组合定位导航技术研究

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1、组合定位导航技术研究摘要：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

2、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

3、合导航系统。2.GPS定位技术全球定位系统(GlobalPositioningSystem-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

4、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：图1GPS的空间卫星星座（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

5、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2GPS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

6、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。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

7、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（InertialNavigationSystem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

8、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