19、导航定位技术全面解析

导航定位技术全面解析

1. 惯性导航系统的原理与局限

惯性导航系统是一种自主导航系统，不依赖外部信息，也不向外辐射能量，其基本工作原理基于牛顿力学定律。通过测量载体在惯性参考系中的加速度，对时间进行积分，再转换到导航坐标系，就能得到速度、偏航角和位置。它具有完全自主性，能在任何天气和时间下工作。

不过，惯性导航系统也存在一些缺点：
- 定位误差会随时间增加，长期精度较差。这是因为导航信息通过积分计算得出，误差会不断累积。
- 每次使用前的初始校准时间较长。
- 设备成本较高。

在惯性导航系统中，轨迹估计技术用于确定载体的位置。它利用载体的瞬时位置、航向和速度来估算当前位置，依据运动载体的行驶距离和航向的实时测量值计算位置和运动轨迹，一般不受外部环境影响。但由于自身误差会随时间累积，单独工作时难以长时间保持高精度。

以二维平面为例，假设运动载体为质点，在二维直角平面坐标系中进行二维运动，轨迹估计采用绝对坐标系，通常 Y 轴指向北方，X 轴指向东方。设上一时刻的位置坐标为((x_k, y_k))，当前时刻的位置坐标为((x_{k + 1}, y_{k + 1}))，相邻时刻的位移为(\Delta_k)，航向角为(\mu)，则当前时刻的位置可通过以下公式计算：
[
\begin{cases}
x_{k + 1} = x_k + \Delta_k \cdot \sin\mu \
y_{k + 1} = y_k + \Delta_k \cdot \cos\mu
\end{cases}
]

2. 集成导航定位系统

为了克服惯性导航系统和全球