組合導航技術(shù)結合GPS、慣性測量元件、地磁指南針和氣壓計各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使用電子信號處理領(lǐng)域的很多技術(shù)，融合多種傳感器的測量值，獲得較為準確的飛行器十五個(gè)狀態(tài)量的測量。前面說(shuō)慣性測量元件的測量容易發(fā)散，這個(gè)發(fā)散可以通過(guò)GPS來(lái)抑制：GPS可以獲得三維位置也可以獲得三維速度，慣性測量元件可以獲得三維加速度，加速度的積分也是速度。在通過(guò)地磁指南針獲得航向的基礎上，兩種速度的觀(guān)測就可以融合起來(lái)，通過(guò)GPS的測量值來(lái)發(fā)現并抑制慣性測量元件的發(fā)散。慣性測量元件的發(fā)散被抑制住之后，它也可以更準地測量三維角度和三維加速度。因此GPS和慣性測量元件在這些情況中互相取長(cháng)補短。除此之外，氣壓計和GPS互相提高了高度測量的精度，地磁指南針、GPS和慣性測量元件一同提高了航向測量的精度，他們都是利用了相同的融合、“互補”的思想。

      組合導航技術(shù)中傳感器互補的原理直接源于1948年誕生的信息論?？藙诘?香農總結歸納出的信息論提出了信息的概念以及如何從數學(xué)上度量信息，信息論可以說(shuō)是現代人類(lèi)文明的基石之一。解釋清楚信息的本質(zhì)之后，人們才能夠用數學(xué)表示一個(gè)樸素而又深刻的原理：信息可以用來(lái)估計狀態(tài)，越多的信息可以把狀態(tài)量估計得越準。

      此后，控制論的奠基人諾伯特-維納、魯道夫-卡爾曼以及其他一大批工程師和科學(xué)家完善了通過(guò)信息進(jìn)行狀態(tài)估計的線(xiàn)性估計理論，進(jìn)一步提出了傳感器之間“互補濾波”，共同減小誤差的理論?？柭O計的卡爾曼濾波器還被實(shí)現在了阿波羅飛船的導航計算機當中，使用星座位置和慣性測量元件互補測量阿波羅飛船的十五個(gè)狀態(tài)量。

      信息論、線(xiàn)性估計理論以及卡爾曼濾波器允許人們把多個(gè)具有誤差的傳感器通過(guò)數學(xué)方程融合起來(lái)，利用傳感器信息估計特定的狀態(tài)量，而且越多傳感器“互補”，可以獲得越好的狀態(tài)估計。這樣，數學(xué)給工程學(xué)指出了發(fā)展方向：造更多牛逼的傳感器進(jìn)行互補，就能獲得更好的狀態(tài)估計能力。大疆飛控總工程師魚(yú)大人也曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“*牛逼的工程師都是在搞傳感器?！眰鞲衅骷夹g(shù)的重要性可見(jiàn)一斑。

      作為一種位置傳感器，GPS具有諸多的問(wèn)題，GPS信號只有在開(kāi)闊的空間內才能給出比較好的測量值，因為GPS接收機需要從天上的衛星獲得信號，這些信號要從太空傳入大氣層，這么遠的距離，信號已經(jīng)相對來(lái)說(shuō)很微弱，所以必須要求接收機和衛星之間的連線(xiàn)上沒(méi)有遮擋，一旦有建筑甚至是樹(shù)木的遮擋，衛星發(fā)下來(lái)的信號就有噪聲，GPS接收機就不能給出很好的位置和速度觀(guān)測。在室內環(huán)境中，GPS甚至完全不能使用。組合導航技術(shù)要想進(jìn)一步發(fā)展，就需要尋找其他能夠在GPS不能使用的環(huán)境中使用的傳感器。

      一種較為簡(jiǎn)單的能夠替代GPS測量高度的傳感器是小型超聲波模塊。這種模塊通常有一收一發(fā)兩個(gè)探頭，一個(gè)探頭發(fā)出超聲波，另一個(gè)探頭測量回波的時(shí)間，能夠算出導致聲波反彈的物體離探頭的距離?，F在在淘寶上，只要10塊錢(qián)就可以買(mǎi)到一個(gè)能夠比較準確測量幾米內物體距離的超聲波模塊，被廣泛用在大學(xué)生制作的小機器人上。這種10塊錢(qián)的傳感器沒(méi)有比氣壓計和MEMS慣性測量元件性能高多少，它發(fā)出的聲波容易發(fā)散，探測到的物體不一定位于探頭正前方，另外聲波也容易被空氣中的水霧、振動(dòng)所影響，給出完全錯誤的觀(guān)測。因此，超聲波模塊更好的使用場(chǎng)景是對著(zhù)地面，測量自身和地面的距離。