组合定位导航技术研究

2012年2月刊

人工智能与识别技术

信息与电脑

China Computer&Communication

1.引言

智能交通系统(ITS )已被公认为解决消防部队在突发事故发生时如何快速抵达事故现场问题的有效途径，它是在关键基础理论研究的前提下，将先进的信息技术、数据通信技术及电子控制技术等有效地综合运用于地面交通运输体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输系统。

车辆定位导航技术是ITS 中的关键技术之一。车辆导航定位系统的首要功能是能够提供车辆的位置、速度和航向等信息，而精确、可靠的车辆定位则是实现导航功能的前提和基础。常用的车辆定位技术主要有：航位推算技术(DR)、卫星定位技术(GPS)、惯性导航技术(INS)、地图匹配技术(MM)等等。由于基于任何一个单独的定位技术的系统都有本身无法克服的短处，因此出现了组合导航系统。本文根据智能交通系统的特点，提出了GPS 、航位推算技术与地图匹配技术相结合的组合导航系统。

2.GPS定位技术

全球定位系统(Global Positioning System-GPS)[1]

是当前全球定位系统中技术最成熟，应用也最为广泛的系统。它可以全天候连续为全球范围陆、海、空军民用户提供定位导航信息，用户设备的定位精度优于20m ，时间准确度达到ns 量级。具有全天候，定位迅速，精度高，可连续提供三维位置(精度、纬度和高度)、三维速度和时间信息等一系列优点[2]，主要应用于单点导航定位与相对测地定位两个方面，是当今车辆定位导航的主流。

GPS 系统包括三大部分：（1）空间部分——GPS 卫星星座

由24颗在轨卫星和3颗备份卫星组成，部署在高达20200km 的轨道上，在地球上和近地空间任何一点均可连续同步地观测4颗以上卫星，从而实现全球、全天候连续导航定位。

GPS 的空间卫星星座如图1所示：

组合定位导航技术研究

谭炳文

（武警赣州市消防支队上犹县公安消防大队，江西赣州341200）

摘要：定位导航技术是智能交通系统（ITS ）的关键技术之一。文章首先介绍了GPS 、INS （惯性导航）、DR （航位推算）三种常用定位导航技术，重点研究了各自的优点及缺点。接着探讨了GPS/DR 组合定位导航技术的优势所在。最后，为了进一步提高定位精度，提出采用MM (地图匹配)技术来进一步修正误差，使得定位功能更加准确可靠。

关键词：GPS ；惯性导航；航位推算；地图匹配

中图分类号：U666 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2012）02-0008-03

（2）地面控制部分——地面监控系统

地面控制部分是整个系统的中枢，由美国国防部管理，它包括1个主控站，5个监控站。主控站负责对地面监控站的全面控制。监控站内装备有接收机、原子钟、气象传感器及数据处理计算机，其任务是追踪及预测GPS 卫星轨道，控制GPS 卫星状态及轨迹偏差，维护GPS 系统的正常运作。

（3）用户设备部分——GPS 信号接收机

用户部分则是适用于各种用途的GPS 接收机，其主要功能是接收GPS 卫星播发的定位信息，GPS 用户接收机是由主机、电源和天线组成。主机的核心部件是信道电路、基带处理电路和中央处理器，在专用软件的控制下，进行作业卫星选择、数据搜集、加工、传输、处理和存储，其天线则接收来自各方位的导航卫星信号。GPS 接收机接收到从卫星传来的连续不断的编码信号后，再根据这些编码辨认相关的卫星，从导航电文中获取卫星的位置和时间，然后计算出接收机(即用户)所在的准确地理位置。

三者的关系如图2所示：

图1 GPS的空间卫星星座

图2 GPS全球卫星定位系统的三大组成

GPS 导航利用GPS 模块接受导航卫星信号，然后计算出汽车的经纬度、速度、行驶方向、时间等信息，它具有全球性、全天候、低成本、高精度、实时三维的测定位置和速度的能力，因而有很大的优势。

但是，GPS 导航也有其本身所固有的弱点[3]，主要是非自主性、易受干扰、动态性能较差，卫星信号因在有些地方受遮挡会导致丢失信号而影响定位，定位精度容易受电子欺骗等因素影响。更致命的是城区内地物特征复杂，当卫星信号被树木、城市高层建筑、隧道和桥梁等遮挡或GPS 接收机接收不到四颗及以上的卫星信号时，GPS 导航系统便不能提供连续导航信息，其定位误差将增大，甚至可能出现不

定位的现象。

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单一的卫星定位方式由于可能会受到使用环境的影响，不能很好的完成定位功能，但是即使是使用卫星定位系统之间的组合定位：如GPS 与GLONASS （俄罗斯的“格拉纳斯”卫星定位导航系统）之间的组合而成的GNSS ，以及GPS, GLONASS 与欧盟的伽利略卫星的组合定位，这些组合定位技术都提高了定位的可靠性和精度。但是在高架、立交、停车场等卫星定位号接收不良的情况下，定位精度仍然难以保证。并不能从根本上解决卫星定位系统的固有缺陷。

3. INS（Inertial Navigation System惯性导航系统）技术

惯性导航系统（INS ）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。在现代航空、航天和航海载体的导航系统中，惯性导航系统是技术相对成熟、应用最为广泛的一种导航设备之一。

惯性导航系统是一种完全自主式的导航系统，导航过程中不向外辐射电磁信号，和外界不发生任何光、电的联系，因此有很好的隐蔽性和强大的抗干扰能力，工作不受气象条件限制，可全天侯、全球工作与空中、地球表面乃至水下。惯性导航系统能同时输出位置、速度、姿态、加速度和角速度等导航信息，所产生的导航信息连续性好而且噪声低，可单独完成导航功能。同时具有数据更新率高、短期精度和稳定性好等优点。

但是，惯性导航系统不能给出时间信息，又由于导航信息经过积分而产生，定位误差会随时间而增大，长期工作精度变差，因此难以长时间独立工作。而且每次使用之前需要较长的初始对准时间。另外，惯性测量设备的价格高昂，这也是导致它在车辆导航系统中的运用受到很大的限制。

4. DR (Dead Reckoning航位推算)技术

航位推算的现代定义是由Cotter 提出的，其定义“为从一己知的坐标位置开始，根据航行体(船只、飞机、陆地车辆等)在该点的航向、航速和航行时间，推算下一时刻坐标位置的导航过程就称为航位推算”。DR 基本原理是利用方向和速度传感器来推算车辆的位置。由于车辆的运动可以看成是二维平面上的运动，因此如果知道车辆的起始位置和起始方位角，通过实时的测量车辆的行驶距离和航向角度的变化，就可以实时的推算车辆的位置。

DR 导航技术完全自主，既不发射信号，也不接收信号，不存在电磁波传播问题，成本低，只需利用自身的测量元件的观测量，推求位置、速度等导航参数，不受外界环境及其它政策性人为因素的影响，在短时间内能保持较高的精度。且机动灵活，无论是涵洞还是水下，只要载体(车、船、飞机、潜艇)能够到达的地方就能导航定位。

但是DR 系统只能确定相对位置。且误差随时间的延长而积累，导致定位误差随时间延长而迅速增长的问题，因此DR 方法不能单独、长时间地使用，而常常作为一种辅助的定位技术得到应用。

5.组合定位技术

每一种定位技术各自都有其优点和特色，但也存在固有的不足，其精度及可靠性都有一定的限制。将各种定位技术综合起来，组成组合导航系统，将能达到取长补短、综合发挥各种导航系统特点的目的，并能提高导航信息精度，更好地满足载体对导航系统的要求。并且，组合后的系统具有冗余功能，增加了导航系统的可靠性。

在导航应用领域中，一般采用全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的组合导航[4]

，它们能分别独立地获取信息，并快速推算出地

理位置信息。然而，价格昂贵制约了高精度INS 的使用。高性能INS 通常用于军事和民航领域，而不适合车辆导航这类一般的应用领域。

GPS/DR 车载组合导航[5]是一种很好的解决方案，GPS 与DR 存在很强的互补关系，一方面，GPS 可以为DR 提供推算定位所需的初始点的绝对位置信息，并进行误差校正，避免DR 信息因传感器的漂移和噪声而产生的误差积累。另一方面，DR 的推算结果可以弥补GPS 信息在短期内因受高楼、树荫阻挡而无法正常定位的缺陷，用于补偿部分GPS 定位中的随机误差，平滑定位轨迹。另外，GPS/DR 组合导航方式性价比高，组成实用的车辆导航系统，因而在民用低成本车载导航系统中广为采用。

GPS/DR 车载组合导航采用以GPS 定位为主、航位推算为辅的组合导航定位方式可以很好的保证车辆定位连续性和可靠性。利用微处理器将各个传感器有机的结合在一起，并利用最优估计理论与方法进行多种导航信息的综合处理，计算出精确的位置信息。整个组合导航系统在工作时，导航计算机同时接收来自GPS 定位系统和DR 航位推算系统的数据，根据组合导航系统的数学模型进行两种定位结果的信息融合，得到最优的定位结果，从而获得最好的定位精度。当GPS 信号丢失，无法正常工作时，能够利用 DR 系统的自主定位结果，以维持正常导航。此外，当GPS 定位由于可见星少于四颗而定位精度较低时，还可以利用DR 系统在一定的距离内的较高精度来改善GPS 的定位精度。

GPS/DR 组合导航系统原理如图3所示：

图3 GPS/DR组合导航系统原理图

但是，这种车载组合导航系统也有自己的局限，主要反映在：（1）它用里程计采集位移信号，这需要改动汽车电气线路，并且汽车型号不一样，里程计感应元件的参数也不一样，安装不方便，并且导航精度受里程计的精度限制。

（2）长时间接收不到GPS 的情况下，单靠这种DR 系统积累的误差将会很大，方位信息已经不准确，不能正确的导航。

（3）汽车行驶期间，不能感应汽车的姿态，汽车机动模型是建立在水平面的假设基础上的，而实际情况却不是这样，当汽车行驶在坡度路面上时，这样推算出来的结果必然和实际情况有误差。

（4）微处理器运算速度慢，不能实时的输出航位信息，有滞后现象。

6. 地图匹配(Map Matching)技术

GPS 和航位推算法(DR)系统的组合导航虽然能够提高导航系统的精度和提高组合导航系统的可靠性，但导航数据仍然存在一定的误差，并且在GPS 信号长期丢失的条件下，DR 系统的误差也会因为长时间得不到校正而积累变大。而移动目标的精确定位正是系统的关键，这就要求人为对其进行校正，在实际系统中通常采用地图匹配方法[6]来提高DR 和GPS 系统的精度。地图匹配方法是借助地理信息系统数据库存储的高精度道路数据来提高车载导航系统的定位精度，使导航数据和道路数据相一致。地图匹配功能在现代车辆定位与导航系统中起

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着重要作用，它能使系统的定位功能更加准确可靠，从而为导航功能

的实现提供良好的基础。

地图匹配是一种基于软件技术的定位修正方法，其基本思想是将

车辆定位轨迹与数字地图中的道路网信息联系起来，并由此相对于地

图确定车辆的位置，原理参见图4。

图4 地图匹配原理示意图

地图匹配应用是基于以下两个假设条件：

（1）车辆总是行驶在道路上。

（2）采用的道路数据精度要高于车载定位导航系统的定位精度。

当上述条件满足时，就可以把定位数据和车辆运行轨迹同数字化

地图所提供的道路位置信息相比较，通过适当的匹配过程确定出车辆

最可能的行驶路段以及车辆在该路段中的最大可能位置。如果上述假

设不成立，则地图匹配将产生错误的位置输出，并可能导致系统性能

的严重下降。一般认为用于匹配的数字地图误差不应超过15米(真实

地面距离)。由于陆地车辆在除进入停车场等之外的绝大多数时间内

都位于公路网络中，因此使用地图匹配技术的条件是满足的。

7.小结

本文对组合导航技术在智能交通系统中的应用应用作了初步的探

讨。介绍了几种常用的导航定位技术，GPS定位、惯性导航技术与航

位推算技术。这几种技术都有自身的优势与不足，而这GPS和航位推

算技术的优势与不足是互补的，根据两者的互补性提出了两种技术结

合的组合导航技术，并在此基础了讨论了进一步通过地图匹配技术来

提高导航精度。

参考文献：

[1] 胡风珍.汽车GPS卫星导航全球定位系统技术研究与应用[J].石油

仪器,2007,21(4): 46~48.

[2] G.Mintsis, S.Basbas, P.Papaioannou. etc al, Applications of GPS

technology in the land transportation system[J], European Journal of

Operational Research. 2004, 152(2):399~409

[3] Elliott, D.Kaplan著.邱致和,王万义译. GPS原理与应用[M].北京:

电子工业出版社, 2002.

[4] 陈红英,罗文田. GPS/INS组合导航系统的鲁棒滤波研究[J].中国

民航飞行学院学报, 2006,17(2):35~38.

[5] 赵超凡,付梦印,张继伟.低成本组合导航系统滤波算法的研究[J].

微计算机信息, 2007,23(4):215~216.

[6] 孙棣华,王春丽.基于模糊模式识别的车辆定位地图匹配算法[J].

计算机工程与应用, 2007,57(25):227~230.

一位十六进制数表示，然后全部组合成一串16进制字符串进行传输。

发射机的模拟量一共33个，包括：宽放电压、宽放电流、激励、

高前灯丝电压、高前灯丝电流、高前栅压、高前栅流、高前帘栅压、

高前帘栅流、高前板压、高前板流、末级灯丝电压、末级灯丝电流、

末级栅压、末级栅流、末级帘栅压、末级帘栅流、末级板压、末级板

流、出射功率、反射功率、驻波比、调幅度、高末屏耗、1路、2路、

3路、4路、5路、6路、7路、8路、频率。发射机的开关量数据串和模

拟量数据串之间通过“//”作为分隔符。排列顺序参照150KW发射机

自动化系统规范的详细数据列表。

发射机的故障信息包含故障的内容和故障发生时间的前60秒开关

量和模拟量数据，作为查询故障、分析故障原因的重要依据。

发射机的日志信息包括发射机手动电控、保护以及对1、3、5、7

路的调谐，预置通道和预置频率的操作和发射机自动运行产生的日志

信息。

在原有人工修改带周期的运行时间表的功能的基础上，提供软件

的通讯接口，使发射机自动化系统通过此接口接收发射机机房运行监

控系统下发的带周期的运行时间表，可以选择人工干预或系统自动完

成对待周期的运行时间表接收的确认。

按照规定的运行时间表的格式，根据运行图接收的标识串

“dlOrder”，通过对标识串的解析，确定为运行图数据。再将接收

到的运行图数据分析解码，以下发的条数和发射机代码作为解码的依

据，对有更新的发射机的运行图进行删除，然后将新运行图存入数据

库，再生成实际每天可用的运行图。完成运行图更新后，向机房平台

发送运行图的接收确认。

另外，保留原有的人工录入运行图的功能，和节传机房的运行图

进行比对，比对运行图通过之后，生效作为发射机日常运行图，这个

手动操作运行图的功能是作为运行图自动接收发生故障时候的备用操

作。

5.结束语

该系统升级改造后，界面简洁，操作方便简单。正式运行一年

多时间以来，系统稳定可靠，大大降低人工对发射机自动化运行的干

预，有效地杜绝了人为因素对发射机运行造成的差错，有效地提高机

房播出系统安全运行的可靠性，保证安全传输发射工作的顺利进行。（上接第7页）

全球卫星导航定位技术的原理及应用论文

浅析全球卫星导航定位技术原理及应用 一、前言 导航定位的需求，可以说不是历来就有的，在人类早期物质生产活动中以牧猎为主，日出而作，日落而息。当时人们离不开森林和水草，或是随着水草的兴衰而漂泊不定，根本不需要什么明确的定位。但是，随设社会的发展，到了农业时代，在人们开发农田，兴修水利等相应活动中就逐渐产生了测绘定位的需求，可以说在这时，导航定位就在慢慢酝酿之中。等到了工业时代，人类的活动遍及全球，而一些工程比如航海、航空、洲际交通工程，通信工程，矿产资源勘探工程，地球生态及环境变迁的研究，就需要精确地定位。这些需求促使导航定位技术的发展，并把这项技术带到一个前所未有的发展时期，它的手段也从光学机械过渡到光电子精密机械仪器的时代。社会是不断发展的，科技是不断进步的，20世纪末，出现了电子计算器技术、半导体技术、激光技术、航天科学技术，它们的出现，把人类带到了电子信息时代和航天探索时代。当1957年前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，人类跟踪无线电信号中发现了卫星无线电信号的多普勒频移现象，这预示着一种全新的天空定位技术的可行性，由此，人类进入了卫星定位和导航的时代。 二、简介 1：全球卫星导航定位系统（global navigation and positioning satellite system）采用极轨道星座和无源定位方式为美国提供全球覆盖的导航及定位系统。简称GPS。其轨道高度约为2×104 km，在6条轨道上运行有24颗卫星，每12 h绕地球一周，能保证地球上任何地点的用户都能至少同时看到4颗卫星。它属于非静止卫星定位系统。移动用户利用导航定位接收机来接收4颗（或4颗以上）卫星的导航定位信号，并测量不同信号的到达时间，求出移动用户的三维空间坐标，自动给出经度和纬度显示，从而实现用户的自主定位。也可通过无线传输手段将用户定位信息传送到调度中心，实现对移动用户的调度控制。 GPS向用户广播的导航信号为双频，分别为1 575.42MHz 和1 226.60MHz。采用多种直接序列扩频码的码分多址和伪码测距技术。直接序列扩频码主要有P码和C/A码。P码的定位精度高，三维精度可达5 m之内；C/A码定位精度较低，三维精度在50m内。目前C/A 码是对民用免费开放的。因为它是无源定位系统，移动用户的数量没有限制。 2：全球定位系统（Global Positioning System） 简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 3：卫星导航系统 顾名思义，就是“全球卫星导航系统”。主要采用最新GPS技术在导航通讯领域的最新应用系统。卫星导航全球性大众化民用,刚刚开始，有百种应用类型。卫星导航的生命期至

导航定位技术与光学的联系

南京理工大学 课程论文 课程名称：导航定位技术概论 论文题目：导航定位技术与光学的联系姓名：王彬 学号： 1111100228 成绩：

导航定位技术与光学的联系 姓名：王彬学号：1111100228 专业：光信息科学与技术 引言：本文主旨是探讨导航定位系统与光信息科学与技术专业之后间的联系。对现代科技中的光学和导航技术作了详细的介绍。讨论现代光学技术与导航系统的共通之处。举例介绍了光在导航定位系统中应用的实例，如激光陀螺，光纤陀螺和激光跟踪导航。并对未来可能的发展做了展望。 光学作为一门诞生340余年的古老科学 经历了漫长的发展过程 从经典光学到近代光学 再到现代光学 它的发展也表征着人类社会的文明进程。展望21世纪 随着以光信息为代表的信息化社会的发展 人类将迈进光子时代 光子学的发展和光子技术的广泛应用将对人类生活产生巨大影响。光学是研究光的产生和传播、光的本性、光与物质相互作用的科学。光学作为一门诞生340 余年的古老科学, 经历了漫长的发展过程, 它的发展也表征着人类社会的文明进程。20 世纪以前的光学, 以经典光学为标志, 为光学的发展奠定了良好的基础; 20 世纪的光学, 以近代光学为标志取得了重要进展, 推动了激光、全息、光纤、光记录、光存储、光显示等技术的出现, 走过辉煌的百年历程; 展望21 世纪的现代光学, 将迈进光子时代, 光子学已 不是物理学的学术上的突破, 它的理论及其光子技术正在或已经成为现代应用技术的主角, 光子学的发展和光子技术的广泛应用将对人类生活产生巨大影响。 定位与导航技术是涉及自动控制，计算机，微电子学，光学，力学，以及数学等多学科的高技术，是实现飞行器特别是航天飞行任务的关键技术，也是武器精确制导的核心技术。导航定位技术被应用于人类生活中的各处各地，时时刻刻。他为我们的的生活提供了巨大的便利，深深地融入我们的生活。他包涵天文导航，地文导航，惯性导航，无线电导航，卫星导航和其他等等。目前应用最广，技术最完善最先进的是卫星导航。有美国的GPS导航系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统和中国的北斗导航系统。其中最具代表性的是美国的GPS。 最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样 粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量 改为将18颗卫星分布在

苏科版-信息技术-六年级下册-《智能导航-卫星定位导航》参考教案

智能导航——卫星定位导航 一、教学目标 1.知识与技能： (1)认识卫星定位导航仪。 (2)了解卫星定位导航技术及其应用。 2.过程与方法： (1)通过自主学习和知识迁移,对智能导航做出描述; (2)通过教师导读,了解卫星定位工作原理。 3.情感态度与价值观： (1)让学生养成观察、调查的良好习惯; (2)通过卫星定位导航应用,感受技术给我们生活带来的变化。 4. 行为与创新：通过认识北斗星导航系统,激发学习的积极性和创造性。 二、学情分析 大部分学生对卫星定位导航有所体验,对卫星定位导航仪或手机导航应用有所了解,但对卫星定位等技术比较陌生,对为什么能够导航并不清楚。 三、重点与难点 重点:卫星定位导航技术及其应用。 难点:利用卫星定位导航技术体验导航。 四、教学活动 1.激趣导入 播放爸爸去哪儿的音乐。 师:Angela父女俩又快乐出游了,不过这次他们遇到了些麻烦,你能帮帮他们吗?我们一起去瞧一瞧! 出示父女对话情景。 师:同学们有什么好办法吗? 生:可以用导航仪啊! 揭示课题:是呀,用导航仪就方便多了,况且现在也十分的普及。这节课我们就来认识卫星定位导航。 智能导航——卫星定位导航(板书)

2.教授新知 （1）了解导航仪的外观以及种类。 师:首先我们先来看看导航仪都长什么样? (课件出示导航仪)谁来说说看? 生:都有显示屏。 生:有很多的输入、输出按钮。 生:有的会说话!(师:那叫语音系统) 师:除了这种,你们还见过其他导航仪吗? 生:还见过用手机做导航仪的。 师:同学们真是见多识广啊,因为手机本身具备定位功能,所以可以在手机上安装导航软件,从而实现手机的导航功能。同样平板电脑也可以。 （2）认识什么叫做导航仪。 师:那么导航仪到底是什么呢?我们一起来读一读导航仪的科学定义。 生:卫星定位导航仪借助卫星定位导航技术按照出行人要求确定目的地和行驶路线,提供自动语言导航和交通安全提示等功能。 师:你觉得这个定义里的哪些词特别的重要? 生:卫星!没有卫星根本不可能有定位系统。 生:我认为是确定目的地和行驶路线。这是导航最重要的功能。 师:同学们说的都很好。 （3）初步体验导航仪。 师:我们知道了什么是导航仪,那么同学们想不想体验一下导航仪的神奇呢?(想) 师:那我们就来帮Angela父女找到他们的目的地。我们先观看视频,学习如何在平板电脑上使用卫星定位导航功能。 师:看同学的样子已经跃跃欲试了!我们来看下要求。 出示体验馆1:利用手机导航仪,初步判断目的地(锡惠公园)的方向和大概距离。 学生体验。 师:找到了吗?锡惠公园在我们的哪个方向?

无人机导航定位技术简介与分析

无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。

导航定位技术原理及应用__复习资料

1试说明GPS全球定位系统的组成以及各个部分的作用。 (1) 空间星座 GPS卫星星座由24颗（3颗备用）卫星组成，分布在6个轨道内，每个轨道4颗。 基本功能：接收和存储由地面监控站发出的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；利用卫星的微处理机，对部分必要的数据进行处理；通过星载原子钟提供精密时间标准；向用户发送定位信息；在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。 (2) 地面监控 地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，包括5个监测站，1个主控站，3个信息注入站。 监测站：对GPS卫星进行连续观测，进行数据自动采集并监测卫星的工作状况。 主控站：协调和管理地面监控系统，主要任务：根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站；提供全球定位系统时间基准；各监测站和GPS卫星原子钟，均应与主控站原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行；启用备用卫星代替失效工作卫星。 注入站：在主控站控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。 (3) 用户设备 由GPS接收机硬件和数据处理软件以及微处理机和终端设备组成。 GPS接收机硬件主要接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。GPS软件主要对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。 2试说明我国北斗导航卫星系统与GPS的区别 一是使用范围不同。“北斗一号”是区域卫星导航系统，只能用于中国及其周边地区，而GPS是全球导航定位系统，在全球的任何一点只要卫星信号未被遮蔽或干扰，都能接收到三维坐标数据。二是卫星的数量和轨道是不同的。“北斗一号”有3颗，位于高度近3.6万千米的地球同步轨道。三是定位原理不同。“北斗一号”是用户首先发射要求服务的信号，通过卫星转发至地面控制中心，地面控制中心计算出用户机的位置后再通过卫星答复用户，而GPS只需要4个卫星的位置信息，由用户接收机解算出三维坐标，由于“北斗一号”本身是二维导航系统，仅靠2颗星的观测信号尚不能定位，观测信号的获得需要具有转发或收发信号功能，而通信功能是GPS不具备的。 3 GPS相较其他导航定位系统的特点 1.功能多,用途广.可以用于导航,测时,测速,测量及授时. 2.定位精度高. 3.实时定位. 天球：以地球质心为中心，半径r为任意长的一个假想的球体。 大地经纬度：大地经度是指通过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角，大地纬度是指过参考椭球面上某一点的法线与赤道面的夹角 天文经纬度：天文经度是指本初子午面与过观测点的子午面所夹的二面角，天文纬度是指过某点的铅垂线与赤道平面之间的夹角。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆即地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点 赤经：从春分点沿着天赤道向东到天体时圈与天赤道的交点所夹的角度 赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体的角度

北斗导航技术在现代农业中的应用 李亚栋

北斗导航技术在现代农业中的应用李亚栋 摘要:文章介绍了我国自主研发的北斗导航技术的发展的优势。对于发展这一系统的建设对我们国家在卫星导航领域的主导地位、推动经济和社会科学发展具有关键性作用。在推动北斗二代导航系的技术革新后,应用到现代军事信息化局部战争中具有一些重要的战略意义。 关键词:北斗导航;经济效益;军事应用 1卫星导航系统在世界各国中的发展趋势 1.1卫星导航系统建设由“一家独霸”向“多家竞争”转变 从世界范围看,美国率先构建GPS全球卫星导航系统进行深度开发应用,目前拥有最先进的技术,仍在持续推进现代化改造,引领卫星导航发展方向;俄罗斯不甘落后,随着国内经济逐步复苏,把加快GLONASS(格罗纳斯)能力建设作为一项重要战略任务,以重塑军事大国形象;欧盟克服内外部重重困难,全力推进Galileo(伽利略)系 统建设,为其.战略利益提供服务;印度、日本谋求摆脱受制于人的局面,相继发展自主区域卫星导航系统;我国也对北斗长远发展做出了筹划部署,2020年左右将建成全球卫星导航系统。这种发展态势,动摇了美国GPS的霸主地位,引发了世界范围内卫星导航系统建设的激烈竞争,已逐步呈现出你追我赶之势。 1.2卫星航系统性能由单一、概略向多元、精准转变 卫星导航系统是随着科技进步和产业发展不断拓展完善的。各国卫星导航系统建设实践表明,技术决定系统发展,不同技术阶段只能建成相应水平的系统,无论哪个国家都要经历一个由低级向高级逐步推进的过程。例如,美国第一代GPS功能比较单,经过30多年发展和持续现代化改造,定位精度、可用性、完好性和可靠性不断提升,精度优于1 m,自主导航运行能力将达180天,系统抗干扰和导航战能力 明显加强;俄罗斯GLONASS通过不断突破技术,加快了卫星更新换代,新增码分多址导航信号和部署星基增强系统,将具备提供重点区域亚米级导航服务能力;欧盟Galileo系统从试验验证起步,经过不断创新发展,系统精度将优于1 m,能够提供全球生命救援等多种服务。 1.3 卫星导航的应用由有限领域、局部服务向多元客户、全域服务转变 目前,美国GPS在能源、交通、电力金融、通信网络、精细农业、生命救援等全球民用领域广泛应用,占据世界卫星导航市场的95%份额;美军主战平台嵌入GPS 终端数量超.过10万个,单兵装备超过56万套,基本覆盖美军各个作战单元,成为最为依赖的装备系统。GPS的推广应用印证了专家们讲的卫星导航系统“没有做不到,只有想不到”的断言。从目前世界卫星导航系统应用模式、领域、层次看,仍然存在深度开发挖掘的潜力。军事应用将从最初作战单元独立应用。向陆海空各军兵种成建制成体系应用发展,从单机单装的用向多平台、多系统嵌入式网络化集成应用发展;从以导航定位为主向与侦察预警、指挥控制、火力打击、地理信息系统融合应用发展"。 2我国建立“北斗”卫星导航系统的意义 2.1 国家安全 建立自己的导航系统,避免在将来的战争中受制于人,同时我们还有了相同的手段可以反制敌人。导弹要导航,战斗要定位,还得知道哪可以躲,哪可以藏,敌人藏在哪,这都要靠卫星导航定位系统,如果我们一味地依赖于别人的定位系统,不自己开

全球卫星导航定位技术

全球卫星导航定位技术 摘要：卫星导航定位系统在国民经济建设中占有重要的位置，是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量，是建设国家信息体系的重要基础设施，是直接关系到国家安全、经济发展的关键性系统技术平台。以GPS为代表的卫星导航定位(GNSS)应用产业已逐步成为一个全球性的高新技术产业。国家对卫星导航定位产业的发展高度重视，“十五”计划发展纲要确定卫星导航定位为国家高技术工程的12个专项之一，国家发改委在2002年实施了卫星导航产业化专项，以北斗卫星导航试验系统和其他卫星定位导航系统的广泛应用为推动力的我国卫星导航定位产业，正进入高速发展的关键时期。本文介绍了全球卫星导航系统的现状以及分析其原理，并分析了全球卫星导航的发展应用。 关键词：卫星导航定位系统；高新技术 Abstract: the satellite navigation and positioning system in the development of national economy, holds the important position, the informationization of the national economy is the important part of the construction and promote the strength, the construction of national information system is the important infrastructure, is directly related to national security, economic development and the key system technology platform. As a representative of the with GPS satellite navigation and positioning (GNSS) application industry has gradually become a global new high technology industry. National satellite navigation and positioning of the development of the industry, more attention of the tenth five-year plan to determine the program for the development of satellite navigation and positioning for the national high technology project of one of the 12 special, the national development and reform commission in 2002, the industrialization of the satellite navigation special to beidou satellite navigation test system and other positioning satellite navigation system for the wide application of driving force of China’s satellite navigation and positioning industry, entering the critical period of development. This paper introduces the present situation of the global satellite navigation system and analyzes the principle, and analyzed the development and the application of the global satellite navigation. Keywords: satellite navigation and positioning system; High and new technology 按照定位导航的方式可分成：卫星定位导航、自主式导航、组合导航以及无源导航。 1、全球卫星导航系统介绍 世界上现有卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲

卫星导航与定位技术学科发展研究论文

卫星导航与定位技术学科发展研究论文 一、引言 卫星导航与定位技术是利用各种用户终端接收由卫星导航定位系统播发的、并沿着视 线方向传送的信号，对目标进行导航、定位和授时。将卫星导航与定位技术与传统的导航 定位技术相比较可知，卫星导航与定位技术具有高时空分辨率、全天候、连续地提供导航、定位和定时的特点。经过几十年的发展，卫星导航与定位技术取得了巨大的进步，已经成 为当今世界高技术群中对现代社会最具影响力的技术之一，并且已然渗透到国民经济的各 个领域，应用于海上舰船、陆地车辆、航空与航天飞行器的导航，以及大地测量、石油勘探、精细农业、精密时间传递、地球与大气科学研究以及移动通信等多领域。未来卫星导 航与定位技术将进入以保障地球系统环境安全、发展战略性新兴空间信息产业、探索地球 系统的新阶段。 卫星导航与定位技术是事关国民经济社会发展、国家科技进步、国家安全等方面的综 合技术领域，是国家科技实力与竞争力的重要标志之一。世界主要军事大国以及经济体都 竞相发展独立自主的全球卫星导航系统Global Navigation Satellite System，GNSS，包括：美国的GPSGlobal Positioning System、俄罗斯的GLONASS Global Navigation Satellite System，欧盟的GALILEOGalileo Navigation Satellite System以及中国的北斗卫星导航系统BDSBeiDou NavigationSatellite System。 当前，卫星导航与定位技术正在从单一的GPS时代转变为多星座并存兼容的GNSS新 时代，卫星导航体系全球化和增强多模化;从以卫星导航为应用主体转变为PNT定位、导航、授时移动通信和Internet等信息载体融合的新阶段。BDS的逐步建成为我国卫星导航与定位技术的进一步发展提供了良好契机。我国应该抓住这一机遇，大力推进卫星导航与 定位学科的进一步发展，为培养大量高精尖专业技术人才，争夺卫星导航与定位的国际市 场奠定良好基础。本文旨在调研国内外卫星导航与定位技术学科的发展现状，对国内外最 具代表性的高校和研究机构进行了对比分析，为我国卫星导航与定位技术学科的发展提出 若干建议。 二、卫星导航与定位技术学科发展 目前，国内研究卫星导航与定位技术的高校和机构主要包括：武汉大学、同济大学、 中南大学、河海大学、山东科技大学、长安大学、上海天文台、中国测绘科学研究院和中 国科学院测量与地球物理研究所等。本文以武汉大学作为国内卫星导航与定位学科的研究 代表。武汉大学卫星导航定位技术研究中心始建于1998年，以建设世界一流学科为目标，经过十余年的努力，在卫星导航及相关领域开展了广泛深入的研究，为我国自主卫星导航 系统的新技术、新方法和新应用的发展做出了巨大贡献。

汽车定位导航系统的研究分析

汽车定位导航系统的研究论文第 I 页 汽车定位导航系统的研究 摘要 汽车定位导航系统是多种技术于一体的电子设备，主要用于实时、高速地提供导航定位、地理信息等，从而改善城市交通情况、促成行车安全并提升道路通行率。 本次研究主要从以下几个方面进行，首先研究了国内外汽车定位导航系统的技术的现状。其次，从导航系统的组成入手，对其工作原理及核心功能做了详细的调研。接着，研究了当前用于实际系统的导航系统的各种设计方法与设计思路。最后，在前期工作的基础之上，提出了以嵌入式系统为基础的导航方法的设计思路，并且从硬件和软件两个方面对设计思路进行了阐述：即设计一款以ARM芯片S3C2440A为核心，以Linux操作系统为软件开发环境的汽车定位导航系统。以期达到低成本、小体积、可靠性能高等设计目的。 关键词：GPS，ARM，汽车定位导航系统，嵌入式系统

汽车定位导航系统的研究论文第 II 页Research on vehicle location and navigation system Author: Fang QiJun Tutor: Li Zijing Abstract Car navigation and positioning system is a variety of technology in the integration of electronic equipment, mainly used in real-time, high speed to provide navigation, geographic information, etc. so as to improve urban traffic conditions, contribute to driving safety and increase the rate of road traffic. This research mainly from the following aspects，first，studied the present situation of the automobile navigation and positioning system technology at home and abroad. Secondly，from the navigation system composed of the working principle and core functions made a detailed investigation.Then，studies the navigation system currently used in the actual system design methods and design ideas.Finally，on the basis of previous work，and put forward based on the embedded system of navigation methods design train of thought，and from the two aspects of hardware and software design were expounded，namely design a S3C2440A ARM chip as the core，based on Linux operating system software development environment of car navigation and positioning system.In order to achieve low cost，small volume and high reliability design purpose. Key words:Global Position System，Advanced Risc Machines，Car navigation and positioning system，Embedded system

全球卫星定位导航技术

六、全球卫星定位导航技术 （一）全球卫星定位系统的基本概念： GPS即全球定位系统（英文名：Global Positioning System），又称全球卫星定位系统，中文简称为“球位系”，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统，结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。GPS 是美国从本世纪70 年代开始研制,历时20 余年,耗资200 亿美元,于1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 目前全球定位系统是美国第二代卫星导航系统，使用者只需拥有GPS 终端机即可使用该服务，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service）和军规的精确定位服务（PPS，Precise Positioning Service）两类。由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入误差(即SA政策，Selective Availability)以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。 GPS系统并非GPS导航仪，多数人提到GPS系统首先联想到GPS导航仪，GPS导航仪只是GPS系统运用中的一部分。GPS系统是迄今最好的导航定位系统，随着它的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断的开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 发展历程 自1978年以来已经有超过50颗GPS和NAVSTAR卫星进入轨道。

惯性导航系统的发展及应用

惯性导航系统的发展及应用 绪论 惯性导航是一门重要的学科技术，它是飞机、船舶、火箭等载体能顺利完成导航和控制任务的关键性技术之一。1942年德国在V-2火箭上首次应用了惯性导航原理；1954年纯惯性导航系统在飞机上试飞成功。30余年来，惯性导航技术获得迅速发展。在我国惯性导航技术已在航空、航天、航海和陆地车辆的导航和定位中得到应用。1970年以来，我过多次发射的人造地球卫星和火箭都采用了本国研制的惯性导航系统。不仅如此，70多年以来，这门科学技术还在大地测量、海洋勘测、石油钻井、航空测量和摄影等国民经济领域里获得成功应用。 惯性导航简介 惯性导航（Inertial Navigation）是20 世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。通过惯性测量组件（IMU）测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点，且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数（位置、线速度、角速度、姿态角）。惯性导航技术，包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵，把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。 陀螺仪 陀螺仪是惯性系统的主要元件。陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。陀螺仪具有定轴性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪种类多种多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。 单自由度陀螺仪敏感角速度，二自由度陀螺仪敏感角位移。为了将角速度和角位移转换成惯性系统中可用的信号，陀螺仪需安装信号传感器。为了能控制陀螺仪按一定的规律进动，需安装力矩器。 加速度计 加速度计是惯性导航系统的核心元件之一。依靠它对比力的测量，完成惯性导航系统确定载体的位置、速度以及产生跟踪信号的任务。载体加速度的测量必须十分准确地进行，而

导航技术

深空探测的自主导航技术研究综述 学号：0910200129，姓名：李吉 摘要：导航定位是深空探测的基础，由于深空探测距离遥远，导航的精度要求非常高，其中测距、测速、测角依照传统地球卫星的导航定位方法很难完成。X 射线脉冲星作为自然的天体，其运行特性不会受到人为的破坏与干扰，具有适于自主导航的显著特征，非常适合于深空探测的导航。本文综合国内外现有的研究成果，系统阐述了基于 X 射线脉冲星自主导航的基本原理、关键技术、国内外的研究现状以及我国现有的基于 X 射线脉冲星自主导航技术研究的基础条件。从而指出，我国已经具备 X 射线脉冲星观测和理论研究的基本条件。基于 X 射线脉冲星的自主导航是实现航天器高精度自主导航的新思路和可行途径，对于深空探测具有重要的理论研究意义和实际工程应用价值。 关键词：深空探测；X 射线脉冲星；自主导航 1 .引言 二十一世纪以来，各主要航天大国纷纷将深空探测作为重点发展的航天领域之一；而我国也正在加紧自己的探测步伐[1]。导航定位是深空探测的基础，深空探测器在空间运行，地面站同它建立通信链路，为保证通信质量必须知道探测器在相应坐标系中的位置(距离和角度)和速度，使得天线主瓣方向能够对准探测器和接收信号，反之同理。由于深空探测距离遥远，需要精确的测角、测距和测速能力，为深空探测器导航定位。因为空间探测器定轨的优势是深空探测器的大致位置事先知道，不需要测定整个距离，只需对事先确定的值进行验证和改进。现在对于地球周围的卫星，无论是静止轨道还是低轨和中轨上的卫星，对其 定轨都不存在太大的困难。但是由于深空探测距离遥远，导航的精度要求非常高，其中测距、测速、测角依照传统地球卫星的导航定位方法很难完成[2]。 上世纪60-70年代，深空探测导航系统主要采用地基无线电外测技术为巡航阶段的探测器导航和测轨，甚至用在探测器交会阶段。80年代以来，采用甚长基线干涉技术，利用测距换算出角度，利用增加的基线长度减少测距误差的影响，测角精度达20-30nrad。NASA进而又开发了连接元干涉技术，两测站之间相距21km，宽带光纤连接的测站将收到的信号用光纤传到信号处理中心，实时导航精度达80nrad[3]。 NASA正在开发同波束干涉技术，它是在两个航天器非常接近的情况下，它们可以在地面天线的同一波束内观测，使得两个深空站天线对两个航天器同时观测，产生差分干涉测量，提供天平面上两个航天器非常精确的相对角位置[4]。 中国国内有学者提出利用地球静止轨道卫星编队进行深空导航，将卫星编队的轨道高度上升到静止轨道高度，在地球静止轨道上相距一定角度分布两个卫星编队。采用两个卫星编队相距59°地心夹角，构成天基连续导航系统。该卫星编队采用无源反向导航方法，多颗卫星共同接收深空探测器信号，依照信号到达各个卫星时间差确定探测器空间位置[5]。 但是，在深空探测的过程中，航天器远离地球，与地面通信困难且易受到干扰，因此具有自主导航能力非常重要。由于目前的导航卫星主要是为地面和近地空间应用设计的，难以应用于深空轨道；由于飞行时间很长，惯导系统漂移很大，需要引入独立的导航系统进行修正；一般的星敏感器也易于受到太阳的干扰。而应用脉冲星导航则有望克服以上的困难。

导航定位技术

1.2导航定位技术 1.2.1导航的定义 将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法称为导航(navigation)。导航一种广义的动态定位，所需的最基本导航参数为运载体的航向、航速和航迹。它的基本作用是引导飞机、船舰、车辆等(总的称作运载体)，还有个人，安全准确的沿着所选定的路线，准时地到达目的地。能够提供运载体运动状态，完成引导任务的设备则称为导航定位系统。导航由导航系统完成。任何导航系统中都包括有装在运载体上的导航设备。 1.2.2导航定位技术的分类 依据导航定位技术的方法不同，可分为航位推算导航、无线电导航、惯性导航、地图匹配、卫星导航和组合导航等等。 (l)航位推算导航 航位推算导航是一种常用的自主式导航定位方法，它是根据运动体的运动方向和航向距离(或速度、加速度、时间)的测量，从过去已知的位置来推算当前的位置，或预期将来的位置，从而可以得到一条运动轨迹，以此来引导航行。 航位推算导航系统的优点是低成本、自主性和隐蔽性好，且短时间内精度较高;其缺点是定位误差会随时间快速积累，不利于长时间工作，另外它得到的是车辆相对于某一起始点的相对位置。 (2)无线电导航 无线电导航15，61的依据是电磁波的恒定传播速率和路径的可测性原理。无线电导航系统是借助于运动体上的电子设备接收无线电信号，通过处理获得的信号来获得导航参量，从而确定运动体位置的一种导航系统。 无线电导航是目前广为发展与应用的导航手段，它不受时间、天气的限制，定位精度高、定位时间短，可连续地、实时地定位，并具有自动化程度高、操作简便等优点。但由于辐射或接收无线电信号的工作方式，使用易被发现，隐蔽性不好。 (3)惯性导航 惯性导航(Inertial Navigation)是以牛顿力学三定律为基础的，将惯性空间的运载体引导到目标地的过程阴。惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)是利用惯性仪表(陀螺仪和加速度计)测量运动载体在惯性空间中的角运动和线运动，根据载体运动微分方程组实时地、精确地解算出运动载体的位置、速度和姿态角。目前应用中的惯性导航系统主要分为两类:机械平台式与捷联式(Gimbaled and Strapdown Systems)。 惯性导航系统的优点是自主性和隐蔽性好，同时具有全天候、多功能，机动灵活等特点，其缺点是定位误差随时间积累，初始对准比较困难，且成本高。 (4)地图匹配 地图匹配(Map Matching, MM)是一种基于软件技术的定位修正方法，将定位轨迹同高精度电子地图道路信息相比较，通过适当的匹配过程确定出车辆最可能的行驶路段及车辆在此路段中最可能的位置。地图匹配过程可分为两个相对独立的过程:一是寻找车辆当前行驶的道路;二是将当前定位点投影到车辆行驶的道路上。估计轨道与精确地图马路的误差可以在估计轨道上的位置点使用一种恰当的正交化方法来消除，这是一种缩小估计轨道与马路或者地理导航线距离误差的最优方法。 地图匹配的优点是定位精度较高，其缺点是覆盖范围有限，自主性差。 (5)卫星导航 卫星导航是接收导航卫星发送的导航定位信号，并以导航卫星作为动态已知点，实时地测定运动载体的在航位置和速度，进而完成导航。卫星导航系统以全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)卫星导航系统和北斗卫星导航定位系统为

组合导航技术的发展趋势_曾伟一

技术开发与应用 组合导航技术的发展趋势 曾伟一1 林训超2 曾友州3 贺银平4 (1.2.3.4.成都航空职业技术学院,四川成都610100) 收稿日期:2011-01-10 作者简介:曾伟一(1956 ),男,四川省成都市人,副教授,主要研究方向为电气自动化和微机控制技术。 摘 要:本文揭示了组合导航技术的优越性,论述了组合导航的关键技术,对硅微惯性测量单元的发展和应用情况进行了介绍,指出GNSS/INS 组合中松耦合、紧耦合与深耦合方式的技术特点,展望了耦合技术未来发展方向。 关键词:组合导航 卫星导航 惯性导航 中图分类号:TN967 2 文献标识码:B 文章编号:1671-4024(2011)02-0041-04 Development Tendency of Integrated Navigation Technology ZE NG Weiyi 1,LIN Xunchao 2,ZE NG Youzhou 3,HE Yinping 4 (1.2.3.4.Chengdu Aeronautic Vocational &Technical College,Chengdu,Sichuan 610100,China) Abstract This paper analyzes the advanta ges of integrated navigation technique and the key inte grated navigation technology,presents the development and application of measuring units of silicon micro inertia,points out the techniques of loose coupling,tight coupling and deep c oupling in the combination of GNSS and INS and prospects the development tendenc y of c oupling technology. Key Words integrated navigation,GNSS,I NS 组合导航是采用两种或两种以上导航系统,形成的性能更高、安全性和可靠性更强的导航方式。可与GNSS 进行组合导航的技术有I NS 、多普勒雷达、天文导航、气压高度表、磁力计等。目前世界上应用最为广泛、性能最优、自主性最强的组合导航为卫星导航系统和惯性导航系统的组合,该组合系统主要利用卫星导航系统的长期稳定性与适中精度,来弥补I NS 的误差随时间传播或增大的缺点,同时再利用I NS 的短期高精度来弥补卫星导航接收机在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等的缺点,提高卫星导航的动态性能和抗干扰能力和卫星的重新捕获能力,从而实现完整的高精度、高可靠性、高稳 定性、高适用性、持续全天候的导航,广泛应用于海、陆、空、天各领域,包括飞机、轮船、车辆、机器人等的 导航。组合导航技术已成为目前世界上最先进的、全天候、自主式制导技术,也是导航技术最具有应用前景的发展方向[1] 。本文针对未来组合导航定位领域的关键技术的发展趋势和面临的挑战进行了论述。 一、惯性器件发展趋势与面临的挑战 惯导系统的误差源包括陀螺和加速度计的器件误差、系统初始对准误差和导航解算中采用的重力场模型误差等,器件误差为大多数系统的主要误差源 [2] 。 41 成都航空职业技术学院学报Journal of Che ngdu Aeronauti c Voc atio na l a nd Te chni cal Col lege 2011年06月第2期(总第87期)Vol.27No.2(Serial No.87)2011