组合导航和多源融合（组合导航模块）

本文目录一览：

• 1、什么是INS/GPS组合导航系统
• 2、上海大学电工理论研究生怎么样
• 3、组合导航有什么功能？
• 4、什么是组合导航？
• 5、组合导航技术

什么是INS/GPS组合导航系统

组合导航是指综合各种导航设备，由监视器和计算机进行控制的导航系统。INS/GPS组合导航系统是指基于GPS卫星导航系统和惯性导航系统的组合导航系统。

组合导航系统模块充分利用GNSS卫星导航系统和惯性导航系统优点，基于最优估计算——卡尔曼滤波算法融合两种导航算法，获得最优的导航结果；尤其是当卫星导航系统无法工作时，利用惯性导航系统使得导航系统继续工作，保证导航系统的正常工作，提高了系统的稳定性和可靠性。

SKYLAB组合导航模块SKM-4DX提出了卫星导航精度的智能识别算法，基于组合导航提供的高精度导航信息，对卫星导航的定位精度进行识别，如果卫星导航精度较好，则进行组合导航，一旦发现卫星导航的定位精度进行识别，如果卫星导航精度较好，则进行组合导航，一旦发现卫星导航信号非常差甚至丢失信号，则进行纯惯性导航，总之，SKM-4DX组合导航模块实现了组合导航和纯惯性导航的自主切换。

组合导航模块SKM-4DX采用GNSS(BDS/GPS系统联合定位)/INS（惯性导航）组合导航定位技术，凭借高精度六轴惯性器件和成熟的惯性算法，无需里程计或速度信号接入，且无严格安装要求，即使在隧道、车库等弱信号环境下也能为车辆提供高精度的定位模块。

上海大学电工理论研究生怎么样

机械电子工程

♦ 学科概况

本学科是学校211工程和上海市的重点学科建设点，2001年通过教育部评审，获准为国家重点学科建设点。本学科在“七五”、“八五”、“九五”十五年期间，连续获得上海市教委三期重点学科建设拨款资助，还有世界银行贷款支持、上海市科委的市重点实验室建设拨款资助、上海市经委的工程中心贷款支持以及学校的“211工程”学科建设的拨款资助。本学科的“机械自动化与机器人实验室”被认定为上海市重点实验室、“机电一体工程中心产学研基地”被认定为“国家863计划机器人主题产业化基地”。特别是“十五”期间，在“机械电子工程”国家重点学科和上海市重点学科建设、“先进机器人与现代制造系统”上海市优势重点学科和“仪电自动化”上海市特色重点学科建设上，得到了国家教育部和上海市的进一步支持，先后重点进行了“上海大学－华中科技大学快速制造中心”和“上海大学中瑞联合微系统集成技术中心”的建设，新建“上海大学警用装备与公共安全工程研究中心”，并与材料工程学院共建“新型显示技术与系统集成教育部重点实验室”。

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♦ 师资队伍

通过科学研究和基地建设的锻炼，本学科形成了一支老中青结合、学历结构合理、能团结拼搏的学术团队，其中：具有博士学位的，占了团队总人数的66％（“十五”是“九五”的2倍）。“十五”期间，本学科共有4位青年教师得到上海市科技启明星人才计划资助，有3位得到科技启明星跟踪计划资助，有5位青年教师得到上海市教委曙光学者计划资助，有1位得到曙光跟踪计划资助，有2位青年教师先后被评为人事部“百、千、万工程”（一、二层次）人才和教育部跨世纪优秀人才，本学科还有一位长江特聘讲座教授。

l ♦ 科研成果

在科学研究方面，依托上述基地，本学科在努力进行应用基础研究和高技术前沿探索的同时，积极面向国民经济建设主战场，以应用研究导向的自主创新能力不断增长。“十五”期间，科研总经费累计1.63亿，是“九五”期间的2.1倍。其中：国家和上海市各类科技计划科研经费（纵向科研经费）0.55亿，包括国家纵向科研经费0.18亿（“十五”是“九五”的2.1倍）；在科研总经费中，经过招投标从企事业获得委托科研项目经费为1.08亿，占科研总经费的2/3，表明了本学科在应用工程研究方面见长的特色。“十五”期间，科研项目中，检索或鉴定意见认为达到国内先进或国际先进的项目32项，SCI和EI检索的论文155篇（“十五”是“九五”的4.3倍）。

依托学术团队和研究基地，在本学科历年完成的科研项目中，获国家科技进步一等奖有1项、获国家科技进步二等奖2项、获国家科技进步三等奖1项、获省部级科技进步一等奖5项、获省部级科技进步二等奖38项。

本学科根据国家、地方经济建设、社会发展和国家安全的需求，以及学科自身的发展规律，通过学科的交叉、技术的融合、内容的聚焦和具体的实践，逐步凝练形成的四个方向和研究内容如下：

研究方向一：机器人技术及应用工程

该方向在面向公共安全的服务机器人、面向助老助残的医疗康复机器人、家庭服务机器人以及面向机电自动化行业中工业机器人应用工程等方面重点开展工作。

主要研究内容：

（1）公共安全服务机器人技术研究

根据“国家公共安全中长期科技发展规划”，从公安武警部队需求出发，通过适应低空或复杂地形地貌或江河浅水这三种非结构环境公共安全服务机器人系统和应用工程的研究开发，掌握以检测传感、信号处理、伺服控制和导航、执行机构的精密灵巧和系统集成等技术相融合为主线的机器人自主或局部自主作业这一核心技术，在特色鲜明的基础上，提升本学科这方面在国内同行中的学术地位，并增强在国际学术界中的知名度。

近五年的工作重点规划如下：

1）水域的水面、水下监测监控关键技术研究和应用工程系统开发。目前已经开展及计划开展的具体研究内容包括：监测监控潜水器系统设计和开发；近场处置潜水器系统设计和开发；超低空飞行小型无人侦察机系统设计和开发；立体监测监控显示系统设计和开发。重点攻关的关键核心技术包括：混浊水况中声纳图像和浓雾空况下光学图像的压缩增强技术；潜水器的水下抗涌流技术；小型无人机的抗风增稳自主悬空飞行技术；基于双目视觉导航的自主着陆飞行技术；高机动飞行的鲁棒自适应控制算法和联邦卡尔曼滤波控制算法；基于微型惯性测量组合的多源冗余信息融合技术和组合导航飞行技术；三轴精密平台的仿生运动控制技术；低空飞行的图像跟踪技术；基于VR的裸视显示技术和基于激光扫描的现场态势实时建模技术等。

2）城市环境下的侦查搜救机器人关键技术研究和应用工程系统开发。包括：单兵携带城市废墟侦查搜救机器人系统设计和开发；单兵携带城市巷道投扔式侦查机器人系统设计和开发；测爆/破爆地面移动机器人系统设计和开发；单兵携带飞行机器人系统设计和开发。重点研究的核心关键技术包括：狭小空间非结构环境下的伸缩式柔性灵巧机构设计技术；地面移动机器人的运动避障越障技术；基于传感器的地面移动机器人导航控制技术；投扔式侦查机器人的高耐冲击振动技术；复杂地形地貌中的地面移动机器人抗倾覆和自位技术；涵道式旋翼器变姿飞行机理的研究等。

（2）医疗康复智机器人和公共服务机器人

1）在医疗康复智能系统与机器人方面，在掌握人机一体化系统动力学和肌电包容控制技术的基础上，开展步态康复减重训练智能机械系统的研究工作，完成助老助残康复机械手系统、轮足混合助步轮椅系统。重点攻关的核心技术包括神经康复人机一体动力学建模与控制技术；肌电信号与肌肉运动的映射关系在机器人控制中的应用技术等。

2）在以公众服务，如家庭、保安等为目的的服务机器人方面，重点围绕服务机器人的光机电系统关键核心技术开展研究，并建立基于无线传感网络环境的移动机器人综合研究与测试平台。攻关的核心关键技术包括：非结构环境下多机器人协同工作与控制技术；无线传感网络的移动机器人导航控制技术；基于多传感器融合的服务机器人安全技术；移动机器人直接驱动和节能技术；服务机器人功能和机构的模块化、优化和总体集成技术；面向服务机器人的人眼盯视、语音、触觉、肌电等多通道人机交互关键技术；服务机器人“人-机-环境”多感知交互反馈工作机理等。

（3）工业机器人应用工程关键技术和系统研究

通过工业机器人应用工程关键技术和系统研究,使工业机器人工程系统能满足生产制造、装配、检测、包装各方面的高速，高精度，高质量要求,还可以在需要的场合下,适应高温、低温、粉尘、潮湿等等特殊环境，从而进一步拓宽其应用领域，并提高应用水平。关键核心技术有：

1）机器人化自动装配技术研究，包括基于零件结构和装配特性分析的DFA技术、机器人化的特殊装配技术、装配机器人的模块化设计技术、末端操作器的smart化、基于机器人视觉和图像识别技术的零件精确认向、导向技术、基于动态特性分析的精密运动定位技术、机器人的自动装配规划技术、机器人组线集成的自动装配技术等。

2）机器人化物流技术研究，包括零件或产品的机器人分类、筛选、理料、供料、搬运、存储、分流、包装技术；基于物流量、速度等要素的移载技术和交通网规划技术；零件或产品质量的在线检测技术。

研究方向二：机电装备基础功能部件与制造系统集成关键技术

机电装备基础功能部件的研发是国家“十一五”规划的一个重要方向，上海大学在机电基础功能部件的理论与技术研究方面已有多个国家级项目和上海市重点项目的支持，在高密度永磁电机、各类支承、磨擦和润滑等方面相应的理论与应用技术、机电控制专用芯片设计等方面已经获得技术突破，掌握核心技术并得到了成功应用。在上述各单项研究成果的基础上，本研究方向将瞄准高速高精多元轴系方向，以其在精密数控机床、机器人等装备中的应用为目标，对高速高精电主轴部件和直线驱动部件开展相关的研发工作。

主要研究内容：

（1）高速高精电主轴系统理论与关键技术研究

研究高速高精电主轴系统的核心关键技术，提升自主生产电主轴系统中核心器件的能力，解决国内目前多采用进口国外的器件进行集成制造的局面。关键攻关的核心技术包括：高密度高效节能永磁同步伺服电机自主研发；高性能主轴数字伺服驱动系统自主研发；主轴部件专用控制芯片自主研发及其集成应用；高速高精支承、润滑、密封及其系统的自主研发及应用；高速高精电主轴机械结构及冷却系统的自主研发与系统集成技术；高速高精主轴部件台架测控技术的自主研发等。在此基础上，将构建二个达到国内先进水平的综合研发与测试平台，即：1）高速高精电机研发与测试平台，主要包括：电机系统设计与性能仿真分析平台、电机驱动系统实验研究平台与性能综合测试台架等；2）高速主轴部件研发与测试平台，主要包括：高精度机电装配调试平台、主轴系统综合性能测试台架、高速切削试验系统等。

（2）直线电机驱动部件理论与关键技术研究

高速高精直线驱动已成为机电装备驱动的发展趋势，该方面的研究将主要研究与解决以下几个关键技术问题：高速高精直线驱动部件机械结构、伺服控制、润滑、冷却等关键技术及其集成应用；基于近似行波驱动原理的双面驱动压电直线微电机及其控制方法；由多种振子组成的触觉显示器振子群的结构设计及控制方法；新型触觉提示控制模式的微执行器与控制算法等。为了能支撑该方面的研究工作，计划完成具有国内先进水平的直线驱动部件关键技术与控制方面的研发与测控台架建设，其目标为高速高精度直线驱动部件的研发。

（3）机电装备系统集成关键技术及应用研究

以汽车零部件制造装备为主要应用背景，开展机电装备集成关键技术和系统研发工作。

开展的关键技术研究内容包括：数字化协同研发关键技术；机电装备与汽车电子制造工艺的匹配技术、特别是自动化机电装备与系统、机器人的集成应用技术；高精度快节拍机电装备系统关键技术，包括高速高精定位控制、高速机电系统动态特性研究等；机电装备运作过程信息化及管控一体化技术；机电系统过程智能测控技术；面向行为、面向对象的机器视觉关键技术研究；汽车NVH（静音、舒适性和声品质）关键技术研究等。

研究方向三：机电系统控制技术和先进检测方法

该研究方向以先进检测技术、网络技术、计算机控制技术为基础， 开展机电系统先进控制理论和应用技术研究，并重点基于工程光学理论，针对工程中的相关检测问题，开展先进检测方法和应用技术的研究工作。

主要研究内容：

（1）机械传动系统的变频控制单元技术

针对机械传动系统非线性、强耦合、多变量、量大面广耗能大的特点，基于新型电力电器件及处理器技术，主要开展以下研究：（1）通过对PWM变频技术、软开关电力变换、电磁能量转换机理的研究，从节能、谐波抑制、电磁兼容角度出发提出新型电路拓扑结构，重点突破以软开关PWM变频、无传感器高功率因数变频为基础的高性能变频器设计理论；（2）通过对电机矢量控制和直接转矩控制理论的研究，提出按定子磁场定向的连续控制及传动系统非线性解耦控制技术路线，重点突破交流电机高性能控制与实时算法理论难题。

（2）分布式多单元机电系统的现场总线控制技术

针对工业现场制造流水线系统多单元、分布式、协同控制的特点，主要开展以下研究：（1）通过对目前主流现场总线技术和工业以太网技术的研究，重点突破实时测控现场总线协议、多协议转换模型及评价技术、实时监控的可视化虚拟交互技术难题，建立开放式现场总线体系结构；以中央空调为应用对象，研究动态负荷下多任务调度及多子系统综合节能技术，重点突破不确定环境下多任务运筹优化理论难题，建立基于总线的中央空调大系统节能控制平台；（2）针对当前有线/无线总线大量并存的现状，研究符合制造业实时要求和开放数据通信的异构有线/无线现场总线无缝集成技术，重点提出一种兼容最新IEEE802.15.4a标准的WICN-Z无线网络协议及其与有线总线协议的通用转换构架，构建一个面向制造业的有线/无线异构现场总线控制系统，使得现场智能设备易于接入该系统中。

（3）广域机电大系统的网络控制技术

针对现代制造环境下执行单元具有广域化、网络化的趋势，在已提出的两层网络单变量学习控制系统的基础上，进一步提出两层网络多变量学习控制系统架构，重点突破的关键问题有：开展学习收敛性和系统稳定性、鲁棒性理论分析，以及利用收敛性条件提出消除或降低多回路网络不确定性影响的学习控制策略；探索利用低成本网格计算，降低网格的随机性影响，实现学习控制策略的实时计算；构建基于Web的两层网络多变量学习控制系统的软硬件开放实验平台。

（4）工程中先进检测方法和应用技术研究

针对工程检测中的相关问题开展研究工作，主要基于工程光学理论，研究测试方法和应用技术，主要包括：（1）管道管线探测技术和系统：主要研究面向核工业应用的细小管道探测技术和系统、面向城市建设的非开挖地下管道探测技术和系统、管道管线振动检测与主动控制、基于时频分析与多传感信息融合的管道探伤技术等。（2）多尺度轮廓测量技术，包括宏观大尺寸到微纳米尺度的各种特种物体的三维轮廓测量技术，主要为逆向工程和微纳加工服务。（3）宏微驱动高速高精度定位系统的研究。（4）短波段光机系统设计理论和方法研究。

研究方向四：光电显示及装备和微纳制造技术

结合国家、上海市发展集成电路装备与工艺、半导体照明新能源、平板显示技术的重大战略，以有机电致发光（OLED）、半导体照明（LED）等光电显示技术及于平板显示中的应用技术的研发为主线，开展包括设计和优化在内的，从材料、器件、系统集成到装备的关联技术研发。

主要研究内容：

（1）新一代有源矩阵有机电致发光（AM-OLED）的显示技术研究及其配套装备研制

主要开展（1）基于薄膜晶体管（TFT）的新一代有源矩阵有机电致发光（OLED）显示前沿技术的研究与开发，包括多种新颖OLED微纳光电器件（如微显示、TFT-OLED、OTFT、有机激光）的前沿探索；TFT平板显示设计、专用芯片与电路开发。（2）具有自主知识产权的关键配套装备的设计与研制，包括OLED加速寿命老化测试仪、功函数测试仪等的研制；OLED薄膜封装用离子源及其控制系统的研制.(3)OLED低成本、工艺流程标准化的产业化关键技术攻关等。

（2）高亮度LED白光器件及其配套装备研制

将从芯片、器件、模块、系统多个层次系统提升LED的出光与散热，开发具有新型结构的高性能半导体照明器件，突破目前阻碍高亮度LED技术突破的提高出光与散热效率的瓶颈问题，使其发光效率达到90 lm/W以上，满足通用照明、大屏背光源的需求。同时，结合LED器件制造新工艺，开展具有自主知识产权的关键配套装备的设计与研制。关键的研究包括：倒装LED芯片、多芯片LED模组、LED散热系统方案、LED热学测试设备、纳米压印提升LED出光效率、LED纳米散热反光复合薄膜制备、LED高效恒流驱动技术、基于太阳能的LED照明系统技术等。LED白光器件关键配套装备/部件的设计与研制内容还包括：LED热阻测试仪、多功能LED点胶/共晶机等的研制。

（3）先进封装与微纳制造技术

当前微纳制造技术与系统的发展趋势是器件/系统的多功能、高密度、高可靠性化，以及纳米新材料技术于微纳系统的光、电、磁、热等功能强化提升实现。在先进封装技术方面，将重点开展倒装芯片技术、晶圆级封装技术、三维系统封装技术、嵌入式封装技术、高频封装技术及其可靠性研究，以及纳米互联材料与技术（其中包括纳米无铅焊料、纳米导电胶、纳米散热材料和纳米炭管作为互联材料）研发。在微系统集成方面，重点开展碳纳米管微纳制造技术攻关，将碳纳米管微纳制造技术与微流体控制技术联合，应用于碳纳米管微冷却器。

该方向的研究平台基础包括：“新型显示技术及应用集成”教育部重点实验室、“上海大学－广电电子平板显示联合工程技术中心”（筹建）、中瑞联合微系统集成技术研究中心。

上述研究方向和研究内容跟国家、地方经济建设、社会发展和国家安全有关的科技规划或计划一致，为本学科的持续发展提供了广阔的空间。

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♦ 人才培养

本学科在上述研究方向和研究内容上积极培养人才。“十五”期间，本学科共招收硕士研究生423名（“十五”是“九五”的1.7倍）、博士研究生165名（“十五”是“九五”的3.3倍）,并接受了博士后12人。有3位获博士生获上海市优秀博士论文作者的称号。为鼓励新概念、新构思、新技术的预研，本学科设有“上海大学机械电子工程学科快速反应研究基金”，供青年研究人员申请。

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♦ 学术交流

本学科在上述研究方向和研究内容上的国内外学术交流活跃，活动形式包括：举办国内外学术会议、开展国际合作研究、派遣出访和邀请来访等。“十五”期间，举办的重要国际学术会议有7次（“十五”是“九五”的3.5倍），重要的国内学术会议有6次（“十五”是“九五”的2倍），重要国际合作研究项目有10项（“十五”是“九五”的10倍），有44人次到美国、日本、德国、英国、法国、加拿大、奥地利、希腊、瑞典、波兰、捷克和香港等12个国家和地区参加国际学术会议（“十五”是“九五”的2倍）、讲学和合作研究（其中包括博士后、博士生和硕士生12人次），有38位来自美国、日本、英国、法国、加拿大、瑞士、瑞典、比利时、波兰和香港等国家和地区的教授和专家来访讲学或合作研究（“十五”是“九五”的1.4倍）。为加强国内外的学术交流，本学科设有“上海大学机械电子工程学科开放研究基金”，供非本校研究人员申请。

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♦ 展 望

今后建设的主要目标和思路是：根据国家、地方经济建设、社会发展和国家安全的需求，并考虑学科自身的发展规律，进一步注重学科方向的凝练，进一步注重杰出拔尖人才的引进和培养，进一步注重应用基础研究和高技术前沿探索，进一步注重国际学术交流和合作。在保持应用工程研究见长特色的同时，通过进一步的学术团队建设、研究基地建设，进一步上水平、见效益，使上海大学的机械电子工程学科成为国内外公认的、有特色的、先进的工科学科。

组合导航有什么功能？

组合导航指两种或两种以上导航技术的组合，组合后的系统称为组合导航系统。根据不同的要求有各种不同的组合导航系统，多以惯性导航系统作为主要分系统。组合导航系统一般具有以下功能：

（1）协合功能：利用各分系统的导航信息，形成分系统所不具备的导航功能。如用大气数据计算机的空速信息和罗盘的航向信息工作的自动领航仪可以提供飞机的位置信息。它是一种早期的组合导航系统。

（2）互补功能：组合后的导航功能虽然与各分系统的导航功能相同，但它能够综合利用各分系统的特点，从而扩大了使用范围，提高了导航精度。

（3）余度功能：增强了导航系统的可靠性。

什么是组合导航？

组合导航指两种或两种以上导航技术的组合，组合后的系统称为组合导航系统。根据不同的要求有各种不同的组合导航系统，多以惯性导航系统作为主要分系统。组合导航系统一般具有以下功能：

（1）协合功能：利用各分系统的导航信息，形成分系统所不具备的导航功能。如用大气数据计算机的空速信息和罗盘的航向信息工作的自动领航仪可以提供飞机的位置信息。它是一种早期的组合导航系统。

（2）互补功能：组合后的导航功能虽然与各分系统的导航功能相同，但它能够综合利用各分系统的特点，从而扩大了使用范围，提高了导航精度。

（3）余度功能：增强了导航系统的可靠性。

组合导航技术

组合导航技术

重点领域： 航空电子与武器技术

技术方向： 导航技术

研究内容： 组合导航技术

技术内涵概述：

将两种或两种以上导航系统以适当方式组合为一种导航系统，以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的，这种系统被称为组合(或综合)导航系统。惯性导航系统由于其工作的完全自主性、以及所提供信息的多样性(位置、速度及姿态)，已成为当前各种航行体上应用的一种主要导航设备；并且，在现已得到应用的机载组合导航系统中，绝大部分为惯性为基的组合系统，其中惯性与GPS两者组合的导航系统是组合导航技术发展的一个重要方向。

组合系统的优点可归纳如下：

1、能有效利用各子系统的导航信息，提高组合系统定位精度；

2、允许在子系统工作模式间进行自动转换，从而进一步提高系统工作可靠性；

3、可实现对各子系统及其元件的校准，从而放宽了对子系统技术指标的要求；

4、允许惯导系统进行空中对准和调整，有利于缩短惯导系统的地面对准时间。

目前技术水平(包括与国内外水平对比)：

惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，即在载体内部测量载体运动加速度，经积分运算后得到载体的速度和位置等导航信息。惯性导航是一种完全自主的导航方法，其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间独立工作。解决这一问题的途径有两个：一是提高惯导系统本身的精度，一是采用组合导航技术。而实践证明，主要通过软件技术来提高导航精度的组合导航，是一种行之有效的方法。目前在飞机上的通常作法是，在一种中等精度惯导仪基础上，通过卡尔曼滤波器结合进一个或多个辅助传感器，这些传感器将为惯导提供有界信息，从而最终构成一种对短期和长期稳定性以及系统精度都是最佳的组合系统。

军民用前景分析：

自80年代始，组合导航系统日益扩展其应用，尤其受到航空界的重视。在军用方面，美国和北约国家的军用飞机大量装备的是以惯性为基的组合导航系统，其中GPS与惯性的组合更是占有特殊重要的地位。至2004年，一种称为“嵌入GPS接收机的惯导系统”的装置(即EGI)将完全取代单独的机上GPS接收机，而成为美国和北约军用飞机的主要导航设备。另外，在战术导弹上，这些国家也不允许用GPS作为其唯一制导装置。俄罗斯由于其飞机上的传感器或单项装置普遍来说性能不高，所以特别强调对系统综合能力的研究。通过综合利用现有传感器的信息以构成组合导航系统，这是俄罗斯在现役军用机上广泛采用的一种作法。

定义与概念：

将两种或两种以上导航系统以适当方式组合为一种导航系统，以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的，这种系统被称为组合（或综合）导航系统。至于哪些导航系统可相互结合成为组合导航系统，一般是没有什么限制的。但惯性导航系统由于其工作的完全自主性、以及所提供信息的多样性（位置、速度及姿态），已成为当前各种航行体上应用的一种主要导航设备；并且，在现已得到应用的机载组合导航系统中，绝大部分为惯性为基的组合系统，其中惯性与GPS两者组合的导航系统是组合导航技术发展的一个重要方向。

国外概况：

有三个重要前提推动了组合导航的发展：首先，远程/长航时以及武器投放、侦察/反潜以及变轨控制等任务对导航系统提出了更高的要求；第二，现代控制理论的兴起和发展，特别是卡尔曼滤波技术的出现，为组合导航提供了理论基础和数学工具；第三，数字计算机的蓬勃发展为应用卡尔曼滤波方法解决组合导航问题提供了现实可行的条件。

在以惯性为基的机载组合导航系统中，可提供组合的典型传感器有：GPS（或以后的Glonass）、多普勒、罗兰、星体跟踪器、数字地图、雷达高度表、大气数据计算机、合成孔径雷达（SAR）和光电传感器等。

组合系统的优点可归纳如下：

1、能有效利用各子系统的导航信息，提高组合系统定位精度；

2、允许在子系统工作模式间进行自动转换，从而进一步提高系统工作可靠性；

3、可实现对各子系统及其元件的校准，从而放宽了对子系统技术指标的要求；

4、允许惯导系统进行空中对准和调整，有利于缩短惯导系统的地面对准时间。

早期飞机主要靠目视导航。20世纪20年代开始发展仪表导航，30年代出现无线电导航，40年代开始研制超短波的伏尔（VOR）导航系统，50年代惯性导航进入飞机应用，50年代末多普勒导航问世，60年代开始使用远程无线电罗兰C导航系统，60年代中"子午仪"卫星导航正式投入使用，70年代联合战术信息分发系统（JTIDS）得到研制，80年代初出现地形辅助导航，80年代末GPS全球定位系统逐渐进入航空领域。与此同时，从80年代初以来至今，发挥不同导航系统特点的组合导航逐渐得到应用且发展迅速。另外，在30年代无线电导航技术问世之前，天文导航是各种航行体主要（甚至是唯一）的导航手段；但直到今天，无文导航仍在使用，且多以与其它导航相结合的形式出现。

下面简介几种主要导航系统，以及它们与惯性系统组合的情况。

1、VOR/DME 近距无线电导航

VOR和DME是两种近距无线电测量系统。VOR为甚高频全向信标系统，测量飞机磁方位角；DME为测距系统，测量飞机与地面DME台间的斜距。DME作用距离为300～500公里，最远700公里，测距误差为0.1～0.4海里。VOR/DME组成近距无线电导航系统，在其信号覆盖区内还可与惯导组合，以提高飞机区域导航或进场着陆前所需导航信息的精度。

2、多普勒导航

其工作原理是，用多普勒雷达测量航行体相对地球的速度（地速）和偏流角，再从航向系统引入航向信息，然后通过积分运算，最后得到航行体的位置信息。多普勒导航与惯性导航一样，都是一种航位推算定位系统。而多普勒/惯性是一种速度综合模式，它只能减小位置误差随时间增长的速度值，不能改变位置误差随时间增长的基本特性（如惯性系统），这是速度综合导航系统的主要不足之处。

3、远程无线电导航系统

主要指罗兰－C双曲线无线电导航和奥米伽甚低频远距无线电导航。罗兰－C作用距离为1200海里，定位精度为0.25海里（460米）（2维、均方根）。奥米伽导航靠8个地面台实现全球覆盖，定位精度为1～2海里（1.85～3.7公里）（2维、均方根）。当罗兰工作于测距方式时，罗兰/惯性组合是一种类似于GPS/惯性的伪距综合模式，它可消除惯导位置误差随时间增长的性质，使组合后的位置误差变为有界，因而更适于长时间工作航行体的应用。

4、地形辅助导航（TA）

用无线电高度表和数字地图来辅助惯性导航的技术称为地形辅助惯性导航，简称为地形辅助导航（TAN）或地形基准导航（TRN），通俗称为地形匹配。该技术可用来实现精确导航，精度取决于地图精度和地形变化情况，通常为几十米至100米。但TA基本上是一种低高度系统，在300米以上高度时系统精度降低，800～1500米高度时系统无法使用。另外，TAN/惯性/GPS是现代军用飞机常用的一种组合方案。

5、天文导航

天文导航是一种根据天体的精确坐标位置及其已知运动规律，测量天体相对于航行体参考基准面的高度角，从而计算出航行体位置与航向的导航方法。天文导航是一种古老而又崭新的导航技术，又是一种高精度自主式导航手段。当与惯性系统组合时，它可产生一个极其精确的导航解；而且星体的方位和高度数据还可用来向惯性系统提供调平信息。这种组合系统适合于高空远程飞机和要求具有隐身作战能力的战略轰炸机应用。

6、相对导航

JTIDS是把通信、导航和识别综合在一起的一种三军共用的战术多功能综合电子系统，其用户终端分为三类：I类终端供大型飞机（如预警机）和大型舰艇使用，现已装备部队；II类终端供战斗机和一般舰艇使用，已小批投产；III类终端供陆军小分队使用，尚在研制中。JTIDS有一个高精度的导航功能，被称为相对导航，通过测量信号到达时间来测量伪距，最终向用户提供位置、速度和时间信息。由于该系统具有高精度（20纳秒）统一时序，利用多边测距和卡尔曼滤波技术，可实现高精度、多维导航，精度为几十～100米。但由于其导航算法通常适于低动态用户，对高动态尤其是高机动用户，导航算法会产生较大滞后误差。为克服这一缺点，通常将其与惯导相组合，以便在JTIDS丢失信号或坏的测量几何情况下，依靠惯导的航位推算来保持导航精度。

7、GPS全球定位系统

GPS是一种以空间为基的卫星导航系统，在引入"伪距"和"伪距率"概念后，用户接收机只要能同时接收来自空中4颗卫星的信号，就能精确解算出自身所处的三维地理坐标。根据美国政策，GPS可提供两种精度等级的服务：采用商业码（C/A码）的定位精度为100米，军用码（P码）的为16米。虽然GPS具有其它导航设备无法比拟的优点（如极精确的三维位置、速度和时间数据，无源、全球、全天候工作等），但其本质是一种无线电导航系统。在未来战场的电子战环境下，干扰信号将严重影响GPS的工作有效性。为此，美国防部于1996年提出了以GPS为核心的"导航战"思想；并明确，GPS与惯性相组合的方案是干扰环境下一项重要的抗干扰战术。

8、惯性导航系统

惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，即在载体内部测量载体运动加速度，经积分运算后得到载体的速度和位置等导航信息。惯性导航是一种完全自主的导航方法，其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间独立工作。解决这一问题的途径有两个：一是提高惯导系统本身的精度，一是采用组合导航技术。而实践证明，主要通过软件技术来提高导航精度的组合导航，是一种行之有效的方法。目前在飞机上的通常作法是，在一种中等精度惯导仪基础上，通过卡尔曼滤波器结合进一个或多个辅助传感器，这些传感器将为惯导提供有界信息，从而最终构成一种对短期和长期稳定性以及系统精度都是最佳的组合系统。

关键技术：

1、将多种系统集成在一起，以构成广义组合能力的数据融合技术；

2、以惯性为基组合导航系统识别欺骗性干扰和抗干扰的技术；

3、将GPS载波相位引入惯性组合系统的技术；

4、利用分散估计理论或联邦滤波器/多模态滤波器进行组合的技术；

5、组合导航系统中惯性系统空中快速对准技术；

6、卡尔曼滤波器的工程化应用，以及有关组合系统可靠性、多维余度、容错能力等的理论与方法的研究。

应用与影响：

自80年代始，组合导航系统日益扩展其应用，尤其受到航空界的重视。在军用方面，美国和北约国家的军用飞机大量装备的是以惯性为基的组合导航系统，其中GPS与惯性的组合更是占有特殊重要的地位。至2004年，一种称为"嵌入GPS接收机的惯导系统"的装置（即EGI）将完全取代单独的机上GPS接收机，而成为美国和北约军用飞机的主要导航设备。另外，在战术导弹上，这些国家也不允许用GPS作为其唯一制导装置。俄罗斯由于其飞机上的传感器或单项装置普遍来说性能不高，所以特别强调对系统综合能力的研究。通过综合利用现有传感器的信息以构成组合导航系统，这是俄罗斯在现役军用机上广泛采用的一种作法。