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无人驾驶车辆的定位与导航技术解析随着科技的不断进步和人们对出行方式的需求不断增加，无人驾驶车辆成为了当今热门的话题。
无人驾驶车辆的实现离不开先进的定位与导航技术。
本文将对无人驾驶车辆的定位与导航技术进行解析。
一、定位技术无人驾驶车辆的定位技术是其实现自主导航的基础。
目前，主要的定位技术包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、激光雷达（LiDAR）和相机视觉等。
全球定位系统（GPS）是无人驾驶车辆最常用的定位技术之一。
通过接收卫星发出的信号，无人驾驶车辆可以确定自身的位置和速度。
然而，GPS存在着信号受阻、定位误差较大等问题，因此需要与其他定位技术结合使用。
惯性导航系统（INS）是一种通过测量车辆加速度和角速度来估计位置的技术。
INS可以提供高精度的定位信息，但是由于误差会随着时间的推移而累积，需要与其他定位技术进行融合。
激光雷达（LiDAR）是一种通过测量激光束的反射时间来获取目标物体的位置信息的技术。
激光雷达可以提供高精度的三维地图，对于无人驾驶车辆的定位非常重要。
相机视觉技术是利用相机获取图像信息，并通过图像处理算法来实现定位的技术。
相机视觉技术可以实现实时的环境感知和障碍物检测，对于无人驾驶车辆的安全行驶至关重要。
二、导航技术无人驾驶车辆的导航技术是其实现路径规划和决策的关键。
目前，主要的导航技术包括地图匹配、路径规划和决策控制等。
地图匹配是将无人驾驶车辆的实时定位与地图进行匹配，从而确定车辆当前所在的位置。
地图匹配可以通过GPS定位、激光雷达和相机视觉等技术来实现。
路径规划是根据车辆当前的位置和目标位置，确定车辆行驶的最佳路径。
路径规划需要考虑到道路的拓扑结构、交通状况和车辆行驶的安全性等因素。
决策控制是根据车辆的感知信息和路径规划结果，制定车辆的行驶策略和控制指令。
决策控制需要综合考虑车辆行驶的安全性、效率和舒适性等因素。
三、定位与导航技术的融合无人驾驶车辆的定位与导航技术需要进行融合，以提高定位和导航的准确性和可靠性。
《基于MEMS惯性组件的INS-GPS组合导航定位定姿的研究》基于MEMS惯性组件的INS-GPS组合导航定位定姿的研究一、引言随着科技的不断发展，精确的导航定位技术已经广泛应用于各种领域，如自动驾驶、无人机飞行控制、智能交通等。
近年来，MEMS（微机电系统）惯性组件因其体积小、成本低、可靠性高等优点，在导航系统中得到了广泛应用。
本文将重点研究基于MEMS惯性组件的INS（惯性导航系统）与GPS（全球定位系统）的组合导航定位定姿技术。
二、MEMS惯性组件的原理及特点MEMS惯性组件主要由加速度计和陀螺仪组成，它们可以分别测量物体的加速度和角速度。
通过积分运算，可以获得物体的速度、位置和姿态信息。
MEMS惯性组件具有体积小、重量轻、功耗低等优点，但其主要缺点是随着时间积累，误差会逐渐增大。
三、INS/GPS组合导航原理INS/GPS组合导航系统将INS和GPS的优点结合起来，通过数据融合技术实现互补。
GPS可以提供全球范围内的精确位置信息，但无法提供速度和姿态信息，且在信号被遮挡或失效时无法工作。
而INS则可以提供连续的速度、位置和姿态信息，但在长时间工作时会出现累积误差。
通过将两者进行组合，可以互相弥补各自的不足，提高导航精度和可靠性。
四、基于MEMS惯性组件的INS/GPS组合导航系统设计本文设计的基于MEMS惯性组件的INS/GPS组合导航系统主要包括以下几个部分：MEMS惯性组件、GPS接收器、数据处理单元和通信接口。
其中，数据处理单元是核心部分，负责实现数据融合算法，将INS和GPS的数据进行融合处理，得到精确的位置、速度和姿态信息。
五、定位定姿算法研究本文采用的数据融合算法主要包括卡尔曼滤波算法和互补滤波算法。
卡尔曼滤波算法是一种递归滤波器，可以根据系统的动态特性和观测数据进行最优估计。
互补滤波算法则将INS和GPS 的数据进行互补处理，以减小误差。
通过这两种算法的结合使用，可以进一步提高导航系统的精度和稳定性。
无人机导航的原理
无人机导航的原理主要涉及以下几个方面：
1. 全球定位系统（GPS）：无人机通过接收卫星信号，确定自
身的位置，速度和航向。
GPS系统提供了高精度的位置信息，为无人机导航提供了基础数据。
2. 惯性导航系统（INS）：INS通过使用加速度计和陀螺仪等
传感器，测量和跟踪无人机的速度、加速度和姿态信息。
通过积分运算，可以得到无人机的位置和航向。
3. 电子罗盘：电子罗盘利用地磁场信息确定无人机的方向和航向。
无人机可以根据地球磁场的变化来确定自己的航向。
4. 路径规划和路径跟踪算法：路径规划算法根据事先设定的任务和目标，生成无人机的航路，并将其转化为航线和航点。
路径跟踪算法根据无人机当前位置和航向，不断调整航向和姿态，以使无人机沿着预定的航路飞行。
5. 避障系统：避障系统通过使用传感器（如激光雷达、红外线传感器等）和图像处理技术，检测与避免无人机可能碰撞的障碍物。
避障系统可以自动调整无人机的航线，以避免与障碍物相撞。
综上所述，无人机导航的原理主要包括GPS定位、惯性导航、电子罗盘、路径规划和路径跟踪算法以及避障系统等技术。
这些技术的综合应用，可以实现无人机的精确导航和自主飞行。
动态定位名词解释(二)动态定位名词解释1. 什么是动态定位？动态定位是指通过不断改变对象或目标的位置来实现对其位置的准确追踪和定位的技术方法。
2. 相关名词解释以下是与动态定位相关的名词解释：•全局导航系统（GNSS）：全局导航系统是一种使用卫星进行位置追踪和定位的技术系统，可以实现全球范围内的动态定位和导航。
•GPS（Global Positioning System）：GPS是一种全球卫星定位系统，通过使用相对于地球的固定位置的卫星，可以精确计算出接收器的位置坐标。
•RTK定位（Real-Time Kinematic）：RTK定位是一种实时运动定位的技术，通过使用地面参考站和移动接收器之间的无线电通信，实现对接收器位置的动态定位。
•惯性导航系统（INS）：惯性导航系统是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器来测量和计算运动物体的位置、速度和方向的技术系统。
•定位精度：定位精度指动态定位系统对目标位置的测量和确定的准确程度，通常以距离或角度的误差来表示。
3. 示例解释•全局导航系统（GNSS）：GNSS是一种使用卫星进行位置追踪和定位的技术系统。
例如，我们日常使用的GPS就是一种GNSS，在我们手机上打开导航软件时，通过接收卫星信号，系统可以动态定位我们的位置，并给出准确的导航路线。
•RTK定位（Real-Time Kinematic）：RTK定位是一种实时运动定位的技术。
例如，在航空测绘中，使用RTK定位可以实时追踪飞行器的位置，获取高精度的地图数据。
•惯性导航系统（INS）：INS是一种利用惯性传感器测量和计算运动物体位置、速度和方向的技术系统。
例如，在航天器驾驶中，INS可以通过测量和分析飞行器的加速度和角速度来实现航向的动态定位。
•定位精度：定位精度是衡量动态定位系统准确程度的指标。
例如，某个GPS定位系统声称其定位精度为10米，即在真实位置附近的任何点的测量误差不会大于10米。
通过以上名词解释和示例解释，我们可以更好地理解动态定位及其相关概念和应用。
I G I T C W技术 研究Technology Study28DIGITCW2024.011 有关概念1.1 GPS系统的组成1.1.1 空间组成卫星在GPS 空间域的组成中起着至关重要的作用。
不同的卫星，其分工也不一样，如负责收集和传送资料的卫星，分为主星和辅星。
在实际工作中，由于收集任务的不同，卫星系统运行的轨道也是不同的。
目前，全球定位系统的卫星通过信息传输和图像采集等设备，可以实现无死角的全覆盖[1]。
1.1.2 地面控制组成主要是通过编码设置来实现对各种工作的要求。
其中，天线的正常工作是依靠电磁感应来实现的。
通过对卫星运行状态的监控，可以精确地对地，实现对地的精确定位。
1.1.3 用户设备用户设备的组成比较简单，可以根据接收到的信息，对系统进行分析和精确地计算，其中包括了信号接收IC 线、显像设备、功能设备等。
1.2 GPS定位原理GPS 卫星在正常工作时，可以收集到地表的各种数据，利用微机对其进行运算，然后将多颗卫星的测距结果综合汇总，把精确的数据传送至地表。
在接收基站接收到卫星数据后，将其加入3D 立体坐标中，根据雷达和卫星的时间差，需使用计算器进行一系列的计算，最后获得精确的坐标。
在运行中需要对收到的错误数据进行修正，然后将这些信息发送到人造卫星，用以校正，偏差控制在5米内。
同时，地理条件也会影响精度，造成定位误差较大。
为有效解决这些问题，需要运用计算机将相关的算法融合到测量中，以提高测量的精度[2]。
1.3 INS/GPS组合模式及其特性（1）松组合方式：将GPS 与惯性导航系统、速度信息相结合，由惯性导航系统与全球定位系统所得到的坐标与速率差，即为观测值。
以INS 为主要内容，当GPS 可工作的时候，GPS 的导航解可以被用作观测量输入信息的融合滤波器，利用扩展Kalman 滤波，对INS 的速度、位置、姿态以及传感器误差进行最优估计，并根据估计的结果对INS 进行输出或者反馈修正，从而让其维持高精度的导航。
《基于MEMS惯性组件的INS-GPS组合导航定位定姿的研究》基于MEMS惯性组件的INS-GPS组合导航定位定姿的研究一、引言随着科技的不断发展，精确的导航定位技术已经广泛应用于各种领域，如自动驾驶、无人机飞行控制、智能交通等。
近年来，MEMS（微机电系统）技术的飞速发展，使得基于MEMS惯性组件的INS（惯性导航系统）和GPS（全球定位系统）组合导航技术成为了研究的热点。
本文将就基于MEMS惯性组件的INS/GPS 组合导航定位定姿进行研究，旨在探讨其工作原理、优势以及实际应用。
二、MEMS惯性组件及INS工作原理MEMS惯性组件主要由陀螺仪、加速度计等传感器组成，具有体积小、重量轻、功耗低等优点。
INS是一种基于牛顿力学原理的导航系统，通过测量载体的加速度和角速度，实现导航定位。
MEMS惯性组件的引入，使得INS在小型化、低成本方面得到了广泛应用。
三、GPS工作原理及特点GPS是一种基于卫星的导航系统，通过接收来自多个GPS卫星的信号，实现精确的定位和定姿。
GPS具有全球覆盖、全天候工作、高精度等特点，但容易受到信号遮挡和干扰的影响。
四、INS/GPS组合导航原理及优势INS/GPS组合导航系统将INS和GPS的优势相结合，通过数据融合技术实现导航定位的优化。
当GPS信号被遮挡或干扰时，INS可以提供连续的导航定位信息；而当INS因长时间积累误差而导致导航精度降低时，GPS可以提供准确的校正信息。
因此，INS/GPS组合导航系统具有高精度、高可靠性、连续性等优点。
五、基于MEMS惯性组件的INS/GPS组合导航定位定姿研究基于MEMS惯性组件的INS/GPS组合导航系统在定位定姿方面具有显著的优势。
首先，MEMS惯性组件的小型化、低成本特点使得该系统可以广泛应用于各种小型设备。
其次，通过数据融合技术，可以实现对载体的高精度、高可靠性、连续性的导航定位和定姿。
此外，该系统还具有较强的抗干扰能力和自适应性，可以在复杂环境下实现稳定的导航定位。
ins gnss组合导航原理
insgnss组合导航原理是利用惯性导航系统（inertialnavigationsystem,INS）和全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem,GNSS）进行组合导航的一种方法。
INS是一种以加速度计和陀螺仪为基础的导航系统，可以测量飞行器在空间中的加速度和角速度，从而计算出其位置、速度和姿态等信息。
GNSS是通过卫星发射的信号来提供位置、速度和时间等信息的一种导航系统，包括GPS、GLONASS、Galileo等。
ins gnss组合导航原理利用INS和GNSS两种导航系统的互补性，可以在长时间导航中提高导航精度和稳定性。
INS有较高的精度和短期稳定性，但会出现随时间漂移等问题，而GNSS的测量精度和长期稳定性较好，但在某些环境下（如城市峡谷、密集林木等）会受到信号遮挡、多径效应等干扰。
ins gnss组合导航原理将INS和GNSS的测量结果进行融合，可以克服各自的局限性，提高导航精度和可靠性。
具体实现方法包括： 1. 利用INS和GNSS的测量结果进行数据融合，通过卡尔曼滤波等方法进行状态估计和修正。
2. 利用INS和GNSS的信息进行互补滤波，将两种导航系统的优势进行结合，提高导航精度和稳定性。
ins gnss组合导航原理在机载导航、航天器导航、地面移动终端等领域都有广泛应用，可以提高导航系统的精度和可靠性。
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GPS/INS 组合导航（仪器科学与工程学院）摘要：GPS/INS 组合导航是用GPS和INS各自的优点进行组合得到的组合导航系统。
它能够拥有GPS的长距离同误差和INS的短距离精确导航的优点，本文是关于GPS/INS组合导航的综述。
关键词：组合导航；惯性导航系统；GPS；INSGPS可以提供全球性的、全天候的、高精度的无源式三维导航定位服务，定位误差不随时间增长，但是GPS的自主性差，需要依靠运营商，受地形建筑的遮蔽信号物的影响，很难做到高精度实时动态控制和导航。
而INS的短期精度高、自主性强、抗干扰能力强，但是长期精度低，导航误差随着时间会逐渐积累。
所以二者的优缺点结合互补，可以实现实时精度高，动态性强，数据更新率高等优点。
1背景1.1 GPS简介GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。
20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。
主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
它有以下的优点[1][4][5]：1、定位精度高，GPS定位精度可以达到0.1～0.0lppm。
定点定位GPS有着这么高的精度可以满足不同情况下，不同需求下的精度需求。
2、范围广，全球定位。
3、适应性强，可在各种恶劣环境中工作，可以24小时工作。
而且无论是高山，深谷，GPS都能够工作。
同样的GPS也有弊端：1、抗干扰能力弱，GPS利用电磁波传递信号，容易受到地形，天气，磁场，电磁波等干扰。
也会受到大气层中对流层和电离层的影响。
2、由于电磁波传播途径被影响，会导致定位时产生误差。
影响精度。
3、自主性差GPS是现在人们生活工作中重要的工具，能够满足人们一定的生活工作需求，但是它明显的缺点也是制约其进一步发展的因素。
火箭发射是如何定位的原理
火箭发射的定位原理涉及多个方面，包括导航系统、测量技术和数据处理等。
下面是一个简要的解释：
1. 导航系统：火箭通常使用惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）来确定其位置和速度。
INS通过测量加速度和角速度来跟踪火箭的运动，并根据初始位置和速度进行积分计算当前位置。
INS的精度会随着时间的推移而累积误差，因此通常需要与其他定位系统结合使用。
2. 全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）：火箭还可以使用GPS来获取地球上的位置信息。
GPS系统由一组卫星组成，这些卫星向地面发送定位信号，火箭上的接收器可以接收并解码这些信号，从而确定火箭的位置。
3. 测量技术：火箭发射过程中，还会使用各种测量技术来确定火箭的位置和速度。
例如，通过测量火箭发射台上的测距仪或测角仪，可以获取火箭相对于发射台的位置和方向信息。
此外，还可以使用雷达、激光测距仪等技术来进行测量。
4. 数据处理：获取到的位置和速度数据需要进行处理和整合，以获得最准确的火箭位置信息。
这涉及到数据滤波、误差校正和数据融合等技术，以提高定位的精度和可靠性。
需要注意的是，火箭发射的定位原理可能因具体的火箭类型和任务而有所不同。
不同的火箭可能会采用不同的导航系统和测量技术，以满足其特定的需求和要求。
测绘技术中的GPS定位和INS导航方法介绍随着科技的飞速发展和社会的进步，测绘技术在各个领域得到了广泛的应用。
其中，GPS定位和INS导航方法作为实现精确定位和导航的关键技术，无疑是测绘领域中不可或缺的一个环节。
本文将对这两种方法进行介绍，并探讨其在测绘技术领域中的应用。
一、GPS定位GPS（全球定位系统）利用一系列的卫星和地面接收设备来确定地面上的位置。
通过接收多颗卫星发出的微弱信号，并通过差分处理和精确时钟，可以获得非常精准的位置定位。
GPS定位无疑是现代测绘领域中一项重要的技术。
1. GPS定位原理GPS系统由卫星部分和接收设备组成。
卫星部分包括至少24颗工作卫星，它们分布在地球轨道上。
接收设备则是安装在地面上的设备。
接收设备通过接收卫星发出的信号，并利用三角定位原理计算位置。
2. GPS定位方法GPS定位方法主要有单点定位、差分定位和动态定位等几种。
单点定位是指利用单一接收器进行GPS定位，其精度在10米左右。
差分定位则是通过与至少一台已知位置的参考站进行通信，在接收设备上进行微小的修正，从而获得更高的位置精度。
动态定位则是在移动中进行GPS定位，通过与接收到的连续信号进行处理，可以实现高精度的定位。
3. GPS定位的应用在测绘领域中，GPS定位广泛应用于地理信息系统（GIS）和地形测量等方面。
通过利用GPS定位，可以精确测量地球上的各个点的位置，从而构建出准确的地图和地形模型。
二、INS导航INS（惯性导航系统）通过测量和集成三个轴线上的速度和加速度信息，来确定载体的姿态和位置。
INS导航是一种不依赖于外部参考物的导航方法，具有高精度、高可靠性的优点，被广泛应用于航空、航海、航天等领域。
1. INS导航原理INS导航系统主要由加速度计和陀螺仪组成。
加速度计用于测量载体在三个轴向上的加速度，陀螺仪则用于测量载体的角速度。
通过积分计算速度和位移，可以确定载体的位置和姿态。
2. INS导航方法INS导航方法主要有地面对准法和空中对准法。
惯性导航系统(INS 与全球卫星定位系统(GPS1摘要目前飞行器所使用的导航系统, 能适应全天候、全球性应用的确实不多。
传统无线电导航,如塔康(TACAN 等,在应用上存有很多的限制和不便之处。
而为改善此缺点, 一套不需要其它外来的辅助装置, 就可提供所有的导航资料, 让飞行员参考的惯性导航系统(Inertial Navigation System ,虽已被成功发展并广为应用, 但其在系统上的微量位置误差会随飞行时间的平方成正比累积, 因此长时间飞行会严重影响到导航精确度, 如果没有适当的修正, 位置误差在一个小时内会累积超过 300米。
另一套精密的导航系统 GPS , 其误差虽不会随时间改变, 但 GPS 并非万能, 有优点, 也有先天的缺陷, 它在测量高机动目标时容易脱锁并且会受到外在环境及电磁干扰,再者 GPS 短时间的相对误差量大于 INS ,若只依靠它来做导航或控制, 会造成相反效果。
所以在导航系统设计上, 常搭配惯性系统来使用,正巧 GPS 与 INS 有互补的作用,可经过一套运算法则,将两者优点保留, 去除缺点, 本文即针对两种导航系统特性进行探讨, 并利用卡尔曼滤波器法则完成简易测量数据关系推导,设计一套“GPS/INS组合式导航系统” 。
2前言早期舰船航行常利用“ 领航方法” 来决定载体的位置及方向, 观察陆地突出物, 来引导船身驶向某处目标。
随着飞行器的问世, 初期飞行也全凭借着飞行员对当时自我方向、距离、高度及速度的感觉来控制驾驶,执行起飞、落地及飞机转场等等动作。
这种控制载体由一个地方到另一个地方其间方向与距离指示的艺术, 就称之为“ 导航” (Navigation 。
然而仅仅依循着人为的导航方式,在天气良好条件下或周遭存有许多明显参考目标物时, 单纯凭目视来判断飞行并不困难; 但如果遇上天气条件不佳、能见度差、参考目标不存在活不明显时, 就得依靠飞行员的经验、技巧及运气来进行方位及位置的判别, 这无形中会造成飞行员的压力, 更会严重影响到飞行安全的诸多不确定因素。
因此, 人们就积极开发各种导航技术, 借着科技的快速发展与进步, 导航的艺术也变得更多样化且精确可靠。
“ 导航科学” 可定义为“ 计算并决定一个载体的位置与预先设定的目的地的方向的一种应用” 。
较先进的无线电导航,如罗兰(Loran 、超高频全向装置(VOR 、距离测量装置(DME 、塔康(TACAN 及多普勒(Doppler 等均相继被开发出来,成功有效的帮助了航行者, 提供导航重要的参考依据。
然而, 无线电系统毕竟尚有很多限制和不便之处,如使用距离、地物遮蔽等均可能会造成功能失效。
另外,无线电导航其基本架构是需要“ 基地站” 发射定位无线电信号, 经飞机上的“ 接收机” 天线接收、处理及计算才能显示两点的关系, 获得导航资料; 只要其中一方失效或无线电传输不良, 即无法进行导航工作, 这对在茫茫的空中飞行是一件非常危险的事情。
因此到上个世纪 50年代, 美国国防部认为有必要发展一套导航系统, 不需要其它外来的辅助装置, 就可提供所有的导航数据资料, 让飞行员参考。
就在当时, 由麻省理工学院 (MIT 开发出第一套飞机使用的惯性导航系统 (Inertial Navigation System ,此系统完全自我包容、为独立源、不受外界的环境影响即可测量并提供所有的导航资料, 包括载体的精确位置、对地速度、姿态与航向等, 提供给自动导航仪及飞行仪表(如地平仪及方位仪等。
由于惯性导航系统的功能、尺寸大小、重量等特性远比其它导航系统要好,所以近年来 INS 始终能在导航领域独占鳌头。
然而惯性导航系统所提供的位置信息,仍有少量的误差,虽然其误差变化很慢, 但位置误差的累积随飞行时间的平方成正比; 因此对长时间飞行的导航精确度会有所影响; 如果没有适当的修正, 位置误差在一小时之内会累积超过 300米, 所以 INS 虽然是一种独立自主的工作系统,但仍有缺点,而造成误差的原因不外与加速度计及陀螺仪的品质、重力场变化、起始位置、方位输入值及安装误差等因素有关。
当然系统本身的品质,因价格的不同,仍有很大的差异。
由于 INS 主要误差源为陀螺仪的角速率漂移率及加速度计的偏差, 且会因时间的累积而扩大,因此若能采用某种设备,在一定时间内适当修正 INS 所造成的误差,一定可以大幅度改善系统导航精确度。
到 60年代,美国海军开发出一套 TRANSIT 导航卫星供舰船及潜艇定位使用, 至今,地面许多载体仍然在使用这种较不精确的导航卫星系统。
70年代美国空军开始研究开发一种三维空间的 NA VSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging 精确卫星导航系统; 1973年美国国防导航卫星部门(DNSS 联合海军的新实验系统(TIMATION 与空军的“Program 621B” 计划成果,扩大成为一种更迅速、更精确的 GPS (Global Positioning System全球卫星定位系统。
一般而言,这种全球卫星定位系统是利用观测 GPS 卫星广播讯号来计算接收者的位置,它的定位方式有两种:一种为虚拟距离(Pseudo-Range 观测;另一种为载波相位(Carrier Phase观测。
利用载波相位观测来定位,虽较虚拟距离观测精确, 但由于观测载波相位会面临周波脱落及相位未定值等问题, 因此应用在导航方面时,定位上会有较大的技术障碍,可靠度不高。
因此,目前载波相位观测主要应用在较长时间的定点观测上, 例如大地测量、地球动力学等; 而在即时定位的导航上,则普遍应用虚拟距离观测。
GPS 的定位过程中, 其广播讯号受到许多因素的影响, 如大气层折射、卫星轨道位置偏差及时钟误差等等,而会使得其定位精确度受到影响。
目前使用在 GPS广播的 P 码(PPS :Precise Positioning Service ,由于精确度较高,因此受到严格限制, 只有美国军方及特殊授权者才能使用。
C/A码的使用则没有限制 (SPS : Standard Positioning Service ,但其精确度较低,若 SA(Selective Availability 也被开启后, 则误差会更加剧, 因此对需要较高精确度的即时定位而言, 便需要一套使用 C/A码,但却可以大幅提高精确度的系统。
DGPS (Differential GPS 便是针对改善 GPS 利用电码定位的精确度而发展出来的系统,其工作方式为采用相对定位的原理,首先设定一个固定 GPS 参考站(Reference Station ,地理位置已精密校准,再与 GPS 的接收机所定出的位置加以比较,即可找出该参考站的 GPS 定位误差,再将此误差实况广播给使用者,如此, DGPS 精确度便可提高十数倍,而达到米级,然而 GPS 短时间内每一时刻的位置精确度还是比 INS 差很多。
由上可知,虽然 GPS 的误差变化量不随时间而变的特性优点,但 GPS 不适宜高机动、易造成脱锁且会受到外在环境及电磁干扰,而 INS 则可测量高机动目标的位置、速度、加速度及姿态且不受到外界干扰,在短时间 INS 的相对误差量也远小于GPS 的误差量,因此 INS 可用于验证并修改 GPS 的测量结果,所以综合 GPS/INS的导航系统是一种较佳的选择,它可获取高精度与高可靠的导航信息,此外,组合式GPS/INS导航系统在滤波器选用方面,基本是采用卡尔曼滤波器法则,因为它简单可靠,已被普遍应用在 GPS/INS导航系统中。
3INS/GPS基本原理3.1惯性导航系统(INS 基本原理3.1.1INS 原理INS 一般结构分为环架式及捷联式两种。
在环架式系统中, 加速度及陀螺仪均置放于参考平台上, 使传感器与载体之间转动能够独立, 才能在稳定坐标系统中维持其测量及导航的运算。
可能的导航坐标系统包含球心惯性系统(ECI-Earth Centered Inertial 、球心固定坐标(ECEF 、 ED (North-East-Down 坐标系统及含Wander 角的坐标系统等。
环架式系统比较精确,而且容易校正(不需执行坐标转换,利用地球重力场可自动对北校正 ,但是其结构比较大、重、成本高且可靠性差。
至于捷联式系统, 传感器是固定在载机上, 对运动物体的加速度及速率测量上采用坐标转换以便能在惯性系统中完成导航运算。
此种方式可运用于高机动的情况下, 尤其是在新型的高品质陀螺仪与加速度计出现后, 捷联式惯性系统将因成本及可靠性的改善, 而变成主要的装置。
有关捷联式结构定义如下:捷联式与传统环架式最大不同点, 主要在于惯性导航设备如陀螺仪及加速度计等是直接安装于载体上, 而不是安装于参考平台上。
更进一步来看, 载机上导航计算机能在对陀螺仪的信号持续追踪相对于预定参考惯性轴的载机姿态。
结果, 由于计算机能提供必要的坐标转换, 使加速度计输出于计算机计算参考轴一致, 换言之, 转换在计算机内以分析性的方式完成, 所以在传统系统中, 惯性参考平台将可以以下列二种功能来取代,即:1在陀螺仪输出基准上建立姿态惯性轴;2把加速度计输出经坐标转换成惯性坐标变量。
3由于捷联式结构可以直接提供载机相关信号,所以在传统系统中常用的一些装置等均可省略。
在 INS 系统内,对于系统精确度及特性的评估,一般而言均存在有大量的误差源, 例如:陀螺仪及加速度计相关的误差, 基本上包含静态 g 灵敏度偏差及漂移量, 尺寸因素误差, 错排误差机随机误差等。
额外的误差则来自于导航解算的校正、起始及排列转换,不准度计算等。
在没有补偿情况下,所有 INS 误差会随时间而改变,而一些误差(如位置等则会随时间增加而发散,其它则会受到限制而产生震荡。
因此 INS 的精确度与传感器品质、导航系统机构及载机动态等等有很大的关系。
INS 基本上允许独立自主操作。
在误差特性上,由于大多数需要高精确度,所以可以使用外加辅助装置来降低 INS 误差。
一台具有辅助装置的 INS 会使用来自于一些辅助装置(如追踪雷达、 GPS 、 TECOM 等的数据,再配合导航卡尔曼滤波器,以改进导航数据的精确度。
3.2全球卫星定位系统(GPS 基本原理卫星环绕地球运行, 不管它是椭圆形轨道、圆形轨道或是同步轨道, 它始终以一定周期,周而复始的飞驰。
若没有干扰因素(例如:月亮与太阳引力、地球重力不均匀、空气分子阻力等 ,那么卫星的轨道固定不变,也就是它与地球维持一定的关系,因此,我们可以很准确的计算出,在什么时候,它在何处,什么时段通过哪些区域。
既然它的运行很精确, 地球上的人们就可以拿它做导航依据, 通过无线电, 发射它相对于地球坐标的位置资料, 飞行器接收机与地球、卫星构成三点关系,形成封闭三角形。
