DDIL——质量下降、被拒绝、间歇性及低带宽
DDIL(信号退化、受阻、间歇性及低带宽环境)描述了一种运行状况,即定位、导航、授时(PNT)、通信或感知能力部分或完全不可用。DDIL状况会降低态势感知能力,增加导航不确定性,并对自主决策构成挑战。
现代导航系统通过将高性能惯性传感器与多种辅助信号源相结合,并借助先进的传感器融合算法,来减轻这些影响。
恶化的环境
当导航或通信功能仍可使用但性能下降时,即出现环境退化 。信号衰减、多径传播、大气干扰、植被、城市峡谷、隧道、恶劣天气、电磁干扰或传感器部分故障都会降低精度,但不会导致完全中断。
系统仍能继续运行,但定位不确定度会增大。
被剥夺的环境
在受限环境中,无法使用一项或多项关键导航或通信服务。GNSS 、欺骗、地下作业、水下任务、密集的室内设施、电子战或故意保持无线电静默都会导致无法获得外部定位更新。
在这些情况下,惯性导航系统会独立估算位置、速度和姿态,直到辅助传感器再次可用为止。
间歇性环境
间歇性环境仅在短暂或不可预测的时间段内提供导航或通信服务。在建筑物之间飞行的无人机、进入隧道的自主地面车辆、在悬崖附近作业的海上平台,或是经历周期性可见性的卫星,都会反复丢失并恢复外部测量数据。
传感器融合算法必须在信号中断期间快速验证并整合每一项新观测数据,同时保持导航的连续性。
间歇性环境
低带宽环境会限制数据传输的量或频率。战术无线电网络、卫星通信、水下声学调制解调器、远程工业场所以及远程无人系统通常在吞吐量受限的条件下运行。
因此,导航系统会优先处理关键测量数据,压缩遥测数据,降低更新频率,并在本地执行大部分估计运算,以保持系统运行性能。
现实生活中的场景与当前技术
一些DDIL场景同时结合了多种条件。例如: GNSS且 通信受限、GNSS 低带宽遥测、存在电磁干扰的环境、GPS受干扰的环境、通信受阻的作战行动、传感器受阻的任务,以及多领域电子战环境。这些混合场景代表了最严苛的作战条件,因为它们同时影响导航、通信和态势感知。
现代INS 单元(IMU)GNSS、里程计、激光雷达(LiDAR)、摄像头、多普勒速度计(DVL)、超短基线(USBL)系统、车轮编码器、雷达、磁力计、气压计及其他辅助传感器集成,来应对DDIL环境。 扩展卡尔曼滤波器(EKF)、因子图优化以及同步定位与建图(SLAM)算法充分利用所有可用的观测数据,以抑制惯性漂移,并在不确定的运行条件下保持稳健的定位能力。
高性能MEMS和战术级惯性导航系统已成为确保在DDIL环境中实现弹性PNT的核心技术。由于其不依赖外部基础设施,因此当卫星信号、通信或外部参考源变得不可靠或不可用时,仍能保持连续导航。