在空气稀薄的高空，天文导航是比较理想的；但在低空，天文导航受到云层及气象条件的限制。 9.4 组合导航系统
每一种导航设备单独使用，都有其优缺点。如广泛使用的GPS，其优点是体积小、价格低、定位精度高；缺点也是显著的：非自主，易受干扰和电子欺骗等。惯导系统(INS)其优点是完全自主，且可以以很高的数据率实时输出载体的位置、速度和姿态等导航参数；其缺点是导航定位误差会随时间积累增大。无人机不同于导弹，待机时间很长，惯导系统单独长时间工作无法满足导航精度要求。而组合导航系统是现代无人机导航的一个主要发展方向。通过组合，取长补短，可显著提高系统的导航精度，增强可靠性。
无人机常用的组合导航系统有： (1) INS/ GPS组合
INS/ GPS组合，具有惯导系统较高的相对精度与GPS较高的绝对精度的结合，比单一导航形式具有更高的精度和更好的性能。而且，利用故障自动检测和软件控制，可实现不同工作方式的自动转换。当GPS受到干扰时，惯导系统仍能可靠地工作。
根据不同的应用技术，其组合有不同的方式：即组合的深度不同。按组合深度分类，可以分为松散组合及紧密组合两大类。松散组合的主要特点是：GPS和惯导独立工作，组合仅表现在GPS辅助惯导。紧密组合的特点是GPS和惯导系统相互辅助。
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(2) 航程推算(DR)/卫星定位系统组合
以GPS或 GPS+GLONASS或北斗卫星定位信息为依据，与航程推算(DR)组合进行导航。在飞行过程中，利用卫星定位信息和机载传感器信息，进行风场估计，实时修正航程推算模型。在卫星定位失效的情况下，利用失效前估计出的风场信息或利用预先装定的任务规划数据中气象预测的风场信息以及机载传感器信息，进行航程推算定位。 航程推算与卫星导航定位系统存在很强的互补关系，一方面，卫星定位提供的绝对位置信息可以为DR提供推算定位的初试值并进行误差修正；另一方面，DR的推算结果连续性和自主性好，可用于补偿卫星定位的不连续性，提高定位数据输出的频率。
(3) 航程推算/GPS/无线电定位组合导航系统
当GPS定位状态正常时，用GPS修正航程推算；GPS受干扰工作不正常时，当无线电数据链信道畅通时，切换到无线电定位，对DR进行修正。
(4) INS/GPS/地形匹配组合导航 其硬件组成如下表：
表3－1 INS/GPS/地形匹配组合导航硬件组成 硬件组成 功能 无线电高度表 测量飞机相对地面的相对高度 气压高度表 测量飞机的海拔高度 惯导设备 为飞机提供导航定位信息 导航计算机 对规划航迹实时管理，完成导航计算 大容量存储器 存储数字地图数据 完成相关运算的硬件设完成相关匹配运算 备 软件 数字相关算法的实现、数字地图数据的调度等 GPS 为飞机提供导航定位信息
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地形匹配具有以下特点：适合低空飞行，相对定位精度高，自主不受外部影响，其基本上是一种软件功能。利用GPS与地形匹配的互补特性再与INS组合所构成的导航系统在各类战术无人机中可发挥重要作用。
(5) 惯导(INS)/卫星导航/合成孔径雷达(SAR)组合导航系统 SAR是一种基于距离－多普勒二维分辨原理的成像雷达。通过对SAR获得的雷达图像信息与预先存储的数字地图进行比较与辩识，确定飞机的所处的即时位置。其精度取决于数字地图的精度和雷达图像的分辨率。将获得的定位数据对INS进行修正。而INS的定位输出为雷达图像与数字地图提供了进行匹配的范围。同时，雷达成像时，飞机速度的变化及天线姿态的稳定影响成像质量，为提高其成像质量，需按INS所提供的速度及姿态信息对其进行运动补偿，这样，利用INS和SAR的互补性和相互依赖性，再加上GPS,增加系统的冗余性，形成一种先进的组合导航系统，目前尚不成熟，是未来无人机导航系统的发展方向。 9.5 导航系统发展趋势
未来无人机的发展，对导航系统的性能要求都在不断提高，如威胁回避和任务优化、地形回避、武器投放点的信息、自动进场着陆回收等，均需要导航系统提供实时的高精度导航信息。未来发展对导航系统的性能要求，概括起来为：高精度、高可靠性和可用性、高度的自主和高动态性能及高抗干扰性能。这样对于复杂的无人机系统，任
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何单一的导航设备或两两导航设备组合的导航系统，从性能、成本上考虑都难以胜任。因此，利用机载的各种导航传感器(具有独立的硬件和一定导航功能的系统)，采用先进的数据融合、滤波技术和智能化技术，构成以惯性为基础的“惯性/多传感器导航系统”是满足未来无人机战术技术要求的主要发展趋势。 10 制导系统
10.1 制导系统的功能与分类
制导系统的任务就是确定一条航线，使无人机由当前的位置和速度达到希望的位置和速度，同时满足一定的约束条件。因此制导系统的基本功能就是在无人机飞向目标的整个过程中，不断地测量无人机的实际飞行轨迹相对于所要求的飞行轨迹之间的偏差，或者测量无人机与目标的相对位置及其偏差，按照一定的导引规律，计算出无人机击中目标所必须的控制指令，以便控制无人机修正偏差，准确飞向目标。
为了实现制导，必须利用法向力控制无人机的质心运动，来改变无人机的矢量方向。无人机法向力的矢量方向在机体坐标系中由两个分量确定，因此制导系统要由两个通道组成，一般把制导系统分成纵向制导和侧向制导两个通道。
对制导系统进行分类的依据主要有两点1)所采用的测量设备和体制；2)制导信号产生的信息基础。
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广泛采用的制导系统分类包括①自主控制制导系统②遥测制导系统③自动寻的制导系统④复合制导系统等四大类。 10.2 自主控制制导系统
采用自主控制制导系统的无人机中，目标在大地坐标中的位置假定为固定已知的，在飞行过程中，自主控制制导系统不接受来自目标或制导站的信息，完全依据装在无人机上的测量设备确定其相对于地球表面的位置，计算出与给定航线的偏差，并根据这些偏差产生制导信号，来消除轨迹偏差。
无人机上常用的位置测量系统有磁测量系统、惯导系统、全球定位系统等。全程自主控制的制导航线一般攻击距离较短，且攻击精度不高。但随着近来各种数据融合技术的发展，采用GPS/INS的精确制导能力有大幅度提高，制导精度可达到10米以内。 10.3 遥控制导系统
遥控制导以设在无人机外部的制导站完成与目标的相对位置和相对运动的测量，然后引导无人机飞向目标。传统遥控制导分为指令制导和驾束制导两大类。 (1) 指令制导系统
指令制导系统由制导站根据无人机在飞行中的误差计算出制导指令，并将指令通过无线的形式传输到无人机上，控制飞行轨迹，直至命中目标。
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现代无人机系统设计（讲义） - 图文
