慣性導航系統(INS)與全çƒè¡›æ˜Ÿå®šä½ç³»çµ±ï¼ˆGPS)
時間:2009-04-21 12:41:49來æºï¼šhesp
導語:?本文å³é‡å°å…©ç¨®å°Žèˆªç³»çµ±ç‰¹æ€§é€²è¡ŒæŽ¢è¨Žï¼Œå¹¶åˆ©ç”¨å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨æ³•則完æˆç°¡æ˜“æ¸¬é‡æ•¸æ“šé—œç³»æŽ¨å°Žï¼Œè¨è¨ˆä¸€å¥—“GPS/INS組åˆå¼å°Žèˆªç³»çµ±â€ã€‚
1 摘è¦
ç›®å‰é£›è¡Œå™¨æ‰€ä½¿ç”¨çš„å°Žèˆªç³»çµ±ï¼Œèƒ½é©æ‡‰å…¨å¤©å€™ã€å…¨çƒæ€§æ‡‰ç”¨çš„確實ä¸å¤šã€‚傳統無線電導航,如塔康(TACAN)ç‰ï¼Œåœ¨æ‡‰ç”¨ä¸Šå˜æœ‰å¾ˆå¤šçš„é™åˆ¶å’Œä¸ä¾¿ä¹‹è™•。而為改善æ¤ç¼ºé»žï¼Œä¸€å¥—ä¸éœ€è¦å…¶å®ƒå¤–來的輔助è£ç½®ï¼Œå°±å¯æä¾›æ‰€æœ‰çš„導航資料,讓飛行員åƒè€ƒçš„æ…£æ€§å°Žèˆªç³»çµ±ï¼ˆInertial Navigation System),雖已被æˆåŠŸç™¼å±•å¹¶å»£ç‚ºæ‡‰ç”¨ï¼Œä½†å…¶åœ¨ç³»çµ±ä¸Šçš„å¾®é‡ä½ç½®èª¤å·®æœƒéš¨é£›è¡Œæ™‚é–“çš„å¹³æ–¹æˆæ£æ¯”ç´¯ç©ï¼Œå› æ¤é•·æ™‚間飛行會嚴é‡å½±éŸ¿åˆ°å°Žèˆªç²¾ç¢ºåº¦ï¼Œå¦‚果沒有é©ç•¶çš„ä¿®æ£ï¼Œä½ç½®èª¤å·®åœ¨ä¸€å€‹å°æ™‚內會累ç©è¶…éŽ300米。å¦ä¸€å¥—精密的導航系統GPSï¼Œå…¶èª¤å·®é›–ä¸æœƒéš¨æ™‚間改變,但GPSå¹¶éžè¬èƒ½ï¼Œæœ‰å„ªé»žï¼Œä¹Ÿæœ‰å…ˆå¤©çš„缺陷,它在測é‡é«˜æ©Ÿå‹•目標時容易脫鎖并且會å—到外在環境åŠé›»ç£å¹²æ“¾ï¼Œå†è€…GPSçŸæ™‚間的相å°èª¤å·®é‡å¤§äºŽINS,若åªä¾é 它來åšå°Žèˆªæˆ–æŽ§åˆ¶ï¼Œæœƒé€ æˆç›¸å效果。所以在導航系統è¨è¨ˆä¸Šï¼Œå¸¸æé…慣性系統來使用,æ£å·§GPS與INS有互補的作用,å¯ç¶“éŽä¸€å¥—é‹ç®—法則,將兩者優點ä¿ç•™ï¼ŒåŽ»é™¤ç¼ºé»žï¼Œæœ¬æ–‡å³é‡å°å…©ç¨®å°Žèˆªç³»çµ±ç‰¹æ€§é€²è¡ŒæŽ¢è¨Žï¼Œå¹¶åˆ©ç”¨å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨æ³•則完æˆç°¡æ˜“æ¸¬é‡æ•¸æ“šé—œç³»æŽ¨å°Žï¼Œè¨è¨ˆä¸€å¥—“GPS/INS組åˆå¼å°Žèˆªç³»çµ±â€ã€‚
2 å‰è¨€
æ—©æœŸè‰¦èˆ¹èˆªè¡Œå¸¸åˆ©ç”¨â€œé ˜èˆªæ–¹æ³•â€ä¾†æ±ºå®šè¼‰é«”çš„ä½ç½®åŠæ–¹å‘,觀察陸地çªå‡ºç‰©ï¼Œä¾†å¼•å°Žèˆ¹èº«é§›å‘æŸè™•目標。隨著飛行器的å•ä¸–ï¼ŒåˆæœŸé£›è¡Œä¹Ÿå…¨æ†‘借著飛行員å°ç•¶æ™‚自我方å‘ã€è·é›¢ã€é«˜åº¦åŠé€Ÿåº¦çš„æ„Ÿè¦ºä¾†æŽ§åˆ¶é§•駛,執行起飛ã€è½åœ°åŠé£›æ©Ÿè½‰å ´ç‰ç‰å‹•作。這種控制載體由一個地方到å¦ä¸€å€‹åœ°æ–¹å…¶é–“æ–¹å‘與è·é›¢æŒ‡ç¤ºçš„è—術,就稱之為“導航â€ï¼ˆNavigation)。然而僅僅ä¾å¾ªè‘—人為的導航方å¼ï¼Œåœ¨å¤©æ°£è‰¯å¥½æ¢ä»¶ä¸‹æˆ–周éå˜æœ‰è¨±å¤šæ˜Žé¡¯åƒè€ƒç›®æ¨™ç‰©æ™‚,單純憑目視來判斷飛行并ä¸å›°é›£ï¼›ä½†å¦‚æžœé‡ä¸Šå¤©æ°£æ¢ä»¶ä¸ä½³ã€èƒ½è¦‹åº¦å·®ã€åƒè€ƒç›®æ¨™ä¸å˜åœ¨æ´»ä¸æ˜Žé¡¯æ™‚,就得ä¾é é£›è¡Œå“¡çš„ç¶“é©—ã€æŠ€å·§åŠé‹æ°£ä¾†é€²è¡Œæ–¹ä½åŠä½ç½®çš„åˆ¤åˆ¥ï¼Œé€™ç„¡å½¢ä¸æœƒé€ æˆé£›è¡Œå“¡çš„壓力,更會嚴é‡å½±éŸ¿åˆ°é£›è¡Œå®‰å…¨çš„諸多ä¸ç¢ºå®šå› ç´ ã€‚å› æ¤ï¼Œäººå€‘å°±ç©æ¥µé–‹ç™¼å„種導航技術,借著科技的快速發展與進æ¥ï¼Œå°Žèˆªçš„è—術也變得更多樣化且精確å¯é 。“導航科å¸â€å¯å®šç¾©ç‚ºâ€œè¨ˆç®—并決定一個載體的ä½ç½®èˆ‡é å…ˆè¨å®šçš„目的地的方å‘的一種應用â€ã€‚
較先進的無線電導航,如羅è˜ï¼ˆLoran)ã€è¶…é«˜é »å…¨å‘è£ç½®ï¼ˆVOR)ã€è·é›¢æ¸¬é‡è£ç½®ï¼ˆDME)ã€å¡”康(TACAN)åŠå¤šæ™®å‹’(Doppler)ç‰å‡ç›¸ç¹¼è¢«é–‹ç™¼å‡ºä¾†ï¼ŒæˆåŠŸæœ‰æ•ˆçš„å¹«åŠ©äº†èˆªè¡Œè€…ï¼Œæä¾›å°Žèˆªé‡è¦çš„åƒè€ƒä¾æ“šã€‚然而,無線電系統畢竟尚有很多é™åˆ¶å’Œä¸ä¾¿ä¹‹è™•,如使用è·é›¢ã€åœ°ç‰©é®è”½ç‰å‡å¯èƒ½æœƒé€ æˆåŠŸèƒ½å¤±æ•ˆã€‚å¦å¤–,無線電導航其基本架構是需è¦â€œåŸºåœ°ç«™â€ç™¼å°„定ä½ç„¡ç·šé›»ä¿¡è™Ÿï¼Œç¶“飛機上的“接收機â€å¤©ç·šæŽ¥æ”¶ã€è™•ç†åŠè¨ˆç®—æ‰èƒ½é¡¯ç¤ºå…©é»žçš„關系,ç²å¾—導航資料;åªè¦å…¶ä¸ä¸€æ–¹å¤±æ•ˆæˆ–無線電傳輸ä¸è‰¯ï¼Œå³ç„¡æ³•進行導航工作,這å°åœ¨èŒ«èŒ«çš„空ä¸é£›è¡Œæ˜¯ä¸€ä»¶éžå¸¸å±éšªçš„äº‹æƒ…ã€‚å› æ¤åˆ°ä¸Šå€‹ä¸–ç´€50年代,美國國防部èªç‚ºæœ‰å¿…è¦ç™¼å±•一套導航系統,ä¸éœ€è¦å…¶å®ƒå¤–來的輔助è£ç½®ï¼Œå°±å¯æä¾›æ‰€æœ‰çš„導航數據資料,讓飛行員åƒè€ƒã€‚就在當時,由麻çœç†å·¥å¸é™¢ï¼ˆMIT)開發出第一套飛機使用的慣性導航系統(Inertial Navigation System),æ¤ç³»çµ±å®Œå…¨è‡ªæˆ‘包容ã€ç‚ºç¨ç«‹æºã€ä¸å—外界的環境影響å³å¯æ¸¬é‡å¹¶æä¾›æ‰€æœ‰çš„導航資料,包括載體的精確ä½ç½®ã€å°åœ°é€Ÿåº¦ã€å§¿æ…‹èˆ‡èˆªå‘ç‰ï¼Œæä¾›çµ¦è‡ªå‹•導航儀åŠé£›è¡Œå„€è¡¨ï¼ˆå¦‚åœ°å¹³å„€åŠæ–¹ä½å„€ç‰ï¼‰ã€‚由于慣性導航系統的功能ã€å°ºå¯¸å¤§å°ã€é‡é‡ç‰ç‰¹æ€§é 比其它導航系統è¦å¥½ï¼Œæ‰€ä»¥è¿‘年來INSå§‹çµ‚èƒ½åœ¨å°Žèˆªé ˜åŸŸç¨å é°²é 。
然而慣性導航系統所æä¾›çš„ä½ç½®ä¿¡æ¯ï¼Œä»æœ‰å°‘é‡çš„誤差,雖然其誤差變化很慢,但ä½ç½®èª¤å·®çš„ç´¯ç©éš¨é£›è¡Œæ™‚é–“çš„å¹³æ–¹æˆæ£æ¯”ï¼›å› æ¤å°é•·æ™‚間飛行的導航精確度會有所影響;如果沒有é©ç•¶çš„ä¿®æ£ï¼Œä½ç½®èª¤å·®åœ¨ä¸€å°æ™‚之內會累ç©è¶…éŽ300米,所以INS雖然是一種ç¨ç«‹è‡ªä¸»çš„å·¥ä½œç³»çµ±ï¼Œä½†ä»æœ‰ç¼ºé»žï¼Œè€Œé€ æˆèª¤å·®çš„åŽŸå› ä¸å¤–èˆ‡åŠ é€Ÿåº¦è¨ˆåŠé™€èžºå„€çš„å“質ã€é‡åŠ›å ´è®ŠåŒ–ã€èµ·å§‹ä½ç½®ã€æ–¹ä½è¼¸å…¥å€¼åŠå®‰è£èª¤å·®ç‰å› ç´ æœ‰é—œã€‚ç•¶ç„¶ç³»çµ±æœ¬èº«çš„å“è³ªï¼Œå› åƒ¹æ ¼çš„ä¸åŒï¼Œä»æœ‰å¾ˆå¤§çš„差異。由于INS主è¦èª¤å·®æºç‚ºé™€èžºå„€çš„角速率漂移率åŠåŠ é€Ÿåº¦è¨ˆçš„åå·®ï¼Œä¸”æœƒå› æ™‚é–“çš„ç´¯ç©è€Œæ“´å¤§ï¼Œå› æ¤è‹¥èƒ½é‡‡ç”¨æŸç¨®è¨å‚™ï¼Œåœ¨ä¸€å®šæ™‚é–“å…§é©ç•¶ä¿®æ£INSæ‰€é€ æˆçš„誤差,一定å¯ä»¥å¤§å¹…度改善系統導航精確度。
到60年代,美國海è»é–‹ç™¼å‡ºä¸€å¥—TRANSITå°Žèˆªè¡›æ˜Ÿä¾›è‰¦èˆ¹åŠæ½›è‰‡å®šä½ä½¿ç”¨ï¼Œè‡³ä»Šï¼Œåœ°é¢è¨±å¤šè¼‰é«”ä»ç„¶åœ¨ä½¿ç”¨é€™ç¨®è¼ƒä¸ç²¾ç¢ºçš„導航衛星系統。70年代美國空è»é–‹å§‹ç ”究開發一種三ç¶ç©ºé–“çš„NAVSTAR(Navigation Satellite Timing and Ranging)精確衛星導航系統;1973年美國國防導航衛星部門(DNSS)è¯åˆæµ·è»çš„æ–°å¯¦é©—系統(TIMATION)與空è»çš„“Program 621Bâ€è¨ˆåŠƒæˆæžœï¼Œæ“´å¤§æˆç‚ºä¸€ç¨®æ›´è¿…é€Ÿã€æ›´ç²¾ç¢ºçš„GPS(Global Positioning System)全çƒè¡›æ˜Ÿå®šä½ç³»çµ±ã€‚一般而言,這種全çƒè¡›æ˜Ÿå®šä½ç³»çµ±æ˜¯åˆ©ç”¨è§€æ¸¬GPS衛星廣æ’訊號來計算接收者的ä½ç½®ï¼Œå®ƒçš„å®šä½æ–¹å¼æœ‰å…©ç¨®ï¼šä¸€ç¨®ç‚ºè™›æ“¬è·é›¢ï¼ˆPseudo-Range)觀測;å¦ä¸€ç¨®ç‚ºè¼‰æ³¢ç›¸ä½ï¼ˆCarrier Phase)觀測。利用載波相ä½è§€æ¸¬ä¾†å®šä½ï¼Œé›–較虛擬è·é›¢è§€æ¸¬ç²¾ç¢ºï¼Œä½†ç”±äºŽè§€æ¸¬è¼‰æ³¢ç›¸ä½æœƒé¢è‡¨å‘¨æ³¢è„«è½åŠç›¸ä½æœªå®šå€¼ç‰å•é¡Œï¼Œå› æ¤æ‡‰ç”¨åœ¨å°Žèˆªæ–¹é¢æ™‚,定ä½ä¸Šæœƒæœ‰è¼ƒå¤§çš„æŠ€è¡“障礙,å¯é 度ä¸é«˜ã€‚å› æ¤ï¼Œç›®å‰è¼‰æ³¢ç›¸ä½è§€æ¸¬ä¸»è¦æ‡‰ç”¨åœ¨è¼ƒé•·æ™‚間的定點觀測上,例如大地測é‡ã€åœ°çƒå‹•力å¸ç‰ï¼›è€Œåœ¨å³æ™‚定ä½çš„å°Žèˆªä¸Šï¼Œå‰‡æ™®éæ‡‰ç”¨è™›æ“¬è·é›¢è§€æ¸¬ã€‚
GPS的定ä½éŽç¨‹ä¸ï¼Œå…¶å»£æ’訊號å—åˆ°è¨±å¤šå› ç´ çš„å½±éŸ¿ï¼Œå¦‚å¤§æ°£å±¤æŠ˜å°„ã€è¡›æ˜Ÿè»Œé“ä½ç½®åå·®åŠæ™‚é˜èª¤å·®ç‰ç‰ï¼Œè€Œæœƒä½¿å¾—其定ä½ç²¾ç¢ºåº¦å—到影響。目å‰ä½¿ç”¨åœ¨GPS廣æ’çš„P碼(PPS:Precise Positioning Serviceï¼‰ï¼Œç”±äºŽç²¾ç¢ºåº¦è¼ƒé«˜ï¼Œå› æ¤å—åˆ°åš´æ ¼é™åˆ¶ï¼Œåªæœ‰ç¾Žåœ‹è»æ–¹åŠç‰¹æ®ŠæŽˆæ¬Šè€…æ‰èƒ½ä½¿ç”¨ã€‚C/A碼的使用則沒有é™åˆ¶ï¼ˆSPS:Standard Positioning Service),但其精確度較低,若SA(Selective Availability)也被開啟åŽï¼Œå‰‡èª¤å·®æœƒæ›´åŠ åŠ‡ï¼Œå› æ¤å°éœ€è¦è¼ƒé«˜ç²¾ç¢ºåº¦çš„峿™‚定ä½è€Œè¨€ï¼Œä¾¿éœ€è¦ä¸€å¥—使用C/A碼,但å»å¯ä»¥å¤§å¹…æé«˜ç²¾ç¢ºåº¦çš„系統。DGPS(Differential GPS)便是é‡å°æ”¹å–„GPS利用電碼定ä½çš„精確度而發展出來的系統,其工作方å¼ç‚ºé‡‡ç”¨ç›¸å°å®šä½çš„原ç†ï¼Œé¦–å…ˆè¨å®šä¸€å€‹å›ºå®šGPSåƒè€ƒç«™ï¼ˆReference Station),地ç†ä½ç½®å·²ç²¾å¯†æ ¡æº–,å†èˆ‡GPS的接收機所定出的ä½ç½®åŠ ä»¥æ¯”è¼ƒï¼Œå³å¯æ‰¾å‡ºè©²åƒè€ƒç«™çš„GPS定ä½èª¤å·®ï¼Œå†å°‡æ¤èª¤å·®å¯¦æ³å»£æ’給使用者,如æ¤ï¼ŒDGPSç²¾ç¢ºåº¦ä¾¿å¯æé«˜åæ•¸å€ï¼Œè€Œé”到米級,然而GPSçŸæ™‚é–“å…§æ¯ä¸€æ™‚刻的ä½ç½®ç²¾ç¢ºåº¦é‚„是比INS差很多。
由上å¯çŸ¥ï¼Œé›–ç„¶GPS的誤差變化é‡ä¸éš¨æ™‚間而變的特性優點,但GPSä¸é©å®œé«˜æ©Ÿå‹•ã€æ˜“é€ æˆè„«éŽ–ä¸”æœƒå—到外在環境åŠé›»ç£å¹²æ“¾ï¼Œè€ŒINS則坿¸¬é‡é«˜æ©Ÿå‹•目標的ä½ç½®ã€é€Ÿåº¦ã€åŠ é€Ÿåº¦åŠå§¿æ…‹ä¸”ä¸å—åˆ°å¤–ç•Œå¹²æ“¾ï¼Œåœ¨çŸæ™‚é–“INS的相å°èª¤å·®é‡ä¹Ÿé å°äºŽGPS的誤差é‡ï¼Œå› æ¤INSå¯ç”¨äºŽé©—è‰å¹¶ä¿®æ”¹GPS的測é‡çµæžœï¼Œæ‰€ä»¥ç¶œåˆGPS/INSçš„å°Žèˆªç³»çµ±æ˜¯ä¸€ç¨®è¼ƒä½³çš„é¸æ“‡ï¼Œå®ƒå¯ç²å–高精度與高å¯é 的導航信æ¯ï¼Œæ¤å¤–,組åˆå¼GPS/INS導航系統在濾波器é¸ç”¨æ–¹é¢ï¼ŒåŸºæœ¬æ˜¯é‡‡ç”¨å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨æ³•å‰‡ï¼Œå› ç‚ºå®ƒç°¡å–®å¯é ï¼Œå·²è¢«æ™®éæ‡‰ç”¨åœ¨GPS/INS導航系統ä¸ã€‚
[b]3 INS/GPS基本原ç†
[/b] 3.1 慣性導航系統(INS)基本原ç†
3.1.1 INS原ç†
INSä¸€èˆ¬çµæ§‹åˆ†ç‚ºç’°æž¶å¼åŠæ·è¯å¼å…©ç¨®ã€‚在環架å¼ç³»çµ±ä¸ï¼ŒåŠ é€Ÿåº¦åŠé™€èžºå„€å‡ç½®æ”¾äºŽåƒè€ƒå¹³è‡ºä¸Šï¼Œä½¿å‚³æ„Ÿå™¨èˆ‡è¼‰é«”ä¹‹é–“è½‰å‹•èƒ½å¤ ç¨ç«‹ï¼Œæ‰èƒ½åœ¨ç©©å®šå標系統ä¸ç¶æŒå…¶æ¸¬é‡åŠå°Žèˆªçš„é‹ç®—。å¯èƒ½çš„å°Žèˆªåæ¨™ç³»çµ±åŒ…å«çƒå¿ƒæ…£æ€§ç³»çµ±ï¼ˆECI-Earth Centered Inertial)ã€çƒå¿ƒå›ºå®šå標(ECEF)ã€ED(North-East-Downï¼‰åæ¨™ç³»çµ±åŠå«Wanderè§’çš„åæ¨™ç³»çµ±ç‰ã€‚ç’°æž¶å¼ç³»çµ±æ¯”è¼ƒç²¾ç¢ºï¼Œè€Œä¸”å®¹æ˜“æ ¡æ£ï¼ˆä¸éœ€åŸ·è¡Œå標轉æ›ï¼Œåˆ©ç”¨åœ°çƒé‡åŠ›å ´å¯è‡ªå‹•å°åŒ—æ ¡æ£ï¼‰ï¼Œä½†æ˜¯å…¶çµæ§‹æ¯”較大ã€é‡ã€æˆæœ¬é«˜ä¸”å¯é 性差。
至于æ·è¯å¼ç³»çµ±ï¼Œå‚³æ„Ÿå™¨æ˜¯å›ºå®šåœ¨è¼‰æ©Ÿä¸Šï¼Œå°é‹å‹•ç‰©é«”çš„åŠ é€Ÿåº¦åŠé€ŸçŽ‡æ¸¬é‡ä¸Šé‡‡ç”¨å標轉æ›ä»¥ä¾¿èƒ½åœ¨æ…£æ€§ç³»çµ±ä¸å®Œæˆå°Žèˆªé‹ç®—。æ¤ç¨®æ–¹å¼å¯é‹ç”¨äºŽé«˜æ©Ÿå‹•的情æ³ä¸‹ï¼Œå°¤å…¶æ˜¯åœ¨æ–°åž‹çš„高å“è³ªé™€èžºå„€èˆ‡åŠ é€Ÿåº¦è¨ˆå‡ºç¾åŽï¼Œæ·è¯å¼æ…£æ€§ç³»çµ±å°‡å› æˆæœ¬åŠå¯é 性的改善,而變æˆä¸»è¦çš„è£ç½®ã€‚有關æ·è¯å¼çµæ§‹å®šç¾©å¦‚下:æ·è¯å¼èˆ‡å‚³çµ±ç’°æž¶å¼æœ€å¤§ä¸åŒé»žï¼Œä¸»è¦åœ¨äºŽæ…£æ€§å°Žèˆªè¨å‚™å¦‚陀螺儀åŠåŠ é€Ÿåº¦è¨ˆç‰æ˜¯ç›´æŽ¥å®‰è£äºŽè¼‰é«”ä¸Šï¼Œè€Œä¸æ˜¯å®‰è£äºŽåƒè€ƒå¹³è‡ºä¸Šã€‚更進一æ¥ä¾†çœ‹ï¼Œè¼‰æ©Ÿä¸Šå°Žèˆªè¨ˆç®—機能在å°é™€èžºå„€çš„信號æŒçºŒè¿½è¹¤ç›¸å°äºŽé 定åƒè€ƒæ…£æ€§è»¸çš„è¼‰æ©Ÿå§¿æ…‹ã€‚çµæžœï¼Œç”±äºŽè¨ˆç®—機能æä¾›å¿…è¦çš„忍™è½‰æ›ï¼Œä½¿åŠ é€Ÿåº¦è¨ˆè¼¸å‡ºäºŽè¨ˆç®—æ©Ÿè¨ˆç®—åƒè€ƒè»¸ä¸€è‡´ï¼Œæ›è¨€ä¹‹ï¼Œè½‰æ›åœ¨è¨ˆç®—æ©Ÿå…§ä»¥åˆ†æžæ€§çš„æ–¹å¼å®Œæˆï¼Œæ‰€ä»¥åœ¨å‚³çµ±ç³»çµ±ä¸ï¼Œæ…£æ€§åƒè€ƒå¹³è‡ºå°‡å¯ä»¥ä»¥ä¸‹åˆ—二種功能來å–代,å³ï¼š
1)在陀螺儀輸出基準上建立姿態慣性軸;
2ï¼‰æŠŠåŠ é€Ÿåº¦è¨ˆè¼¸å‡ºç¶“åæ¨™è½‰æ›æˆæ…£æ€§å標變é‡ã€‚
3)由于æ·è¯å¼çµæ§‹å¯ä»¥ç›´æŽ¥æä¾›è¼‰æ©Ÿç›¸é—œä¿¡è™Ÿï¼Œæ‰€ä»¥åœ¨å‚³çµ±ç³»çµ±ä¸å¸¸ç”¨çš„一些è£ç½®ç‰å‡å¯çœç•¥ã€‚
在INS系統內,å°äºŽç³»çµ±ç²¾ç¢ºåº¦åŠç‰¹æ€§çš„評估,一般而言å‡å˜åœ¨æœ‰å¤§é‡çš„誤差æºï¼Œä¾‹å¦‚:陀螺儀åŠåŠ é€Ÿåº¦è¨ˆç›¸é—œçš„èª¤å·®ï¼ŒåŸºæœ¬ä¸ŠåŒ…å«éœæ…‹géˆæ•度åå·®åŠæ¼‚ç§»é‡ï¼Œå°ºå¯¸å› ç´ èª¤å·®ï¼ŒéŒ¯æŽ’èª¤å·®æ©Ÿéš¨æ©Ÿèª¤å·®ç‰ã€‚é¡å¤–çš„èª¤å·®å‰‡ä¾†è‡ªäºŽå°Žèˆªè§£ç®—çš„æ ¡æ£ã€èµ·å§‹åŠæŽ’åˆ—è½‰æ›ï¼Œä¸æº–度計算ç‰ã€‚在沒有補償情æ³ä¸‹ï¼Œæ‰€æœ‰INS誤差會隨時間而改變,而一些誤差(如ä½ç½®ç‰ï¼‰å‰‡æœƒéš¨æ™‚é–“å¢žåŠ è€Œç™¼æ•£ï¼Œå…¶å®ƒå‰‡æœƒå—到é™åˆ¶è€Œç”¢ç”Ÿéœ‡è•©ã€‚å› æ¤INS的精確度與傳感器å“質ã€å°Žèˆªç³»çµ±æ©Ÿæ§‹åŠè¼‰æ©Ÿå‹•æ…‹ç‰ç‰æœ‰å¾ˆå¤§çš„關系。
INS基本上å…許ç¨ç«‹è‡ªä¸»æ“作。在誤差特性上,由于大多數需è¦é«˜ç²¾ç¢ºåº¦ï¼Œæ‰€ä»¥å¯ä»¥ä½¿ç”¨å¤–åŠ è¼”åŠ©è£ç½®ä¾†é™ä½ŽINS誤差。一臺具有輔助è£ç½®çš„INS會使用來自于一些輔助è£ç½®ï¼ˆå¦‚追蹤雷é”ã€GPSã€TECOMç‰ï¼‰çš„æ•¸æ“šï¼Œå†é…åˆå°Žèˆªå¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨ï¼Œä»¥æ”¹é€²å°Žèˆªæ•¸æ“šçš„精確度。
3.2 全çƒè¡›æ˜Ÿå®šä½ç³»çµ±ï¼ˆGPS)基本原ç†
衛星環繞地çƒé‹è¡Œï¼Œä¸ç®¡å®ƒæ˜¯æ©¢åœ“形軌é“ã€åœ“å½¢è»Œé“æˆ–æ˜¯åŒæ¥è»Œé“ï¼Œå®ƒå§‹çµ‚ä»¥ä¸€å®šå‘¨æœŸï¼Œå‘¨è€Œå¾©å§‹çš„é£›é¦³ã€‚è‹¥æ²’æœ‰å¹²æ“¾å› ç´ ï¼ˆä¾‹å¦‚ï¼šæœˆäº®èˆ‡å¤ªé™½å¼•åŠ›ã€åœ°çƒé‡åŠ›ä¸å‡å‹»ã€ç©ºæ°£åˆ†å阻力ç‰ï¼‰ï¼Œé‚£ä¹ˆè¡›æ˜Ÿçš„軌é“固定ä¸è®Šï¼Œä¹Ÿå°±æ˜¯å®ƒèˆ‡åœ°çƒç¶æŒä¸€å®šçš„é—œç³»ï¼Œå› æ¤ï¼Œæˆ‘們å¯ä»¥å¾ˆæº–確的計算出,在什么時候,它在何處,什么時段通éŽå“ªäº›å€åŸŸã€‚既然它的é‹è¡Œå¾ˆç²¾ç¢ºï¼Œåœ°çƒä¸Šçš„人們就å¯ä»¥æ‹¿å®ƒåšå°Žèˆªä¾æ“šï¼Œé€šéŽç„¡ç·šé›»ï¼Œç™¼å°„它相å°äºŽåœ°çƒå標的ä½ç½®è³‡æ–™ï¼Œé£›è¡Œå™¨æŽ¥æ”¶æ©Ÿèˆ‡åœ°çƒã€è¡›æ˜Ÿæ§‹æˆä¸‰é»žé—œç³»ï¼Œå½¢æˆå°é–‰ä¸‰è§’形。其ä¸ï¼Œè¡›æ˜Ÿèˆ‡åœ°å¿ƒçš„è·é›¢ç‚ºå·²çŸ¥ï¼Œå¦‚果我們能測é‡å‡ºé£›è¡Œå™¨èˆ‡è¡›æ˜Ÿçš„ç›´ç·šè·é›¢ï¼Œå‰‡é£›è¡Œå™¨å°åœ°çƒçš„忍™é—œç³»ï¼Œå°±å¯å推算出來,ç²å¾—定ä½å°Žèˆªè³‡æ–™ï¼Œæ¤ç‚ºâ€œè¡›æ˜Ÿå°Žèˆªâ€çš„åŸºæœ¬æ¦‚å¿µï¼Œäº‹å¯¦ä¸Šï¼Œâ€œè¡›æ˜Ÿå°Žèˆªâ€æ–¹æ³•,æºè‡ªäºŽå¤è€äººå€‘以觀測天體星相決定ä½ç½®ï¼Œè‡ªç„¶æ¼”變而來。
è¡›æ˜Ÿå°Žèˆªç³»çµ±çµæ§‹ï¼šä»¥GPSç³»çµ±ç‚ºä¾‹ï¼Œæ•´å€‹ç³»çµ±çµæ§‹åˆ†ç‚ºä¸‰å¤§éƒ¨åˆ†ã€‚
1)太空部分(Space Segment)
ä¸»è¦æ˜¯è¡›æ˜Ÿæœ¬é«”åŠè¡›æ˜Ÿç¾¤ï¼Œå¤ªç©ºä¸ç¸½å…±æœ‰24顆(21顆æ£å¼é‹è¡Œï¼Œ3顆備份),分布在6個離地20200公里的軌é“上,æ¯ä¸€æ¢è»Œé“相互æˆ55度傾角,一æ¢è»Œé“上é…置四顆衛星,周期約12å°æ™‚,經æ¤å®‰æŽ’,在地çƒä¸Šä»»ä½•時間ã€åœ°é»žå‡å¯çœ‹åˆ°å››é¡†è¡›æ˜Ÿï¼Œä½œç‚ºä¸‰ç¶ç©ºé–“定ä½ä½¿ç”¨ã€‚
2ï¼‰åœ°é¢æŽ§åˆ¶éƒ¨åˆ†ï¼ˆControl Segment)
é¡§åæ€ç¾©ï¼Œé€™äº›åœ°é¢è¿½è¹¤ç«™ï¼Œæ˜¯åœ¨æŽ§åˆ¶è¡›æ˜Ÿçš„æ£å¸¸é‹è¡Œï¼Œå¿…è¦æ™‚ï¼Œå®ƒå¯æ”¹è®Šè¡›æ˜Ÿçš„資料,讓有æ„åˆ©ç”¨å®ƒä¾†å¾žäº‹éžæ³•活動的地方,產生ä¸åˆ©çš„åŽæžœã€‚控制部分,有五個監測站(Monitor Station)åŠä¸‰å€‹é›·é”通訊站,分布在全çƒè‡ªç”±åœ°å€ã€‚這些監測到的衛星資料,立å³é€åˆ°ç¾Žåœ‹ç§‘羅拉多州的SPRINGS主控制ä¸å¿ƒï¼ˆMaster control station),經高速計算機算出æ¯é¡†è¡›æ˜Ÿè»Œé“åƒæ•¸ã€ä¿®æ£æŒ‡ä»¤ç‰ï¼Œå°‡æ¤çµæžœç¶“由雷é”上連接到軌é“ä¸Šçš„è¡›æ˜Ÿä¸Šã€‚ä½¿è¡›æ˜Ÿä¿æŒç²¾ç¢ºçš„ç‹€æ…‹ï¼Œä½œç‚ºè¼‰é«”å°Žèˆªçš„ä¾æ“šã€‚
3)用戶部分
用戶的è£å‚™å¾ˆç°¡å–®ï¼ŒåŒ…æ‹¬ä¸€å€‹é »å¸¶å¤©ç·šã€è³‡æ–™è™•ç†å–®å…ƒã€é¡¯ç¤ºçµ„ä»¶åŠæŒ‰éµå–®å…ƒï¼Œåªè¦å¤©ç·šä¸è¢«å¹²æ“¾æˆ–é®è”½ï¼ŒåŒæ™‚能收到三顆以上衛星信號,就å¯é¡¯ç¤ºç¶“ç·¯åº¦åæ¨™ä½ç½®ã€‚
衛星繞地çƒé‹è¡Œï¼Œæ˜¯å…©å€‹ç‰©é«”“引力â€èˆ‡â€œé›¢å¿ƒåŠ›â€ç›¸äº’ä½œç”¨çš„é—œç³»ï¼Œå±¬äºŽç‰›é “åŠ›å¸ï¼Œæ˜¯åœ¨æ…£æ€§å標上所討論的å•題,但是,衛星繞行,地çƒä¹Ÿè‡ªå‚³ï¼ŒåŒæ™‚繞太陽公轉,大家都在é‹å‹•,è¦çŸ¥é“è¡›æ˜Ÿåœ¨åœ°çƒæ…£æ€§å標上什么ä½ç½®ï¼Œå°±è®Šå¾—很復雜。
GPSåŸºæœ¬å·¥ä½œåŽŸç†æ˜¯ä¸‰è§’æ¸¬è·æ³•,å†ç¶“由精確衛星資料得知衛星ä½ç½®æ™‚ï¼Œç”¨æˆ¶å°‡å¯æŽ¥æ”¶ä¾†è‡ªè¡›æ˜Ÿå‚³é€çš„資料信號,計算出信號傳é€çš„æ™‚é–“ï¼Œç”±äºŽä¿¡è™Ÿå‚³é€æ˜¯ä»¥å…‰é€Ÿé€²è¡Œï¼Œæ‰€ä»¥ç”¨æˆ¶å¯ä»¥è¨ˆç®—出與衛星相è·çš„è·é›¢ã€‚æ¤çœŸå¯¦æ¸¬é‡å€¼ï¼ˆä¸€èˆ¬ç”±ç¨±ä¹‹ç‚ºè™›æ“¬è·é›¢ï¼‰é€šå¸¸åŒ…å«ä¸€äº›ä¾†è‡ªç”¨æˆ¶æ™‚é˜ç›¸å°äºŽGPSåƒè€ƒæ™‚é˜çš„åå·®é‡é€ æˆçš„誤差。由于在衛星上使用原åé˜ï¼Œæ‰€ä»¥èª¤å·®ç›¸å°çš„æ¯”用戶時é˜è¦å°ã€‚å› æ¤ï¼Œåœ¨æ±ºå®šä¸‰ç¶ç©ºé–“ä½ç½®æ™‚ï¼Œå¿…é ˆåŒæ™‚考慮計算時é˜åå·®é‡ã€‚在需è¦è‡³å°‘四顆衛星的情æ³ä¸‹ï¼Œå°å°Žèˆªå•題æ‰å¯ä»¥æ‰¾åˆ°é©ç•¶çš„è§£ç”。利用ä¸åŒçš„æ–¹æ³•å¯ä»¥æ±‚出速度,最終測é‡çµæžœç¨±ä¹‹ç‚ºè·é›¢å·®ã€‚
慣性導航å¯ä»¥æ±ºå®šè¼‰é«”ä½ç½®åŠé€Ÿåº¦ç‰ç›¸å°äºŽåœ°çƒæ…£æ€§å標的值,而由載體比é‡ï¼ŒåŠä¾†è‡ªè¼‰é«”ä¸Šå„€å™¨çš„è½‰å‹•é€ŸçŽ‡æŽ¨ç®—ç‰›é “é‹å‹•方程å¼ï¼Œå³å¯æ±‚得導航解。
GPS衛星系統模å¼åŒ…å«èˆ‡æ™‚間函數åŠè¡›æ˜Ÿå»£æ’數據特性的衛星經æ·ä¿¡æ¯ã€‚由已知GPS衛星ä½ç½®åŠå…¶é–“相關的ä½ç½®è·é›¢ï¼ŒæŽ¥æ”¶æ©Ÿå°±å¯ä»¥æ±ºå®šå‡ºè‡ªå·±çš„ä½ç½®ã€é€Ÿåº¦åŠæ™‚é˜åå·®é‡ã€‚æ¸¬é‡æ•¸æ“šå½¢å¼åŒ…å«è™›æ“¬è·é›¢ã€è·é›¢å·®ã€ç›¸ä½è³‡æ–™ã€å¤šé‡å¤©ç·šç›¸ä½å·®æ•¸æ“šåŠå·®åˆ†GPS數據。為計算衛星ä½ç½®åŠé€Ÿåº¦ï¼ŒæŽ¥æ”¶æ©Ÿéœ€è¦éƒ¨åˆ†å¤§æ°£è³‡æ–™ï¼Œå†åˆ©ç”¨è»Œé“干擾模å¼è¨ˆç®—出GPS衛星的真æ£ä½ç½®åŠé€Ÿåº¦ã€‚æ¯ä¸€é¡†è¡›æ˜Ÿçš„è»Œé“æ˜¯é‡å°æ¯ä¸€æ©«å‘ã€ç¸±å‘åŠæ£äº¤èª¤å·®å€¼éš¨æ©Ÿä¿®æ£çš„。å°äºŽæ¯ä¸€èª¤å·®å€¼ï¼Œèª¤å·®å¤§å°åŠå¹²æ“¾å‘¨æœŸå‡æ˜¯éš¨æ©Ÿé¸å®šçš„。主è¦åœ°é¢ç«™ä½ä¼°æ¸¬åŠé 測的修æ£å€¼å‡åŒ…å«åœ¨å»£æ’資料ä¸ã€‚在æ¤ä¼°æ¸¬ä¸ï¼Œä»»ä½•誤差包å«åœ¨æ¤æ¨¡å¼æ™‚,å‡å¯ä½œç‚ºè¨ˆç®—釿¸¬å€¼çš„åé‡ã€‚
釿¸¬è·é›¢æœ€å¸¸ç”¨çš„æ–¹æ³•å°±æ˜¯é›»æ³¢å‚³é€æ™‚間乘以光速,然而,用時間來標定起始點,容易å—外界干擾精度差。å¦ä¸€ç¨®æ–¹å¼ï¼Œå°±æ˜¯è¨ˆç®—衛星到天線的波長數,從相ä½é—œç³»ä¾†è§£ç®—å®ƒçš„ç²¾ç¢ºåº¦ï¼Œå› ç‚ºæ³¢é•·ä¸è®Šï¼Œæ‰€ä»¥å®ƒçš„æº–確度å¯ä»¥é”到厘米級水平,這種方å¼ç¨±ç‚ºâ€œè¼‰æ³¢ç›¸ä½æ¸¬é‡â€ï¼ˆCarrier Phase Measurement)。但在接收機追蹤GPSè¡›æ˜Ÿæ™‚ï¼Œæœ‰æ™‚æœƒå› ç‚ºä¸‹åˆ—åŽŸå› è€Œè„«éŽ–ï¼Œä¸»è¦æ˜¯åœ¨äºŽä¸»è¼‰é«”或外界物體阻擋信號ã€åœ°å½¢æˆ–環境減弱信號ã€ä¾†è‡ªå¤–部傳輸部件的干擾或飛行姿態ç‰ã€‚GPS追蹤的å“è³ªèˆ‡åˆ¶é€ ã€æ¨¡å¡ŠåŒ–åŠç‰¹å®šæŽ¥æ”¶æ©Ÿå¤©ç·šç‰¹æ€§æœ‰ç›¸ç•¶çš„é—œç³»ï¼Œå› æ¤ä½œç‚ºåŸºæœ¬å‡è¨ï¼Œå››å€‹æˆ–四個以上衛星追蹤通é“,Y碼(Y-code)虛擬è·é›¢åŠè·é›¢å·®æ•¸æ“šã€å‹•æ…‹æ¸¬é‡æ™‚快速需求åŠå†éœ€æ±‚ç‰æ¢ä»¶å°±ä¸€å®šè¦å…·å‚™ã€‚
GPS接收機模å¼å¯è¨ˆç®—出主接收機åŠè¢«è¿½è¹¤è¡›æ˜Ÿä¹‹é–“的追蹤功能,如è·é›¢ã€è·é›¢è®ŠåŒ–率åŠåŠ é€Ÿåº¦ç‰ã€‚上述å„值å‡ç”±æ¯0.1ç§’ä¸€æ¬¡çš„é »çŽ‡ä¾†è¨ˆç®—å·®ç•°ä¼°æ¸¬å€¼å³å¯ã€‚ä¸è«–何時,åªè¦åŠ é€Ÿåº¦è¶…éŽå®¹å¿å€¼æ™‚,追蹤衛星就會脫鎖,當衛星載體追蹤失效時,原始需求時間就å¯ç”¨ä¾†æ±ºå®šä½•時數據會å†åº¦æœ‰æ•ˆã€‚至于在高機動的應用ä¸ï¼ŒæŽ¥æ”¶æ©Ÿéœ€è¦ä¾†è‡ªINS的輔助數值å”åŠ©ç¶æŒè¡›æ˜Ÿä¿¡è™Ÿçš„è¿½è¹¤éŽ–å®šã€‚å°Žèˆªèˆ‡ä¸‹åˆ—æœ‰ç›¸ç•¶çš„é—œç³»ï¼Œå³æŽ¥æ”¶æ©Ÿç‹€æ…‹æ¨¡å¼çš„精確度åŠåœ¨æ¯ä¸€æ¬¡æ¸¬é‡ä¿®æ£ä¸‹GPS數據是å¦èˆ‡åœ°å½¢æœ‰å¼·çƒˆé—œç³»ã€‚如果數據å–自四顆衛星時,而動態是åˆç†èŒƒåœçš„,一般å‡å¯ä»¥æ‰¾åˆ°ç²¾ç¢ºçš„ä½ç½®åŠé€Ÿåº¦ã€‚
è‹¥å–用ä¸åŒGPS天線時,利用一些相當簡單的增益形å¼ï¼Œå³å¯è¿½è¹¤åˆ°ä»»ä½•æ°´å¹³é¢ä¸Šçš„衛星。其它則使用較詳細的數å—åŒ–æ¨¡åž‹ï¼Œæ¤æ¨¡åž‹å¯ä»¥è¨ˆç®—出待測物體HV(Host Vehicle)與被追蹤的æ¯ä¸€é¡†è¡›æ˜ŸSV(Satellite Vehicle)之間的動態值,如虛擬è·é›¢ã€è·é›¢å·®åŠåŠ é€Ÿåº¦ç‰ï¼Œç”±å¤©ç·šçš„入射角å¯ä»¥è¨ˆç®—來決定天線增益,用來決定衛星是å¦è¢«è¿½è¹¤ã€‚è‡³äºŽåˆ©ç”¨å“ªä¸€é¡†è¡›æ˜Ÿä½œç‚ºè¿½è¹¤ä¹‹ç”¨æ™‚ï¼ŒåŸºæœ¬ä¸Šæ˜¯åŸºäºŽä¸€çµ„åœ°å½¢çµæ§‹æœ€å¼·ï¼Œå¯ä»¥ç”¢ç”Ÿæœ€æ£ç¢ºè§£çš„那顆。衛星é¸å®šæ–¹æ³•是先掃æï¼Œåœ¨æ±ºå®šè¿½è¹¤åŠ‡æœ¬æ‰€éœ€çš„æœ€ä½³åœ°å½¢ã€‚ç•¶ç„¶ï¼Œè¡›æ˜Ÿä¿¡è™Ÿå¿…é ˆé€²å…¥æŽ¥æ”¶æ©Ÿå¤©ç·šå½¢å¼ï¼Œä¸èƒ½é˜»æ“‹ï¼Œè€Œä¸”èƒ½æœ‰æ•ˆçš„åœ¨åœ°çƒæ°´å¹³é¢ä¸Šå…·æœ‰é©ç•¶çš„衛星信號強度。為é¿å…å—到干擾,在æŸäº›æ–¹å‘çš„è¡›æ˜Ÿå°±å¿…é ˆé¿å…使用到。
æŸäº›æ‡‰ç”¨ä¸ï¼Œåœ¨é£›è¡ŒæœŸé–“追蹤åŒä¸€é¡†è¡›æ˜Ÿæ˜¯æœ€éœ€è¦çš„。其它時候,以機動方å¼é¸ç”¨å››é¡†çš„組åˆï¼Œå°‡æœ‰åŠ©äºŽé™ä½Žé£›è¡ŒæœŸé–“脫鎖的å¯èƒ½æ€§ã€‚接收機模å¼åŒ…å«ä¸€é …鏿“‡ï¼Œå°±æ˜¯æ¨¡æ“¬åœ¨GPS信號接收時的干擾效應。任一種由ä½ç½®ã€å½¢å¼åŠæœ‰æ•ˆè¼»å°„功率定義的干擾å‡å¯ä»¥å»ºç«‹ï¼Œä¸”輸入到模å¼ä¸ï¼Œæ±ºå®šåœ¨GPS天線增益形å¼ä¸Šçš„干擾信號的入射角。å‡å®šå¹²æ“¾æºçš„æ¨¡å¼æ˜¯åœ¨GPSé »çŽ‡ä¸Šçš„ä¸»é€£çºŒæ³¢ï¼Œåœ¨L1(-163dBW)åŠL2(-166dBW)下,å‡å®šå›ºå®šçš„GPS信號強度,若能å‡å®šå¹²æ“¾æºä¿¡è™Ÿï¼Œå‰‡å¯ä»¥åˆ†æžå‡ºå¹²æ“¾æºçš„æ•´é«”æ•ˆæ‡‰ï¼Œæ¤æ¨¡å¼å¯ä»¥è¨ˆç®—出æ¯ä¸€å‚³è¼¸æŽ¥æ”¶å™¨å°å¹²æ“¾ä¿¡è™ŸåŠŸçŽ‡æ¯”å€¼ï¼ˆJ/S)。J/Sæ¯”å€¼æ˜¯å¹²æ“¾è¼»å°„åŠŸçŽ‡ã€æŽ¥æ”¶æ©Ÿèˆ‡å‚³è¼¸æ©Ÿçš„è·é›¢ã€GPSæŽ¥æ”¶é »çŽ‡åŠæŽ¥æ”¶å¤©ç·šå¢žç›Šçš„å‡½æ•¸ã€‚
GPS接收機的干擾效應應隔離,以æé«˜è¿½è¹¤æ€§èƒ½åŠæé«˜å°Žèˆªç²¾ç¢ºåº¦ã€‚ç¾è¡Œæ¨¡å¼ä¸ï¼Œä¿¡è™ŸæŽ¥æ”¶å¯ä»¥åœ¨ç°¡åŒ–的模å¼ä¸åŠ ä»¥è™•ç†ï¼šç•¶J/S值超éŽç‰¹å®šå®¹å¿å€¼æ™‚,如需求值45dB,追蹤值65dB,GPSæŽ¥æ”¶æ©Ÿå¿…é ˆæ“æœ‰å®šç¾©éœ€æ±‚與追蹤衛星的能力是ä¸å¯é¿å…的。
GPS為一新的衛星導航è¨å‚™ï¼Œåš´æ ¼ä¾†èªªï¼Œå®ƒå€‘屬于無線電導航范疇,藉由無線電測è·åŠæŽ¥æ”¶ç›¸é—œçš„è³‡æ–™ï¼Œæ±‚å‡ºé£›æ©Ÿçš„ä½ç½®èˆ‡é€Ÿåº¦ï¼Œä½œç‚ºå°Žèˆªä¹‹ç”¨ï¼›éš¨è‘—GPS技術的æˆç†Ÿï¼Œå¯é 性的æå‡ï¼ŒGPS特性é è¶…éŽç¾å˜çš„“塔康â€ç‰å„ç¨®ç„¡ç·šé›»å°Žèˆªç³»çµ±ï¼Œä¹Ÿåªæœ‰æ…£æ€§å°Žèˆªç³»çµ±ï¼ˆINS)還å¯ä»¥èˆ‡ä¹‹åª²ç¾Žã€‚GPSå°Žèˆªç³»çµ±èƒ½å¤ å°ç¶“授權的用戶æä¾›ç²¾ç¢ºçš„三ç¶ç©ºé–“ä½ç½®ã€é€Ÿåº¦åŠæ™‚間,GPS系統的使用范åœå»£æ³›ï¼Œåˆä¸å—å¤©æ°£å½±éŸ¿ï¼Œä¸”æŽ¥æ”¶æ©Ÿåƒ¹æ ¼ä½Žå»‰ã€å°ºå¯¸å°ã€é‡é‡è¼•ã€åŠŸçŽ‡éœ€æ±‚å°åˆå…·æœ‰é«˜å¯é 性,所以GPS是值得推廣應用于導航系統的。
3.3 GPS/INS組åˆåŽŸç†
GPS/INSåœ¨å–®ç¨æ‡‰ç”¨æ™‚,å‡èƒ½æä¾›æœ‰æ•ˆçš„ç²¾ç¢ºåº¦ï¼Œé€™é»žæ˜¯æˆ‘å€‘æ¯‹åº¸ç½®ç–‘çš„ã€‚ä½†å› å…¶è¨è¨ˆé‚輯的ä¸åŒï¼Œç”¢ç”Ÿåœ¨ä½¿ç”¨ä¸Šå„有ä¸åŒçš„é™åˆ¶ï¼ŒGPS的缺點是INS所沒有的,INSä¸è¶³çš„地方,GPS則å¯ä»¥å½Œè£œï¼Œå¾žæ•´é«”çœ‹ï¼Œåªæœ‰GPSå’ŒINSçµåˆåœ¨ä¸€èµ·ï¼Œæ‰èƒ½ç²å¾—åå…¨åç¾Žçš„å°Žèˆªç³»çµ±ã€‚åœ¨å–®ç¨æ‡‰ç”¨çš„æƒ…æ³ä¸‹ï¼ŒINSå¯ä»¥åœ¨çŸæ™‚間載體高機動情æ³ä¸‹æä¾›é€£çºŒçš„精確輔助數據,而GPS則是在長時間情æ³ä¸‹æä¾›é›¢æ•£ä¸”精確的輔助數據,æ›å¥è©±èªªå°±æ˜¯åœ¨çŸæ™‚é–“èˆ‡å³æ™‚的情æ³ä¸‹ï¼ŒINSæ“æœ‰æ¯”GPSæ›´å°çš„èª¤å·®ï¼Œä½†é•·æ™‚é–“ä½¿ç”¨æ™‚ï¼Œå°±å¿…é ˆé€šéŽGPSé›¢æ•£çš„æ¸¬é‡æ•¸å€¼ä¾†æä¾›ä¿®æ£ï¼Œå¹¶è—‰è‘—å°ç³»çµ±æ¼‚ç§»é‡çš„æŽŒæ¡ï¼Œå¯é”åˆ°ç‹€æ…‹åƒæ•¸å¿«é€Ÿä¼°ç®—與收斂的目的。
3.3.1 組åˆçµæ§‹ä»‹ç´¹
在組åˆç³»çµ±ä¸æ“有一套å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨ï¼Œå¯ä»¥è™•ç†è¡›æ˜ŸæŽ¨å°Žæ‰€éœ€çš„虛擬è·é›¢åŠè·é›¢å·®æ¸¬é‡å€¼ï¼Œå¹¶ç”¨ä¾†ä¼°æ¸¬è¨ˆç®—出GPS測é‡å€¼èˆ‡INS值之間的誤差余é‡å€¼ï¼Œå°‡æœ€åŽçµæžœä»¥å›žæŽˆæ–¹å¼ä¾†ä¿®æ£INS,以æä¾›ç²¾ç¢ºçš„導航數值。
3.3.2 å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨
å¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨æ˜¯ä»¥ç‹€æ…‹ç©ºé–“æŠ€è¡“ç™¼å±•çš„ä¸€ç¨®è¿”æŽ¨å¼æ¿¾æ³¢æ–¹æ³•,該法的特點是ä¸è¦æ±‚ä¿ç•™å„²å˜éŽåŽ»çš„æ¸¬é‡æ•¸æ“šï¼Œç•¶æ–°çš„æ•¸æ“𿏬得之åŽï¼Œæ ¹æ“šæ–°çš„æ•¸æ“šå’Œå‰ä¸€æ™‚åˆ»çš„ç‹€æ…‹åƒæ•¸ä¼°æ¸¬å€¼ï¼Œè—‰ç”±ç³»çµ±æœ¬èº«çš„狀態轉移方程å¼ï¼ˆå³å‹•態方程),按照一套返推公å¼ï¼Œå³å¯ç®—å‡ºæ–°çš„ç‹€æ…‹åƒæ•¸ä¼°æ¸¬å€¼ã€‚
4ã€€çµæŸèªž
慣性導航系統的基本任務是æä¾›ä¸€å¥—掌æ¡å›ºå®šå標(地çƒï¼‰èˆ‡é£›è¡Œå™¨ç›¸å°å¹¾ä½•關系的導航資料,作為精密å¯é 的導引åƒè€ƒï¼Œå¹¶ç¶“由自動駕駛儀或飛行員來執行航跡修æ£ï¼Œå°¤å…¶æ˜¯è»ç”¨é£›æ©Ÿï¼Œæ·±å…¥æ•µå€ä½œæˆ°ï¼Œç„¡ç·šé›»éœéŸ³ï¼Œæˆ‘方導航基地站無法æä¾›ä¿¡æ¯ï¼ŒINS是唯一ä¸å—影響而å¯ä¿¡è³´ä½¿ç”¨çš„è£å‚™ï¼ŒåŠ ä¸Šåˆ©ç”¨GPS測é‡è³‡æ–™ä¸€å®šæ™‚é–“çš„æä¾›ä¿®æ£ï¼Œé€éŽå¡çˆ¾æ›¼æ¿¾æ³¢å™¨æ³•則å°ç’°å¢ƒé›œæ³¢å¹²æ“¾çš„é‹ç®—處ç†ï¼Œå°‡å¯ç¶æŒå°Žèˆªè³‡æ–™ä¸€å®šçš„高精確度。從整體,組åˆGPS與INS,目的就是è¦åˆ©ç”¨å…©è€…的互補作用,ä¿ç•™å„ªé»žï¼ŒåŽ»é™¤ç¼ºé»žï¼Œç²å¾—一套åå…¨å美的導航系統。當然,這些基礎僅僅是科å¸è«–è‰é‚輯上的çµè«–。最終呈ç¾çš„çµæžœéƒ½å¿…é ˆå†é€šéŽç¡¬ä»¶è£å‚™ä¾†å¯¦è¸ï¼Œé€™å€‹å•é¡Œå°±ç‰½æ¶‰åˆ°äº†åˆ¶é€ ã€ç¶ä¿®ã€ä¿é¤Šç‰ç‰å„ç¨®äººç‚ºå› ç´ ï¼Œä¸€åˆ‡æ•¸ç†è¦å‰‡çš„實ç¾ï¼Œéƒ½å¿…é ˆå›žæ¸äºŽäººå€‘è‡ªå·±çš„å …æŒèˆ‡æé…ï¼Œæ‰€ä»¥è¼”ä»¥åš´æ ¼ã€æ£ç¢ºçš„å·¥å» ã€åœ°é¢æ¸¬è©¦ã€ç¶ä¿®èˆ‡èª¿æ•´æ ¡æ£ï¼Œåœ¨ç¢ºä¿å°Žèˆªç³»çµ±è£æ©ŸåŽï¼Œæ‰èƒ½æä¾›å‡ºæ£ç¢ºçš„å°Žèˆªè³‡æ–™ï¼Œä¾›é£›è¡Œå“¡å³æ™‚åƒè€ƒï¼Œå¹¶å‚³è¼¸çµ¦å…¶å®ƒç©ºç”¨é›»åè¨å‚™ä½œç‚ºå°Žèˆªä¿®æ£è¨ˆç®—ä½¿ç”¨ã€‚ä¸€å€‹ç³»çµ±ç²¾ç¢ºåº¦çš„æŽŒæ¡æ˜¯å„æ¬¡ç³»çµ±èˆ‡å…ƒä»¶çš„ç´¯ç©æˆæžœï¼Œæ¯ä¸€ç’°ç¯€çš„æŠŠé—œã€è½å¯¦ï¼Œæ–¹èƒ½å°‡ç³»çµ±åŠŸèƒ½é”到è¨è¨ˆç›®æ¨™ï¼Œåœ¨æˆ°è¡“ä¸Šç™¼æ®æ•ˆèƒ½ï¼Œå¯¦æ–½ç²¾ç¢ºçš„作戰打擊。
[b]5 åƒè€ƒè³‡æ–™
[/b] 一ã€é»ƒåœ‹èˆˆï¼ˆ1996):慣性導航系統原ç†èˆ‡æ‡‰ç”¨ï¼Œå…¨è¯ç§‘技圖書。
二ã€å®‹çœŸå¦ã€å®‹çœŸå ¯ã€å§œä»²é´»ã€è¢æ•事(1998):飛機通訊與導航系統,高立圖書。
三ã€åŠ‰å°‘æ¸…ã€è”¡æœ‰é¾ï¼ˆ2001):GPS/INS導航整åˆç³»çµ±ç†è«–ä¹‹ç ”ç©¶ï¼Œæ–°æ–°å£åˆŠï¼Œç¬¬äºŒåä¹å·ç¬¬ä¸€æœŸã€‚
å››ã€Gelb Arther Ed,“Applied Optimal Estimationâ€ï¼ŒMIT Press,Cambridge,Mass,1974。
五ã€Brison,A.E.Jr. and Ho,Y.C.,Applied Optimal Control-Optimization,Estimation,and Control,Hemisphere Publishing Corporation,1975。
å…ã€Stengel,R.F.,Stochastic Optimal Control-Theory and Application,Wiley-Interscience,1986。
編輯:何世平
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