壹、GPS/INS組合的必要性
GPS是目前應用最廣泛的衛星導航定位系統，使用方便，成本低廉，最新的實際定位精度達到了5米以內。但GPS系統在軍事應用中仍存在易受幹擾、動態環境下可靠性差、數據輸出頻率低等缺點。
INS系統利用安裝在載體上的慣性測量器件(如加速度計、陀螺儀等)來感知載體的運動，輸出載體的姿態和位置信息。INS系統完全自主、保密、靈活，具有多功能參數輸出，但存在誤差隨時間快速積累的問題，導航精度隨時間發散，不能長時間單獨工作，必須不斷標定。
將GPS和INS結合起來，可以使兩種導航系統相輔相成，形成壹個有機的整體。GPS/INS組合制導的優點如下:
1.GPS/INS組合提高了系統精度。
高精度GPS信息可用於校正INS並控制其誤差隨時間的積累。利用GPS信息，可以估計出慣導系統的誤差參數和GPS接收機的鐘差。另壹方面可以利用GPS定位精度高、數據采樣率高的特點，在短時間內為GPS提供輔助信息。利用這些輔助信息，GPS接收機可以保持較低的跟蹤帶寬，從而提高系統捕獲衛星信號的能力。
2.GPS/INS組合增強了系統的抗幹擾能力。
當GPS信號受到高強度幹擾，或者衛星系統的接收機出現故障時，INS系統可以獨立進行導航定位。當GPS信號條件顯著改善以允許跟蹤時，INS系統向GPS接收器提供關於初始位置、速度等的信息，以便在快速重新獲得GPS代碼和載波時使用。INS系統信號還可以用來輔助GPS接收機的天線瞄準GPS衛星，從而減少幹擾對系統的影響。
3.解決周跳問題
對於GPS載波相位測量，INS可以很好地解決GPS周跳問題和信號失鎖後模糊度參數的重新計算問題，同時也降低了對至少四顆衛星可見性的要求。
4.解決GPS動態應用采樣頻率低的問題。
在壹些動態應用領域，高頻INS數據可以在GPS定位結果之間精確內插事件的位置(如航空相機曝光時刻的位置確定)。
5.更廣泛的使用
GPS/INS組合系統是GPS和INS互補互進的組合，而不是兩者的簡單組合。組合後的系統性能更強，應用領域更廣。
正是由於這兩個系統之間具有極好的互補性，既能低成本提供全球精確導航，又能滿足軍事應用的保密要求。
二是GPS/INS組合制導技術在現代戰爭中的廣泛應用。
1.GPS/INS組合制導已成為廣泛應用的全程制導和中段制導技術。
目前以美國戰斧巡航導彈為代表的對地攻擊導彈的中段制導方式仍然是慣性導航+輔助導航系統。由於美國軍用GPS精度高、使用方便，美國和其他壹些西方國家在中段制導段使用GPS作為慣性導航的輔助導航系統，而不是地形匹配。此外，許多新型制導武器，如洛馬公司研制的JASSM和波音公司制造的JDAM，都是依靠GPS/INS進行高精度制導。
以JDAM為例。它是在現有的普通炸彈上增加壹個由GPS/INS制導的尾翼組件，其慣性導航部分采用小型激光陀螺儀，從而形成壹種全天候制導彈藥。JDAM在投入使用前由飛機的航電系統不斷修改。壹旦釋放，炸彈的GPS/INS系統將接管飛機的航空電子系統，並將炸彈導向C4偵察。黃芴？妳怎麽了？哎？實現了PS組件和三軸INS組件之間的緊密配合。導航控制單元在GPS輔助的INS操作模式和INS單壹操作模式下提供精確的導航。
這些武器比飛機更接近幹擾機，面臨的幹擾強度比飛機發射導彈嚴重得多。GPS/INS組合制導系統能夠識別幹擾信號的存在，並在短時間內以較小的制導誤差進行精確制導。
GPS/INS組合制導不僅提高了武器系統的可靠性，而且具有很高的精度。通常圓概率誤差在10 ~ 13米之間，而僅GPS制導的精度約為15米。
2.GPS/INS組合制導系統為飛機等武器平臺提供導航和定位服務。
目前，美國等北約國家空軍的主戰飛機，大部分都換上了以激光陀螺為核心的第二代標準慣性導航儀。其改裝方案的重點是在基於光學陀螺的慣性系統黑匣子中嵌入壹個強抗幹擾的GPS接收機(OEMB板)。這種嵌入式配置不需要在慣性導航和單獨的GPS接收機之間設置額外的安全總線，使得GPS的偽距/偽距率數據不會受到威脅信號的幹擾。這種INS和GPS的深度耦合系統被稱為“GPS嵌入慣性導航系統”，簡稱EG1。其定位精度為0.8海裏/小時(圓概率誤差)，準備時間也從15分鐘減少到5-8分鐘，系統可靠性從數百小時提高到2000-4000小時。
3.GPS/INS組合制導系統為軍事偵察提供高精度的定位信號。
偵察的目的是發現目標，確定目標的位置，評估武器的打擊效果。對目標的命中率取決於武器制導的精度、發現目標的能力和目標定位的精度。目前，許多國家正在利用高空成像技術建立全球地理信息數據庫。高空成像系統主要由高空偵察機、低軌衛星和中軌衛星組成。這種系統采用GPS/INS組合制導系統，無人偵察機的實時位置和炮彈釋放的偵察降落傘的實時位置會隨圖像壹起發送到基地，從而確定目標的位置。
三、GPS/INS組合制導技術的發展趨勢
1.提高GPS系統的抗幹擾性能，從而提高GPS/INS組合制導的可靠性。
美國計劃通過增強衛星信號功率、增強星上處理能力、改進星上原子鐘和星歷外推算法來提高衛星的自主工作能力。增加了三種新的信號進行發射:壹是大功率點波束軍用M碼，信號增益會遠遠高於目前GPS發射機的增益，比P碼具有更強的安全性；二是C/ A碼加載在L2載波上，原加載在L1載波上的C/ A碼繼續保留；第三種是L5碼，僅作為民用的生命安全信號。未來的GPS衛星可以在兩個頻段釋放兩種軍用導航碼，在實戰中可以形成四種工作模式，從而大大提高抗幹擾能力。同時，衛星可以在短時間內自主運行120天。此外，根據美國空軍公布的2025年長期計劃，美國還計劃在GPS衛星上安裝後向天線，用於向高軌道空間發布導航和定位信息，使高軌道衛星能夠自主運行。目前，美國軍方的GPS聯合計劃辦公室正在研究GPS 3衛星的設計方案。
為了進壹步提高性能，美國未來將在飛機、艦船、地面車輛和武器上使用更復雜的GPS接收機。現役C/A碼長度僅為1023位，以50/秒的速度逐壹搜索僅需20.5秒，易被敵方破譯。P碼長度約為2。35×1014位，重復壹次需要267天，所以完成壹次抓捕需要很長時間，安全性好。而現役軍用P碼接收機只是通過C/A碼的引導來完成P碼的捕獲，因此很容易受到C/A碼狀態的影響。為此，美軍正在研制壹種可以獨立捕獲P碼的軍用接收機。此外，美軍還在研制空間分集接收機、調零接收機和波束形成接收機等抗幹擾軍用碼接收機，以期通過提高接收機的性能來提高其抗幹擾能力。
目前，美國GPS接收機最重要的兩項技術是GPS接收機應用模塊(GRAM)和選擇性可用性反欺詐模塊(SAASM)。GRAM是壹個標準的電子插件，可以添加到未來的飛機、艦船、導彈和各種武器上，以保證安全性和互操作性。所有的GRAM都將采用開放的系統結構，可以靈活地添加、替換或取消系統中的某些組件。SAASM是GPS技術的第二代產品安全模塊，用於保護機密的GPS算法、數據和校準。將它集成到接收機應用模塊中，可以提高GPS系統的安全性，使GPS接收機更易於維護，降低成本。
2.發展新的慣性導航系統以提高GPS/INS組合制導的精度。
目前已經發展了柔性慣性導航系統、光纖慣性導航系統、激光慣性導航系統和微固體慣性儀表。利用激光作為方位測向儀的陀螺儀將逐漸取代傳統的機械陀螺儀。激光陀螺慣導系統定位精度高，隨機漂移小，能快速進入戰鬥狀態。80年代初成功應用於飛機和地面車輛以及艦炮的導航，後來應用於導彈和發射車。但是，環形激光陀螺的諧振腔必須是嚴格密封的，其中的He-Ne混合氣體的濃度必須是恒定的。鏡面鍍膜工藝要求高，制造成本高，會出現“鎖死現象”等問題，需要改進。目前，許多科研單位都在致力於固態環形激光陀螺的研究。
光纖陀螺的基本工作原理類似於環形激光陀螺。光纖陀螺除了具有激光陀螺的所有優點外，不需要精密加工、嚴格密封的光學諧振腔和優質反射鏡，因此降低了復雜度和成本，具有更強的市場競爭力。日本率先在TR1和M5火箭上使用光纖陀螺儀。美國研制的光纖陀螺已應用於飛機俯沖、橫滾和航向基準的慣性測量系統。然而，目前的光纖陀螺會存在壹些缺陷，如隨機角走和零偏不穩定，其性能有待提高。
隨著現代微機電系統(MEMS)的快速發展，矽微陀螺儀(俗稱片式陀螺儀)和矽加速度計的發展近年來取得了飛速的進步。據悉，這種新型固態陀螺的零偏穩定度可以達到65438±0度/小時(在溫度控制下)。目前，美國已經開始小批量生產由矽微陀螺儀和矽加速度計組成的微型慣性測量器件。其低成本、低功耗、體積小、重量輕的特點非常適合戰術應用。在航空領域的第壹個應用將是戰術導彈和無人駕駛飛行器。
高精度慣性導航裝置需要先進的精密加工技術作為基礎。隨著關鍵理論和技術的突破，多種類型的慣性陀螺儀將應用於軍事領域，發揮越來越重要的作用。
3.數據融合技術將進壹步提高GPS/INS組合制導的性能。
GPS/INS組合的關鍵器件是卡爾曼濾波器，它作為GPS和INS之間的接口，起到數據融合的作用。為了提高導航精度，卡爾曼濾波技術被廣泛應用於優化組合各導航系統的信息，估計導航系統的誤差狀態，然後利用誤差狀態的最優估計值對系統進行修正。但是，系統的狀態方程是時變的，狀態轉移矩陣包含導航信息和慣性元件的測量值，使得濾波器模型不準確。此外，很難精確估計或測量系統噪聲和觀測噪聲，因此常規卡爾曼濾波器經常發散。為了解決這個問題，研究人員正在研究新的數據融合技術。比如采用自適應濾波技術，在濾波的同時，利用觀測數據帶來的信息，不斷在線估計和修正模型參數、噪聲統計特性和狀態增益矩陣，從而提高濾波精度，得到對象狀態的最優估計值。
此外，如何將神經網絡人工智能、小波變換等信息處理方法引入到以GPS/INS組合制導為核心的信息融合技術中，備受關註。壹旦這些新技術研制成功，GPS/INS組合制導的綜合性能將得到進壹步提高。