定位系统在导航中的应用
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四大卫星导航定位系统应用发展现状四大卫星导航定位系统指的是全球定位系统(GPS)、格洛纳斯导航卫星系统(GLONASS)、欧洲伽利略导航系统(Galileo)和中国北斗卫星导航系统(BeiDou)。
这四个系统已经成为现代定位导航领域的重要基础设施,广泛应用于交通运输、航空航天、军事安全、地质勘探等领域。
以下是四大卫星导航定位系统应用发展现状的详细介绍。
首先,全球定位系统(GPS)是最早投入实际应用的卫星导航定位系统,也是最为广泛使用的系统之一、GPS系统的应用领域非常广泛,包括车辆导航、航空导航、海洋导航、农业精准作业、物流管理等。
在汽车导航方面,GPS系统已经成为现代汽车标配的功能之一,帮助司机实现准确导航、避免道路拥堵等。
在航空航天领域,GPS系统被广泛应用于飞行导航、航空交通管制等关键系统中。
此外,GPS系统在灾害救援、军事安全等领域也发挥着重要作用。
其次,格洛纳斯导航卫星系统(GLONASS)是由俄罗斯开发的卫星导航定位系统。
GLONASS系统的应用领域与GPS系统类似,主要包括车辆导航、航空导航、海洋导航、农业精准作业等。
在车辆导航方面,GLONASS 系统在俄罗斯地区的普及程度较高,许多车辆配备了GLONASS导航设备。
在农业领域,GLONASS系统可实现农机作业的精准导航和监控,提高农机作业效率和农田管理水平。
此外,GLONASS系统还在俄罗斯的国防安全等重要领域起到了关键作用。
第三,欧洲伽利略导航系统(Galileo)是由欧洲航天局和欧盟共同建设的卫星导航定位系统。
Galileo系统目前正在逐步建设中,预计于2024年前后完全建成并投入商业应用。
Galileo系统的主要特点是定位精度高、服务质量可靠,并且具备高度的覆盖能力。
Galileo系统的应用领域包括车辆导航、航空导航、海洋导航等。
在车辆导航方面,Galileo系统可以提供更准确的位置信息,帮助司机更精确地进行导航和路径规划。
高精度定位与导航技术的研究与应用概述高精度定位与导航技术是现代导航系统的关键组成部分。
随着人们对导航需求的不断增长,高精度定位与导航技术的研究与应用变得越来越重要。
本文将介绍高精度定位与导航技术的研究方向、应用领域以及未来发展趋势。
一、高精度定位与导航技术的研究方向1. 定位技术研究高精度定位技术是实现导航系统的基础。
目前常用的定位技术包括全球定位系统(GPS)、北斗导航系统、伽利略导航系统等。
然而,这些系统在某些特定环境下存在不足,如在城市峡谷等深度掩蔽区域,定位精度受到限制。
因此,研究者致力于改进定位技术,提高定位精度。
例如,使用多全球导航卫星系统(GNSS)接收机接收多个卫星信号,采用多普勒效应、波束形成等算法进行定位,可以提高定位精度。
2. 导航算法研究导航算法对于实现高精度定位与导航至关重要。
研究者致力于开发新的导航算法,以提高导航准确性和可靠性。
例如,基于粒子滤波、卡尔曼滤波等算法,可以实现对导航系统中的噪声、干扰等的消除和补偿,提高导航精度。
3. 多传感器融合技术研究多传感器融合技术是实现高精度定位与导航的重要手段。
通过结合不同传感器(如加速度计、陀螺仪、磁力计等)的信息,可以提高定位与导航系统的可靠性和精度。
例如,将惯性导航系统与全球定位系统相结合,可以克服全球定位系统在高纬度区域面临的信号弱、多路径等问题,提供更精确的定位与导航。
二、高精度定位与导航技术的应用领域1. 航空航天领域高精度定位与导航技术在航空航天领域的应用广泛。
例如,在飞行器的自主导航中,高精度定位技术可以为飞行器提供准确的位置和姿态信息,保证飞行器的安全性和稳定性。
此外,高精度定位与导航技术还可以在航天探测器的轨道精确定位以及星际导航中发挥重要作用。
2. 智能交通领域高精度定位与导航技术对于智能交通系统的发展起到关键作用。
例如,在车载导航系统中,高精度定位技术可以为驾驶员提供准确的位置和导航信息,提高导航的准确性和安全性。
全球定位系统技术在地理信息系统中的应用一、GPS技术的概述全球定位系统(GPS),是由美国发起和控制的卫星导航系统。
GPS系统由一组24颗卫星、地面控制站和用户设备组成,能够提供全球覆盖的三维导航和定位服务。
GPS技术的普及和发展在工程、农业、测绘、航空、航海、安全等领域中得到广泛应用。
二、GPS在地理信息系统中的应用GPS在地理信息系统(GIS)中发挥着重要作用。
GIS会从用户收集的经纬度和高程数据中生成空间特定的分析和地图结果。
地图缩放、添加地形、建筑物、路线规划和交通管制等操作需要依赖GPS技术。
1. 位置和导航GPS系统提供了位置、方向和速度信息,可用于导航和路线规划。
GPS技术还广泛应用于自动驾驶汽车、持续监控和地理信息采集等领域。
2. 动态空间数据收集GIS需要广泛应用于实时数据,GPS提供了在特定时间和位置的动态空间数据,为GIS提供实时更新和监视服务。
GIS会从传感器采集的实时数据,并将其与GPS数据结合使用,从而生成实时地图。
3. 卫星影像高分辨率卫星影像可以用来对以下方面进行测量:土地利用变化、城市化和气候变化。
GPS技术能够通过将移动设备与卫星连接,准确的记录卫星影像NBV(nadir视图角)。
4. 土地测量和其他测量领域的应用GPS测量技术在土地测量、建筑测量、道路测量和水文测量领域中得到了广泛应用。
精确的距离、方向、速度和位置数据能够对地形地貌进行精细的测量。
5. 3D可视化GPS系统提供了被三维测量仪所控制的精确测量数据,这些数据还可以用于三维可视化,提供更为直观的结果,并且允许用户在3D场景中进行导航,建立VR模型和实现颜色定量显示。
三、结论在GIS领域中,GPS技术的应用得到了广泛的应用。
通过捕获现场GPS位置数据,GIS能够生成精确的地图、可视化和实时监测,满足各种空间分析和地理信息系统需求。
借助GPS技术,GIS便可以在短时间内完成数据采集、测量、制图等工作,大大提高了生产率,降低了运营成本,因此,未来在GIS领域的 GPS 技术发挥着重要作用。
高精度导航定位系统的原理与应用导航定位系统在现代社会中扮演着至关重要的角色。
无论是汽车导航、航空导航还是地理信息系统,都离不开高精度的导航定位。
本文将介绍高精度导航定位系统的原理和应用,探讨其在现代社会中的重要性。
一、导航定位系统的原理1. 卫星定位系统卫星定位系统是现代导航定位系统的核心。
全球定位系统(GPS)和伽利略系统(Galileo)是两种常见的卫星定位系统。
这些系统由一组卫星组成,通过与地面上的接收设备进行通信,以确定接收设备的精确位置。
卫星定位系统的原理基于三角测量原理,通过计算卫星与接收设备之间的距离差异来确定位置。
2. 惯性导航系统惯性导航系统是另一种常见的导航定位系统。
该系统中包含一组惯性测量单元(IMU),通过测量加速度和角速度来推测位置。
惯性导航系统的原理基于牛顿的第二定律,通过积分计算速度和位移。
3. 辅助定位技术除了卫星定位和惯性导航系统,还有一些辅助定位技术可以提高导航定位的精度。
这些技术包括地面基站的信号传输、地面雷达和计算机视觉等。
这些技术通常与卫星定位或惯性导航系统结合使用,以提供更准确的定位结果。
二、高精度导航定位系统的应用1. 汽车导航系统汽车导航系统是导航定位系统最常见的应用之一。
通过将卫星定位系统与地图数据结合使用,汽车导航系统可以为驾驶者提供准确的导航指引。
高精度的导航定位系统可以及时更新交通情况,帮助驾驶者选择最佳路线,减少行驶时间和燃料消耗。
2. 航空导航系统航空导航系统是航空业中不可或缺的一部分。
现代飞行器配备了先进的高精度导航定位系统,以确保飞行的安全和准确性。
这些系统可以在任何天气条件下提供准确的定位信息,并帮助飞行员进行导航和飞行。
航空导航系统的准确性对于飞行器的飞行轨迹和导航决策至关重要。
3. 地理信息系统地理信息系统(GIS)是集成卫星定位、遥感和地理数据处理技术的系统。
高精度导航定位系统为GIS提供了准确的地理定位信息。
通过将卫星图像与地图数据结合使用,GIS可以帮助各行各业进行地理分析、规划和决策。
卫星导航定位系统的原理与应用随着科技的持续发展,卫星导航定位系统在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
比如,在出行时可以使用导航系统帮助我们找到目的地,或者在农业、林业等领域中,利用导航系统进行精准定位和作业控制等方面的应用。
本文将着重介绍卫星导航定位系统的原理和应用。
一、卫星导航定位系统的原理卫星导航定位系统包括全球定位系统(GPS)、伽利略卫星定位系统、中国北斗卫星导航系统、俄罗斯GLONASS卫星导航系统等。
不管是哪种卫星导航定位系统,其原理都是类似的。
我们以GPS为例进行讲解。
GPS系统通常由24颗卫星、地面控制站和GPS接收器三部分构成。
卫星会以高速绕着地球运转,定时向地球发送信号,接收器会接收这些信号,并计算出它们从卫星开始发射到接收器接收到的时间,然后根据这个时间来推算出接收器所在的位置。
这个过程的计算原理是三角测量法,也称为距离测量法。
接收器接收到卫星发射的信号后,会计算信号的传播时间,并观测到当前接收器到卫星的距离。
如果卫星的位置已知,则可以计算出接收器所在的位置。
不过,由于GPS信号的传播速度很快,如果只通过一个卫星来进行定位,精度会比较差。
所以,需要同时接收多颗卫星的信号,并使用三角测量法对这些测量结果进行处理,从而得出更为准确的位置。
二、卫星导航定位系统的应用卫星导航定位系统在军事领域早已广泛应用,并在战争中扮演着重要的角色。
但是,在日常生活中,它也有着广泛的应用。
比如:1.导航和地图应用在交通出行中,人们通常会利用导航和地图应用来寻找目的地。
只要打开导航软件,输入目的地的地址,GPS接收器就可以获取到周围多颗卫星的信号,并通过计算后得出最准确的行驶路线和引导信息。
2.运动健身和运动数据分析在跑步、骑行等运动中,人们也会使用GPS来记录自己的运动路线和数据。
这些数据可以帮助人们了解自己的运动状态、运动轨迹和消耗的卡路里等信息,从而更好地进行运动和健身。
3.农业、渔业和林业等领域应用在农业、渔业和林业等领域,卫星导航定位系统也有着广泛的应用。
定位技术应用场景随着科技的不断发展,定位技术已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是在导航、物流、交通、安全等领域,定位技术都发挥着重要的作用。
本文将就定位技术的应用场景逐一介绍,探讨其在各个领域的具体应用情况。
1.导航应用定位技术最为广泛应用于导航领域。
利用全球卫星定位系统(GNSS)以及地面基站网络,人们可以通过手机、车载导航仪等设备获取准确的定位信息,实现精准导航。
无论是城市道路、高速公路还是郊外山区,定位技术都能够帮助用户快速、准确地找到目的地。
在交通拥堵、道路封闭等情况下,定位技术也可以提供实时的路况信息,帮助用户规避交通堵塞,选择合适的道路,提高出行效率。
2.物流管理定位技术在物流行业也有着重要的应用。
通过对物流车辆、货物进行定位追踪,可以实现货物实时跟踪、监控及配送路径优化。
物流公司可以利用定位技术实现货物的准确定位,提高配送效率,减少货物滞留时间,降低成本。
物流企业还可以通过定位技术对车辆进行实时监控,保障货物的安全运输,防止货物遗失或损坏。
3.智能交通在城市交通管理中,定位技术也发挥着重要的作用。
通过对车辆、交通设施进行定位监控,可以实现智能交通管理。
在交通拥堵、事故等情况下,定位技术可以帮助交通管理部门及时调度交通,缓解交通压力,保障城市交通运行的顺畅和安全。
定位技术还可以为城市交通提供实时数据支持,帮助交通规划、智能交通信号灯控制等方面的决策优化。
4.安全警报在个人安全及物品防盗方面,定位技术也有着广泛的应用。
采用GPS定位技术的个人定位器、智能手表等设备,可以为老人、儿童、残障人士等提供实时的定位服务,一旦出现意外情况,可以及时发出警报并提供准确的位置信息,帮助家人及时寻找失踪者。
定位技术也可以帮助防盗企业及个人安全,一旦有贵重物品被盗,可以通过定位技术追踪失窃物品的位置,提高追回的成功率。
5.精准营销定位技术在商业领域的应用也日益广泛。
利用定位技术,商家可以根据用户的位置信息进行精准营销,为用户提供定制化的产品和服务。
北斗导航的作用及应用场景
北斗导航是中国自主研发的卫星导航系统,具有广泛的作用和应用场景。
以下是北斗导航的主要作用和应用场景:
定位导航:北斗导航系统可以提供高精度的定位和导航服务,帮助人们准确确定自身位置和航向。
这在航海、航空、交通运输、军事等领域具有重要意义。
时间同步:北斗导航系统可以提供高精度的时间同步服务,确保各个系统和设备的时间一致性。
这对于金融交易、电力系统、通信网络等需要精确时间的领域非常重要。
灾害监测和预警:北斗导航系统可以用于监测和预警自然灾害,如地震、洪水、台风等。
通过实时获取地理信息和监测数据,可以提前预警并采取相应的救援措施,保护人民的生命和财产安全。
农业和渔业应用:北斗导航系统可以用于农业和渔业领域,提供精准的农田管理、渔船定位和渔业资源监测等服务。
这有助于提高农业生产效率和渔业资源的可持续利用。
物流和运输管理:北斗导航系统可以用于物流和运输管理,提供实时的车辆定位、路径规划和交通状况监测等服务。
这有助于提高物流运输效率、减少交通拥堵和优化路线选择。
公共安全和紧急救援:北斗导航系统可以用于公共安全和紧急救援,提供紧急呼叫、定位和导航等功能。
这对于应对突发事件、救援被困人员和提供紧急医疗救援非常重要。
总之,北斗导航系统的作用和应用场景非常广泛,涵盖了交通、农业、渔业、公共安全等多个领域,为社会发展和人民生活带来了诸多便利和安全保障。
高精度卫星定位技术在导航上的应用在当今的社会中,导航已经成为了人们生活中不可缺少的一部分。
有许多途径可以获取导航信息,如地图、GPS等,其中GPS 系统是应用最广泛的一种导航技术。
而GPS系统中高精度卫星定位技术的应用更是为导航带来了质的飞跃。
一、高精度卫星定位技术的定义卫星定位技术最初是用于军事领域的,因其精度极高,于20世纪70年代开始逐渐应用到民用领域中。
高精度卫星定位技术主要基于卫星定位系统,如GPS系统,通过提高卫星定位系统的精度,使得导航定位的精度得到提高,达到毫米级的精度。
二、高精度卫星定位技术的应用高精度卫星定位技术的应用范围非常广泛,主要包括导航、测量、地形制图、道路测绘、地质勘探等领域。
其中,应用最广泛的便是导航。
高精度卫星定位技术在导航上的应用主要体现在以下三个方面。
1.汽车导航随着智能手机的普及,手机地图应用成为了普通民众获取导航信息最为便捷的手段。
而汽车导航则需要更高的精度以满足高速行驶的要求。
高精度卫星定位技术可以为汽车导航带来更高的定位精度,导航的准确度可以进一步提高。
2.机场导航机场导航需要更高的精度,这是因为在机场降落时,需要确保飞机准确地降落在跑道上,精度的提高可以避免危险的事故发生。
高精度卫星定位技术便可以为机场导航带来更高的定位精度,以确保飞机能够准确地降落。
3.海上导航海上环境复杂,天气变化多端,船只容易迷航或者出现定位偏差。
而高精度卫星定位技术可以为海上导航带来更为精确的导航信息,确保船只能够找到正确的航线,避免因错误的导航信息而产生的危险。
三、高精度卫星定位技术的未来随着科技的迅速发展,高精度卫星定位技术在未来的发展方向也呈现出越来越广阔的前景。
未来,高精度卫星定位技术将可以应用到更多的领域中,如智能交通、军事、遥感等领域,其中最受关注的便是智能交通领域。
在未来的智能交通领域中,高精度卫星定位技术将与车联网、自动驾驶等技术相结合,实现汽车自主导航。
高精度卫星定位技术的精度提高将大大提升自动驾驶的安全性和舒适性,使汽车成为一个更加智能、更加人性化的出行工具。
详解导航与定位技术的原理与应用导航与定位技术是现代科技的重要组成部分,广泛应用于交通、航空、卫星导航等领域。
本文将详细解析导航与定位技术的原理与应用,包括全球定位系统(GPS)、惯性导航系统和增强现实技术等。
1. 全球定位系统(GPS)全球定位系统(GPS)是一种基于卫星的导航与定位技术,通过一组卫星和地面接收站的协作,能够提供全球范围内的三维定位服务。
GPS的原理基于三角测量的方法,即利用卫星和接收机之间的距离差异来计算位置。
GPS系统由多颗卫星组成,这些卫星围绕地球轨道运行,并向地面发射无线信号。
接收机接收到这些信号后,利用卫星信号的传播时间与接收时间之差来计算接收机与卫星之间的距离。
通过和多个卫星的距离计算,可以确定接收机的三维位置。
GPS技术在交通、旅游、航空等领域有着广泛的应用。
在交通领域,GPS可以用于车辆导航和交通管理。
司机可以通过GPS导航设备准确地找到目的地,并根据交通状况选择最优路径。
交通管理部门可以利用GPS跟踪车辆位置,实时了解交通流量和拥堵情况,从而做出相应的调控措施。
2. 惯性导航系统惯性导航系统是一种基于惯性测量原理的导航与定位技术,可以在没有外部参考的情况下确定物体的位置、姿态和速度。
惯性导航系统由陀螺仪和加速度计等传感器组成,通过测量物体的线性加速度和角速度来推断其位置和运动状态。
惯性导航系统的原理基于牛顿力学的运动方程。
加速度计可以测量物体在三个方向上的加速度,而陀螺仪可以测量物体的角速度。
通过对加速度和角速度的积分,可以计算出物体的位置、速度和姿态。
惯性导航系统在航空、导弹制导等领域有着广泛的应用。
在航空领域,飞行器上搭载的惯性导航系统可以提供精确的飞行姿态信息,帮助飞行员掌握飞行状态和飞行轨迹。
3. 增强现实技术增强现实技术结合了虚拟现实和现实世界的元素,通过计算机图形、定位和跟踪技术实现对真实场景的增强。
增强现实技术可以将虚拟信息与真实世界进行融合,提供丰富的交互体验。
gps的作用全球定位系统(GPS)是一种用于确定地球表面的任何位置坐标的卫星导航系统。
GPS的主要作用是帮助人们进行导航定位,以及跟踪和监控车辆、船只和飞机等移动物体。
以下是GPS的主要作用:1. 导航定位: GPS最常见的应用是导航定位。
个人和车辆使用GPS设备来确定当前位置,并制定最佳的行驶路线。
GPS 设备可以提供详细的地图、路线规划和导航指引,帮助人们到达目的地。
2. 车辆跟踪与监控:GPS在车辆追踪和监控方面发挥着重要作用。
许多物流公司和公共交通机构使用GPS来追踪货车和巴士等车辆的位置,以提供更好的管理和调度。
此外,GPS还可以帮助车主定位和追踪被盗车辆。
3. 紧急救援:GPS也被用于紧急救援情况。
在紧急救援行动中,GPS设备可以追踪和定位受困人员的位置,以帮助救援人员快速准确地找到被困者。
这对于山地救援、海上搜救和自然灾害救援等情况都非常有帮助。
4. 天气预报:GPS还被用于天气预报。
卫星定位系统可以提供大气层中水气含量的数据,使气象学家能够更准确地预测天气系统的移动和发展。
这对于预测风暴、台风和其他自然灾害非常重要。
5. 军事应用:军事部门是GPS最早的使用者之一。
GPS系统可以提供高精度、准确的位置信息,对于军事部队的定位导航、目标定位和行动计划非常关键。
此外,GPS还可以用于导弹制导系统和军事飞行器的自动导航。
6. 科学研究:GPS在科学研究中也有广泛的应用。
地质学家使用GPS来研究地壳的变形和板块运动,以及地震活动。
天文学家使用GPS来追踪和测量行星和恒星的位置和运动。
此外,GPS还在环境监测、生态学研究和气候变化研究中发挥着重要作用。
总的来说,GPS对于个人和社会生活有着巨大的影响。
它不仅使导航和定位变得更加准确和方便,同时也在许多其他领域发挥着重要作用,包括交通管理、紧急救援、天气预报、军事应用和科学研究等。
可以说,GPS已经成为现代社会不可或缺的一部分。
INS/GPS技术趋势摘要这份论文集中于惯性传感器,GPS以及的INS/GPS系统的精确度和其他技术趋势,包含干扰的注意事项,那将会导致将来优于一米的精确导航系统。
由于惯性传感器,新型的传感器技术会被描述。
碎玉未来的惯性传感器领域和捷联惯性系统的想象被考虑。
GPS的精度改进计划也被描述。
深度集成趋势的INS/GPS被描述,此外协同效益也被探索。
一些干扰影响的例子也被描述,提高系统稳定性的预期技术趋势被提出。
1.0介绍惯性导航系统从原油机电设备中发展而来,原油机电设备曾经指导早期的V2火箭向现在许多交通工具中使用的固态设备发展。
促进这个巨大进步来自于19世界60年代的弹道导弹工程,这其中在速度高达数千公里下使用自主导航的高精度需求是必须的。
自主意味着没有人造的外部信号的情况下设备要求完成导航。
如果没有额外的人造信号成立的话,敌人就不会拦截到它了。
一个惯性卫星导航系统的早期领导者之一是MIT仪器实验室,曾被空军要求为雷神,泰坦导弹提高惯性系统,被海军要求提高为北极星导弹提高惯性系统。
这个要求在实验室1953年证明自主全惯性导航在一个叫做SPIRE系统的一系列飞行测试中的可行性后被实现。
这个系统有一个5个脚,重2700榜的平衡环。
这个显著的早期项目的成功导致在飞机,轮船和航天器中的更广泛的应用,因此惯性系统几乎成为了在军用和民用导航应用中的标准设备。
惯性导航系统不能完美的预示位置,由于组件误差和INS设备的重力场模型的误差。
这些误差随着时间的增长引起预测位置的误差。
考虑到交通工具的短时间飞行,这样的误差是可接受的。
考虑到长持续的任务,定期为惯性系统提供更新是非常必要的,如此由惯性系统引起的误差会被尽可能的重置到0。
由于GPS廉价提供全球,高精确度的位置信息,它已经迅速成为更新惯性系统的主要援助,使用援助的威胁是易被干扰攻击。
明显地,这个理想的环境将会很廉价但是高度精确的INS在不使用GPS可以办到所有或几乎所有的任务。
军队已经通过GPS PPS成功到达一个21米的精确度。
这种能力提供了一个令人欣慰的全球导航能力,特别是多个GPS测量值在一个卡尔曼滤波器被结合用来在一个军事平台或者武器来更新INS。
卡尔曼滤波器提供了一个矫正GPS 误差的机会,比如卫星时钟和历书误差,以及一些惯性系统误差,并且当适当地实施时,一个优于5米的圆概率误差就很明显了。
在短期内,综合导航系统的精确度有望提高到1米的等级。
这些精度在面对GPS的蓄意干扰是有效的,并且惯性系统将会在GPS中断期间继续提供资助导航信息。
接下来的章节将描述:●惯性传感系统的预期技术趋势和接连惯导系统(无框架)在低成本时支持独立作战。
捷联式INS/GPS系统的希望在于小于3 **重量小于一磅花费小于1000美元。
●改进和实现GPS的预期精度● INS/GPS的问题和利益整合,特别实在环境干扰的情况下结合一个全球定位系统接收器和一个精确的,低成本的惯性系统将会为将来提供一个全区域精密导航系统。
图2描绘的“路线图”来说明这个目标。
2.0 惯性导航系统动态惯性导航系统的误差主要来源归结于陀螺仪和惯性传感加速计不合格,不正确的导航系统初始化,计算指令中的重力模型不合格。
但是,几乎所有的惯性导航系统,最大的误差在于惯性传感器。
惯性传感器误差是否是由于内部机械缺陷,电子错误或者其他的原因引起的,效果是表明这些设备输出引起误差。
对于陀螺仪和主要的误差在于测量角速率。
对于加速计,主要的误差在于测量加速度。
对于所有的一起来说,最大的误差通常是一种不稳定和稳定能力。
惯性传感器误差越小,仪器的质量,致使导航系统的改进精度越好,系统的花费越高。
根据经验,一个装备陀螺仪的零偏稳定性为0.01惯性导航系统需要放置在导航系统直接导致选择特定的惯性仪表来满足任务需求。
图3:“当前陀螺技术的应用,”进行了全面的观点偏颇, 对于各项任务的要求陀螺稳定的比例因子以及什么样的应用可能使用陀螺仪中的应用。
固态惯性传感器,例如MEMS,有潜在的显著的成本、大小及重量方面的优势,其已经导致系统中可以的应用扩散。
然而有许多传统军事用途的地方,就有许多新的在这些设备中的低成本,小型的应用,特别是在光谱末尾性能低下。
近期的陀螺惯性仪表领域的显示在图4中被表示出来。
捷联系统在大多数应用程序中也被利用。
MEMS和IFOG技术有希望取代许多使用RLGs和机械乐器的现在的系统。
然而,一个RLG被希望相比IFOG保持它的优势的特点的领域是程序需要极高的稳定性比例因子。
改变主要在微机电系统技术轴陀螺的发展。
MEMS仪器的性能是不断提高的,并且他们为许多应用程序正在被开发。
这种低成本只有通过借助消费行业来达到,它可以极大数量的为补给MEMS传感器提供基础设施。
使用这些技术会带来低成本,高可靠性,小尺寸和低重量的惯性传感器和系统的综合性。
军事市场将会推动这些传感器应用的发展,例如“合格”和“智能”弹药,飞行器,智能导弹,短时间飞行的战术制导导弹,火力控制系统,雷达天线运动补偿,使用嵌入式惯性传感器的“智能皮肤”,多元智能小炮弹,例如,箭形弹甚至子弹和晶圆级INS/GPS系统。
图5显示陀螺技术怎样在将来应用于新的应用。
表格指出MEMS和IO系统技术可能占据整个低端和中端性能范围。
这个性能的基本原理基于两个前提。
第一,MEMS设备的性能收益将会继续改进到过去十年已经实现的数量级提高。
更进一步的提高可能是合理的,由于设计者开始理解几何学,尺寸,电子学,性能和可靠性的包装的效果。
第二,努力已经证明怎样整合所有的6个传感器到一个或两个芯片中,这是唯一的一个方法达到一个少于每个系统1000美元的花费目标。
此外,自从许多有电容读出结构的MEMS设备震动,这可能会限制性能的增加。
只有在这个区域中综合的光学技术才有可能被需求提供一个真实的拥有光学读出的固态微机械陀螺仪。
此时,这个技术可以制成一个小的,不很精确的陀螺仪,但是在综合光学的进步已经在通信行业的发展下了。
对于战略应用方面,IFOG 可以成为显著的陀螺仪。
现在许多工作正在用来发展少辐射的IFOGs和超级高性能的IFOGs。
一个正在初期阶段的潜在的有希望的技术,是基于冷原子干涉的惯性传感。
一个典型的原子的德布罗意波长比光原子小几个数量级并且因为原子拥有质量和内部结构,冷原子干涉仪是及其敏感的。
加速度,旋转,电磁场和其他原子的相互作用改变原子的干涉条纹。
这就意味着原子干涉仪可以依靠量级制作大多数精确的陀螺仪,加速计,重力梯度和精密时钟。
如果这个深远的技术被发展,那么它就会造成2到5米每小时的没有GPS的航行,其中加速计也会测量重力梯度。
图6“当前加速度传感器技术应用”,给出了一个加速度计偏差和各项任务应用需求的稳定性因子以及怎样的加速度计可能被应用到现在的应用中的视野。
“机械乐器”参考了使用一个PIGA,它是一个过去常常测量特殊力的一个旋转地质量不平衡的陀螺。
当前的应用程序仍然受控于机电传感器,不仅因为他们通常对于性能需求的低成本,而且因为没有挑战性的替代技术的成功,除了石英晶体谐振器,被应用于低等级的战术和商业用途。
MEMS惯性传感器没有严重的打开市场,尽管他们在这样的边缘,特别实在消费者应用方面。
在图7中,结束加速计的较低性能的加速计应用领域将会被微机械加速度计取代被期望。
正如陀螺仪,军用市场将会推动这些应用传感器的发展,例如“合格”和“智能”的军火,飞行器,自动制导导弹,短时间飞行的战术制导导弹,火力控制系统,雷达天线运动补偿,使用嵌入式惯性传感器的“智能皮肤”,多元智能小炮弹,例如,箭形弹甚至子弹和晶圆级INS/GPS系统。
更高性能应用将会持续使用机械加速计和可能的基于石英和硅的共振加速计。
石英谐振式加速计已经广泛地扩散到战术和商业应用中。
硅微机械谐振加速度计也同样被发展。
这些技术都有可能实现技术的提升。
图形8显示了长远计划中加速技术如何运用到新的运用程序中。
在未来回转发射案例中,数据显示MEMS和集成光学技术将会主宰整个低中端性能领域。
发射基本原理基于回转器的相同位置的精度。
但是,长远计划中加速机技术规划将比回转器早几年实现。
图形9显示了INS或者INS/GPS相关固装式系统使用投影来代替惯性构件技术和性能.GPS接收器的成本很可能比较小因此并不是很重要。
系统分为:激光陀螺或者是含有多种加速技术的IFOG系统;配有石英回转器和石英加速器的石英系统;MEMS集成光学系统。
实线代表预期的大致成本。
其清楚地显示了系统数量影响成本;大批量生产能使最终成本有所降低。
IFOG系统成本可能比激光回转系统低因为IFOG的成本远低于一个RLG的成本。
但是,上述情况如今并没有发生,主要是因为即使在配备齐全的工厂RLG的产量都很低并且IFOG还不能进行同批量生产。
因此,MEMS系统成本就较低。
而只有当超大批量生产时低成本的优势才会显现出来。
这些情况也只能在多维坐标机构聚簇或邻接电子芯片技术和批量包装下才能发生。
研究已经证明在炮弹轰炸下以硅为基础的微电子机械系统构件承受高强度重力的能力已达到6500g。
这些小型微电子机械系统,如上述数据表10中所列,原理上已经证明INS/GPS系统可以达到最近一项研发项目中的指标:INS单独就可达到三重或两重输入信号。
系统型号已经可以确定不过性能方面还需继续提升。
当今典型的微电子机械INS系统状态以下述为代表:重量<1lb,容量<20立方英寸,功率<3瓦特,回转偏差在1至30/hr,回转角误差在0.1 /。
此类系统已经投入生产。
另外一种是HG1930:容量<4立方英寸,回转偏差为20/,回转角误差在0.15/左右。
容量与具有34in3的 RLG和IFOG系统策略等级相当。
这些系统意味着万向系统SPIRE在承受的重量和容量上的四重重要提升。
如果性能也能相应提升,那么它们将会主宰市场。
3.0 GPS精度和其他方面的提升目前GPS中使用的精度规格决定着配备有大约10m(CEP)军事P(Y)代码的GPS接收器在WGS-84对应系统下的位置精度。
最近对于GPS精度的提高和相关项目研究使得不久的将来研发载有小于1mCEP的INS/GPS系统成为可能。
这部分即将研讨上述组题。
GPS PPS的精确性的提升将大大改善导航性能,尤其是当卡尔曼滤波器中有多个GPS测量仪共同组合来矫正INS数据时。
这种情况下,卡尔曼滤波器中不仅会计算GPS数据误差,还会计算惯性误差,并且当实施正确步骤时,CEP能达到的效果比任何一种系统都好。
20世纪90年代中期,在对GPS的精度评估中,大量的误差来源于空间和控制部分。
空间部分主要误差有:电离层误差,对流层误差,卫星时间误差和卫星星历误差,而其中后两者为主导误差。
电离层误差可以通过使用两种频率接收器减小,对流层误差则可以通过使用确定性补偿模型来减小。