基于CNS/GPS/SINS的多模式组合导航技术研究(2)
1.2 导航手段
早期的导航方式比较简陋，通常通过使用指南针、标志物、钟表等来大致定位。上世纪初无线电导航方式诞生；随后产生了惯性导航系统，它是一种代表性的自主型系统；上世纪60年代出现了卫星导航技术，经过多年的发展，以美国GPS为代表的卫星导航技术已被广泛应用于军、民领域；现代的导航系统构建多采用多模式的组合导航方式[2]。
现代导航有了新的发展。通过地形匹配、景象匹配、X脉冲星测量等方法进行导航的新型导航技术陆续出现并获得越来越多的重视[2]。随着信息融合技术的发展，不同导航模式在组合形式上变得越来越紧密，信息利用率越来越高。
1.2.1 捷联惯性导航系统
上世纪中叶，德国人文纳•冯•布劳恩主持设计的V-2型导弹第一次将惯性导航装置应用于军事，随后，很多国家开始重视惯性导航系统[2]。
惯性导航系统的理论基础是牛顿三大力学定律。牛顿惯性定律指出，如果没有外力的影响，物体将永远做匀速直线运动，并且外力对于物体的作用与其产生的加速度成正比[18]。因此在已知初始状态的前提下，对加速度进行积分即可获知速度信息，再对速度进行积分，就可以得到物体相对于惯性坐标系的位置信息。
早期惯性系统的实施使用稳定平台技术，其特点是精确度高，但是机械复杂度非常高，因此成本高、体积大。现代惯性导航系统一般采用捷联方式，此方法通过直接固连敏感器的方式去除机械平台。此种方式可以使得惯性装置小巧、低成本并且其以数字的方式输出结果方便于计算机进行运算，计算机性能的提升也解决了捷联式系统计算复杂度高的问题[18]。
1.2.2 卫星导航技术
卫星导航使用无线电信号测量伪距信息，然后根据多组数据确定信号接收机的位置和速度。实现卫星导航系统需要建设卫星星座、控制中心和用户设备三大部分[17]。卫星导航系统具有全球覆盖、全天候、无累积误差等优点，其被广泛应用于军事和民用领域。与此同时，其信号容易受到干扰、定位数据更新频率低而且受国际形势影响，例如GPS被美国所掌握，美国对GPS拥有完全的控制权，在战时敌对方的GPS系统将处于瘫痪的状态。
1.2.3 天文导航技术
导航需要参考的坐标系，在古代，陆地上的导航可以参照于山川河流，而在航海的时候海面上没有固定的参照物，人们只能根据日月星辰的分布形状来确定自己的位置，也由此天文导航最早出现在航海领域。
天文导航以自然天体作为参照物，不受人为意志改变，所以其具有很强的可靠性；天文导航系统，不需要操作时接收外部信号，是一种自主导航模式；其既能够确定运载体的位置也能够确定运载体的姿态信息，所以在导航领域天文导航占据重要的位置。
X脉冲星敏感器的发展，使得探测X脉冲星更加便捷，基于此的天文导航技术开始受到关注。其不但可以用于近地轨道导航，而且可以为深空探测、星际飞行器提供导航信息[20]。
1.2.4 组合导航技术
在研究导航技术的过程中，人们发现任何一种导航技术都有自身的缺陷，在提升导航性能的过程中都存在着技术瓶颈。
比如惯导，两次积分的解算过程不断累积误差；并且为了提高陀螺仪的测量精度，惯导设备要制造的很大，其机械结构也更加的复杂，故而需要巨额的成本。GPS等卫星导航系统也存在缺陷，主要表现在GPS接收机需要良好卫星信号，在信号被遮挡的情况下无法进行定位；而且GPS受别国控制，信号稳定性差。天文导航需要观测天体，如果天气情况不佳，导航精度变差。