複雜環境下無人係統可信（xìn）導航（háng）

在軍事領域，無人機的發展在世界各國特（tè）別是軍事強國中（zhōng）的發展，都是大家關注的焦點。根（gēn）據本國的發（fā）展需求，未來無人係統（tǒng）將成為信息化裝備體（tǐ）係的重要組成部分，並和有人係統形成編隊協同作戰能力，在信（xìn）息支援、特種支援（yuán）及武器打擊等領域發揮（huī）重要作用。

無人（rén）係統麵臨的技術難點首先包括定位導航，也就會我們所說的問題（tí）——無人係統在哪裏、去哪裏、怎麽去；第二是環境感知，即對周邊環境的認知，為路（lù）徑規劃導航提供（gòng）支撐。另外，還有要控（kòng）製，即任務的執行和對無人係統（tǒng）的操控問題，可見定（dìng）位導航是一切無人係統的基礎。

目前室外和室內定位手段有很（hěn）多，室外主要有衛星導航、慣性導航、偽衛星導航等，室內則有UWB、LED、藍、WIFI等各顯神通。

導航（háng）麵對的主要問題有：衛星導航係統易被幹擾、被欺騙，室內環（huán）境（jìng）中無法使用；慣性導（dǎo）航（háng）體積大、成本高、精度低、存在漂移問題、累計誤差大；地磁導航、天（tiān）文導航、聲納導航精度差；視覺導航受到環境（jìng）的（de）影響大；室內定位需要布設專用係統（tǒng），不適（shì）合廣泛使用。

二、國內外研究現狀

可信導航的主要解決手段主要為：采用（yòng）組合導航以及多源（yuán）或全源融合導航、信號機會導航、環境自適應導航、彈性PNT以及國內的微PNT。

組合導航是指若幹導航係統的聯合使用（yòng），最典型的便是GNSS+INS，也可（kě）以再加地磁或者重力進（jìn）行拓展（zhǎn），結合不（bú）同場景靈活組合。GNSS+INS可以很好地克服自身（shēn）的缺點，是目前主要的導（dǎo）航手段。組合導航過去這（zhè）麽多年來大（dà）多采用鬆組合和緊組合的方式（shì），利用數據融（róng）合（hé）的算法，在GNSS和INS數據基（jī）礎上得出最優估算結果。在鬆（sōng）組合中，GNSS提供的是速度等最終導航結果，但是因為速度和位置（zhì）是相關的，相關（guān）性（xìng）的幹擾尤其（qí）嚴重，精度便會受到影響（xiǎng）。當（dāng）導航星少於4顆，且無法定位解算時，係統的組合將完全被破壞。緊組合（hé）中（zhōng）GNSS提供的量測數據是偽距，克服了鬆（sōng）組合方式中量測信息的相關性問題。鬆（sōng）組合和緊組（zǔ）合都是GNSS對INS的輔助，缺少對GNSS接收機的輔助。深組合是對INS、GNSS進行更深層次的信息融合（hé），一方麵為（wéi）INS提供誤差校正信息以（yǐ）提（tí）高導航（háng）精度，另一方麵利用（yòng）校正後的INS量測信（xìn）息為GNSS跟蹤環（huán）路提供輔助信息。深組合導航技（jì）術正逐步成為應用和實驗的重點。雖然GNSS+INS可以解決不（bú）少問題（tí），但是無法兼顧（gù）低成本下實現抗幹擾（rǎo）和抗欺騙。

現在提出了多（duō）源（yuán）或全（quán）源融合導航的概念，主要原理是利用不同的傳感器、信號（hào）源實現傳感器信息的融合。同一個平台無論有多少（shǎo）台傳感器，隻（zhī）能（néng）輸出唯一（yī）的導航信息，而組合導航隻能是切來切去。融合導航把所有的東西融合後可以提煉出唯一（yī）的導向（xiàng）信息（xī）。全源融合導向定位由美國提出，目標是任何平台、任何環境下實現低成本無縫導航，具有如下特點：兼容大範圍多樣化傳感器和敏感器、對於各種實（shí）時應用更易於優化、開放式架構的協同和增效作用。

以下是一個項目的（de）架構，把全源無所不在、可以利用的信息資源綜合在一起，可以滿足在任（rèn）何平台上實現低成本無縫導航的需求。

全源導航分為兩（liǎng）個（gè）階段，第一是要完成基於即插（chā）即用的能力，也稱為信號（hào）機會導航，或隨機信號導航技術，是美國軍方為了（le）提高導航定位可靠性提（tí）出的一種（zhǒng）全新的（de）導航體製概（gài）念。還（hái）有一個就（jiù）是環境自適應導（dǎo）航。英國的一位（wèi）博士為了實現無論何時何地都能達到3米（mǐ）以內的（de）定位精度目標，提出了一種未來可能應用的多源融合係統結構。還有一種提法是彈性PNT，實（shí）際上要適應各種變化條件，耐受各種各樣（yàng）的供給，而且具備恢複（fù）能力。關於彈性（xìng）PNT，我們北鬥三號的副（fù）總設計師有這樣幾個解釋：以綜合PNT信息為（wéi）基礎，以（yǐ）多（duō）源PNT傳感器優化集成為平台，以函數模型彈性調整和隨機模型（xíng）彈性優化為手段，使其具備高（gāo）可（kě）用（yòng）性、高連續性和高可靠性。彈性PNT也是一個新提出的概念（niàn），國外主要開（kāi）展GNSS異常探（tàn）測，對（duì）於非正常的探測進行收集和（hé）總結。對於風（fēng）險管理，異常情況（kuàng）下我們需要使用備份手段，反數據欺騙，有些條款中增加了一些信息，同時要（yào）加強（qiáng）環境威脅條件下（xià）的檢（jiǎn）測能（néng）力。

對於國內，我們的（de）提法是PNT的預研動向。目前，我們為預研項目進行（háng）的第一階段的驗收工作已經結（jié）束。提（tí）出微（wēi）PNT也是為了解（jiě）決可信導航（háng）問題。終端將微慣性的測量單元，包括無線電的（de）一些PNT信息收發，還有傳感器繼承（chéng）為一個（gè）小（xiǎo）型化的模塊。後期可（kě）能會發展成芯片，但目前是小型化的模塊。通過多源的PNT融合，實現全空域、全時（shí）域、全信息、高動態和高效（xiào）費（fèi）比的PNT服務能力。我們今年3月份在蘇州做了（le）一次中期檢查，得到了一些指（zhǐ）標，目前來（lái）看其精度（dù）要求還不能進入實用化角（jiǎo）度，因此（cǐ）還處於初（chū）級階段，穩定度和精度都有（yǒu）上升空間。

關於國內的微PNT動態，硬件的架構上仍然是把GNSS放進去了，作為一個預研項目，可以隨時關斷，通過我們人（rén）為的意願重新組合。硬件的框架結構（gòu）和軟件框架架構形成了全集型的綜合。主要有三家成員單位，今年（nián）已經作為第一階段的（de）驗收通過了（le），後麵要開展下一階段（duàn）的研製工作。

可信導航（háng）是智能時代的導（dǎo）航發展方向。彈性PNT是（shì）可信導航的解決手段。達成目標的解決手段要落實在微集成技術上，也就是傳感器的小型（xíng）化和多傳（chuán）感器的集成上。不解決小型（xíng）化問（wèn）題，終端的（de）使用（yòng）會受到影響。但小型化是對指標的限製，下（xià）麵要突破（pò）微集成技術，通過小型化指標的（de）跨越。幹擾探（tàn）測技術（shù）和幹擾（rǎo）抑製技術是相輔（fǔ）相成的，天線是幹擾探測技術首要提出來的問題，然後要對環境（jìng）建模提出一整套解決方案。首先是（shì）空域濾（lǜ）波，然後是進入射頻之（zhī）後的濾波（bō），這對器件也提出了很高的要求，它的體積和（hé）性能是成反（fǎn）比的，我們（men）現（xiàn）在要在小（xiǎo）型化的體（tǐ）積條件下，做（zuò）到好的指標，所以一定要解決芯片化濾波器的應用。現在我們的一些濾波器已經進入使用階段，北鬥（dòu）的信道濾波也是大有可為的。同時我們還要處理基站信號，可以使用時（shí）頻濾波，提升GNSS的（de）抗（kàng）幹（gàn）擾能力（lì）效果。此（cǐ）外，還有全員融合算法，能夠實現彈性調整與優化。