河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 GPS/INS组合导航系统基本原理
在图中，GNSS利用INS信息辅助卫星信号的捕获和加快选型过程，也可利用修正的INS数据和原始的INS数据辅助GNSS的跟踪回路。
紧耦合组合适用于系统改装的情况，也适用于新系统的研制。在这种组合模式中，GNSS接收机只提供行李数据和伪距、伪距率即可，可以省去导航计算处理部分；也可保留导航计算部分，作为备用导航信息，是导航信息具有冗余度；也可将GNSS卡尔曼滤波器编程组合滤波器的一部分。紧耦合组合要求接收机具有输出 原始测量信息和接收速率辅助信息的能力，他一牺牲子系统的独立性为代价获取高性能，实现起来比较复杂。
惯性敏感器 射频 信号处理
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INS INS导航参数 INS导航计算 输出校正 组合导航输出 辅助捕获 （紧耦合） 速率辅助 （深组合） 伪距 伪距率计算 + - 组合导航滤波器 （卡尔曼滤波器） INS误差 估计值 GNSS 伪距、伪距率 相关与 跟踪回路 GNSS 卡尔曼滤波器 GNSS 位置、速度 GNSS接收机 反馈校正 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 GPS/INS组合导航系统基本原理
图-4 紧耦合组合原理框图
采用紧耦合的方法客服了松耦合系统的缺点。与松耦合相比，紧耦合的主要优点主要有：不存在讲一个卡尔曼滤波器的输出用作第二个滤波器的测量输入时所产生的问题；隐含完成GNSS位置和速度协方差的交换；组合系统不需要用完整的GNSS数据来辅助INS，即时制跟踪到单个卫星信号，GNSS数据也会输入滤波器，用于各级INS的误差，从而增加了GNSS使用的灵活性，但是在这种情况下估计精度会很快下降。如表所示，对松耦合模式的位置、速度组合和紧耦合模式的伪距、伪距率组合的特点进行了比较。
组合模式 比较内容 测量数据 GNSS接收机输出的位置、速度 INS解算的位置、速度 子系统独立性 子系统彼此独立 程实现容易，研制周期短 滤波处理 两个滤波器存在滤波器驱动滤不存在二次滤波的问题，滤波周波器效应（二次滤波的问题） 使用卫星的数量 期受接收机原始数据采样率的限制 必须有4颗以上的卫星才能进定位星座的悬着策略灵活，能提行组合导航 高组合系统的性能和稳定度 工程实现难易程度 无须对现有系统进行改动，工原始测量值（伪距、伪距率） 用INS导航值计算的伪距、伪距率 子系统独立 算法计算量大，实现较为复杂 位置、速度组合 伪距、伪距率组合 表-1 位置、速度组合和伪距、伪距率组合的比较
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2.5.5 超紧耦合组合
超紧耦合组合有些文献也称为深组合。属于超紧组合的基本的摸手机有：在伪距、伪距率组合基础上用惯导位置和速度队GNSS接收机跟踪环路的辅助；用软件实现传统接收机除射频信号接收和处理意外的大部分功能，将GNSS信号跟踪处理器和INS-GNSS组合导航计算合并成一个处理器。其中，用惯导速度信息辅助GNSS接收机跟踪环路是深组合系统的主要标志。其中，用惯导速度信息辅助GNSS接收机跟踪环路可以有效地提高接收机跟踪环路的等效宽带，提高接收机的抗干扰能力，提高接收机跟踪和捕获的性能，减小动态误差。通常高精度、高动态用户GNSS/INS组合导航系统中的接收机都采用惯性速度辅助接收机跟踪环路。以软件接收机为标志的深组合方法目前还在研究之中，尽管许多作者已经发表了大量的有关理论和仿真结果的文章，但是在公开的文献中还没有看到有关整个系统实现和应用的报道，如图5所示为两种超紧耦合的原理框图。
图-5 超紧耦合组合原理框图（a）
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惯性敏感器 INS INS导航计算 INS导航参数 组合导航输出 GNSS信号跟踪 与导航滤波处理器 GNSS射频信号处理器 INS误差 估计值 反馈校正 河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 GPS/INS组合导航系统基本原理
GNSS射频 信号处理 惯性敏感器 惯性器件误差补偿 INS导航计算 GNSS信号跟踪 组合导航滤波器 组合导航 输出
图-5 超紧耦合组合原理框图（b）
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河南城建学院本科毕业设计（论文） 第三章 GPS/INS辅助航空摄影测量的方法
第三章 GPS/INS辅助航空摄影测量的方法
3.1 GPS/INS直接定向法
3.1.1 GPS/INS直接定向概述
GPS/INS直接定向(DG: Direct Georeferencing)，是利用高精度差分GPS和INS(或惯性测量单元IMU)，在航空摄影的同时获得差分GPS数据和姿态数据，通过事后GPS差分处理及姿态测量数据处理，获取摄影时刻航摄仪精确位置坐标和姿态，通过对系统误差的校正，进而得到每张像片的高精度外方位元素，直接用于后续测图而不使用传统摄影测量中的地面控制点。不过直接定位的精度要受到如影像比例尺，航摄仪规格等因素的影响。
直接定向法的产生首先是用于高光谱仪和LIDAR等传感器，逐渐应用到与航摄相机集成，进入航空摄影测量成图领域。现在一般认为，其在小比例尺航测中的精度能达到测图要求，而在大比例尺航测中，直接定位的水平精度尚可但高程精度却难以达到要求。
3.1.2 GPS/INS直接定向的原理
要对影像进行定向就必须获得航摄仪的内方位元素和摄影时刻的外方位元素。航摄仪的内方位元素目前一般都采用室内实验室检校的方式获得，可以认为是已知值。而传统的空中三角测量的过程就是解算外方位元素的过程。由于GPS/INS组合系统可以获得载体的位置和姿态信息，当GPS/INS组合系统获取位置和姿态信息经解算获得外方位元素的精度足够高时，就可以省去空中三角测量的过程而进行直接定向。
在直接定向应用中，要考虑到GPS天线以及惯性测量单元IMU中心与航摄仪投影中心存在着偏心分量以及IMU轴线与航摄仪轴线存在着系统的偏心角。这两点如果做不到有效的修正，将大大影响外方位元素的精度，造成无法进行直接定向。偏心分量可采用精密测量仪器在飞行前实测。偏心角的量测，则需要在地面检校场上空进行实际航空摄影飞行，然后用常规空三结果来反求姿态的系统偏差。这对直接定向是至关重要的。
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