不精確性和時(shí)變性，采用新穎高效的測量處理算法，提高系統(tǒng)計(jì)算效率和魯棒性，使系統(tǒng)能夠感知工作環(huán)境的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

5 對我國發(fā)展的建議

自20世紀(jì)60年代開始，我國各類導(dǎo)航傳感器從仿制到試制，從研制到不斷創(chuàng)新。目前，傳統(tǒng)機(jī)械式導(dǎo)航傳感器（10－3/h、10－6g）已發(fā)展為光學(xué)固態(tài)導(dǎo)航傳感器（10－4/h），MEMS 導(dǎo)航傳感器（10/h、10－4g）進(jìn)入應(yīng)用階段。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步和國防需求的牽引，組合導(dǎo)航系統(tǒng)于20世紀(jì)末開始使用。21世紀(jì)，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完善以及地磁、雷達(dá)、影像等傳感器的應(yīng)用，不同的導(dǎo)航組合如雨后春筍般興起，各種組合導(dǎo)航算法隨著應(yīng)用而不斷改進(jìn)與完善，并且有新的突破，但目前仍然處于多源復(fù)合導(dǎo)航系統(tǒng)階段。

針對中國當(dāng)前全源定位導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展和建設(shè)，提出以下建議：

1）緊跟國際技術(shù)發(fā)展趨勢，盡快開展頂層統(tǒng)籌論證、籌劃設(shè)計(jì)。以建設(shè)國家PNT體系戰(zhàn)略需求為牽引，解決衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性問題為核心，策劃開展中國全源定位系統(tǒng)（C-ASPN）的研究，形成以服務(wù)航天衛(wèi)星、空間攻防及深空探測為主的小型化、高精度、強(qiáng)健型自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)；以導(dǎo)航資源配置高效化、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)通用化、裝置應(yīng)用方式多樣化為目標(biāo)，建立高精度、高可靠全源導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)用推廣等一體化產(chǎn)業(yè)平臺；大力推進(jìn)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，形成成熟、穩(wěn)定且多用途的基本型。

2）開展多種傳感器及其組合技術(shù)的研究。目前，我國能夠生產(chǎn)具有高精度、低功耗、寬帶寬、小體積和高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)的角速率傳感器，小體積、低質(zhì)量、高動(dòng)態(tài)加速度的傳感器以及微機(jī)械慣性測量組件和 GNSS/IMU組合導(dǎo)航組件，基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品型譜化、系列化和產(chǎn)業(yè)化，可以滿足工程應(yīng)用要求。在型號牽引下，新興MEMS慣性技術(shù)、光/機(jī)/電多種傳感器技術(shù)、組合導(dǎo)航技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)穩(wěn)步提高，為我國航天探測和空間對接、安全定點(diǎn)著陸、多種武器裝備精確打擊提供了有利支撐。但是，能適應(yīng)多任務(wù)剖面復(fù)雜環(huán)境要求的多種異型高精度傳感器亟待開展配套創(chuàng)新拓展和實(shí)用型研究。

3）充分利用大數(shù)據(jù)和云平臺技術(shù)，建立多任務(wù)剖面系統(tǒng)誤差模型數(shù)據(jù)庫。多任務(wù)剖面系統(tǒng)誤差模型是全源導(dǎo)航適應(yīng)性的基礎(chǔ)，是多模型算法創(chuàng)新的源頭，必須重視系統(tǒng)誤差數(shù)據(jù)的甄別積累應(yīng)用，重視系統(tǒng)到分系統(tǒng)誤差模型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究，盡快形成多測量源和多信息數(shù)據(jù)庫的建立協(xié)同應(yīng)用，進(jìn)而集成為多任務(wù)剖面（多復(fù)雜環(huán)境）適應(yīng)型模型，滿足不同環(huán)境、不同平臺的即插即用。

4）在現(xiàn)有基礎(chǔ)上互通有無，挖掘拓展，盡快形成有效的多維導(dǎo)航算法軟件。目前，我國各個(gè)行業(yè)都有自己可行的、滿足工程應(yīng)用的算法軟件。每一種算法在相應(yīng)飛行條件下各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們性能各異、各有特色、優(yōu)缺點(diǎn)共存，但是它們在改變?nèi)蝿?wù)剖面單獨(dú)使用時(shí)，很難完成高精度、高可靠性的連續(xù)自主導(dǎo)航定位。為了滿足無衛(wèi)星導(dǎo)航情況下的高精度高性能導(dǎo)航的要求，必須加快多剖面任務(wù)導(dǎo)航算法軟件的開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全源定位導(dǎo)航系統(tǒng)中慣導(dǎo)系統(tǒng)與其他導(dǎo)航系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，全面提高導(dǎo)航系統(tǒng)的整體性能，滿足不斷變化的任務(wù)需求與環(huán)境要求。

6 結(jié)論

導(dǎo)航技術(shù)隨著信息技術(shù)的發(fā)展不斷深入和拓展，在軍事以及民用領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。隨著新原理新方法的出現(xiàn)，導(dǎo)航技術(shù)的微型化、集成化和智能化的趨勢越來越明顯。本文通過梳理美國ASPN項(xiàng)目的產(chǎn)生背景、發(fā)展?fàn)顩r、特點(diǎn)以及其中的一些技術(shù)問題，為我國C-ASPN系統(tǒng)的研制提供參考，以解決衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性問題。

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Development and Suggestions of All Sources Position and Navigation

SONG Li-jun1，XUE Lian-li2，DONG Yan-qin3，WU Ya-ming4，CHEN Xiao-zhen5
（1.Electronic Information and Control Engineering College，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055；2.Beijing HIWING Scientific and Technology Information Institute，Beijing 100074；3.The Equipment Academy of the Rocket Force，Beijing 100085；4.The 16thInstitute，China Aerospace Science and Technology Corporation，Xi'an 710100；5.Beijing Institute of Aerospace Control Devices，Beijing 100039）

This paper introduces the relationship between all sources position and navigation program and positioning，navigation and timing，summarizes the background，objectives，specifics and developments of all source positioning and navigation program.Then，key technologies and five major challenges are emphasized.Finally，some suggestions are put forward about the development of all sources position and navigation in China.

all source positioning and navigation； positioning，navigation and timing； inertial navigation system；global navigation satellite system

U666.1

A

1674-5558（2017）07-01476

10.3969/j.issn.1674-5558.2017.06.017

2017-09-28

陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃資助（編號：15JK1416）

宋麗君，女，博士，講師，研究方向?yàn)閼T性導(dǎo)航及組合導(dǎo)航算法。