導(dǎo)航技術(shù)論文
導(dǎo)航技術(shù)論文
導(dǎo)航是引導(dǎo)某一設(shè)備，從指定航線的一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)的方法。學(xué)習(xí)啦小編整理了關(guān)于導(dǎo)航的技術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!
導(dǎo)航技術(shù)論文篇一
導(dǎo)航定位技術(shù)研究
【摘 要】本文針對(duì)導(dǎo)航定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀，給出單一定位技術(shù)GPS所存在定位盲區(qū)不足問(wèn)題，給出組合導(dǎo)航定位解決的方法。
【關(guān)鍵詞】導(dǎo)航;無(wú)線定位;GPS
Navigation and Positioning Technology Research
FU Cheng-biao
(School of Department of Computer Science and Engineering， Qujing Normal College， Qujing Yunnan 655011，China)
【Abstract】Navigation and positioning technology research for the status quo， this paper given the existence of a single positioning technology GPS positioning blind shortage， and given combination of navigation and positioning solutions.
【Key words】Navigation;Wireless location;Project driven method;Global positioning system
0 引言
眾所周知，跟蹤定位運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，關(guān)鍵在于獲取到目標(biāo)的位置信息，通過(guò)目標(biāo)的位置信息構(gòu)成一定的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而確定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向。在目前的無(wú)線導(dǎo)航定位技術(shù)中，常用的GPS定位技術(shù)，但由于GPS定位技術(shù)存在盲區(qū)[1]，比如下在地方停車場(chǎng)位置、深山峽谷中、高樓大廈間等地理區(qū)域都存在嚴(yán)重的定位盲區(qū)，使得GPS衛(wèi)星信號(hào)收到嚴(yán)重的遮擋，從而無(wú)法確定目標(biāo)的位置信息，不能判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)致跟蹤任務(wù)的失敗。因此，出現(xiàn)很多新的無(wú)線導(dǎo)航定位技術(shù)，例如，GLONASS、偽衛(wèi)星定位技術(shù)、中國(guó)北斗定位技術(shù)、電視定位技術(shù)、室內(nèi)定技術(shù)、UWB定位技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)等等，這些新技術(shù)的出現(xiàn)，解決了單一定位技術(shù)所存在的難點(diǎn)問(wèn)題。
1 無(wú)線定位導(dǎo)航
所謂導(dǎo)航的概念指的是一門科學(xué)，而該科學(xué)指的是目標(biāo)用戶的位置變化情況。在平時(shí)人們的活動(dòng)當(dāng)中，幾乎每一個(gè)人都會(huì)涉及到各種各樣的導(dǎo)航形式，比如說(shuō)學(xué)生走路去學(xué)校，是依靠同學(xué)們使用他們的眼睛以及地標(biāo)等信息，但是在某些情況下人們還需要使用其它的導(dǎo)航信息，并且該信息要與地標(biāo)等信息不相同，如設(shè)置在汽車?yán)锏睦锍瘫淼妊b置，來(lái)為人們提供更為準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)信息[2]，以及到達(dá)目的地所需要的具體時(shí)間長(zhǎng)短。與此同時(shí)，市場(chǎng)上還存在一些通過(guò)發(fā)射電子信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能的較為復(fù)雜的導(dǎo)航裝置，他們被稱為無(wú)線電導(dǎo)航裝置。此時(shí)，人們可以利用這些信號(hào)，來(lái)定位出目標(biāo)用戶的位置坐標(biāo)信息。
2 GPS定位技術(shù)
全球定位系統(tǒng)(GPS)可以對(duì)全球目標(biāo)用戶提供位置、速度以及時(shí)間[2]信息等相關(guān)數(shù)據(jù)，在航空、海上以及陸地等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而它的高精度性能等優(yōu)點(diǎn)是依賴于幾何精度因子的好壞程度，如果GPS衛(wèi)星布局好，則幾何精度因子低，最終定位精度誤差小，滿足實(shí)際需要。當(dāng)采用GPS衛(wèi)星來(lái)獲取目標(biāo)的位置信息，一般至少需要4顆衛(wèi)星信號(hào)來(lái)完成，如果衛(wèi)星信號(hào)越多，定位效果越好，但是此時(shí)的計(jì)算量非常大，一般在滿足定位精度的前提下，采用盡可能少的定位衛(wèi)星來(lái)參與定位計(jì)算，減少計(jì)算的工作量。
當(dāng)用戶在空曠的區(qū)域，同一時(shí)刻可以接收到的衛(wèi)星信號(hào)在8顆左右，足夠用來(lái)完成用戶的定位，此時(shí)的衛(wèi)星信號(hào)充足，接收機(jī)可以選用幾何精度因子好的組合衛(wèi)星來(lái)參與定位解算，求解出目標(biāo)的位置信息。然而在實(shí)際使用中的難點(diǎn)在于，目標(biāo)處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)在深山峽谷中，或者運(yùn)動(dòng)到高樓聳立的樓層間時(shí)，很多衛(wèi)星信號(hào)會(huì)收到遮擋，GPS衛(wèi)星軌跡在設(shè)計(jì)時(shí)，是保證地面上同一時(shí)刻在毫無(wú)遮擋的情況下，至少可以接收到4顆衛(wèi)星信號(hào)，然而，當(dāng)被遮擋后，少于4顆衛(wèi)星信號(hào)，用戶根本無(wú)法定位，接收機(jī)接收不到足夠的衛(wèi)星，從而無(wú)法正常工作。
另外，GPS接收機(jī)系統(tǒng)在定位開(kāi)始時(shí)，需要先進(jìn)行冷定位啟動(dòng)，而這個(gè)啟動(dòng)工作一般情況下是需要花費(fèi)幾分鐘，如果說(shuō)在這個(gè)啟動(dòng)的時(shí)間段內(nèi)，正好存在著生命危險(xiǎn)的情況發(fā)生，則冷啟動(dòng)的時(shí)間就會(huì)耽擱對(duì)生命的援救。再者，加上美國(guó)國(guó)防部對(duì)GPS采用選擇可用性政策，使得在某些特殊的情況下，比如說(shuō)處于戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期或者是兩國(guó)關(guān)系非常緊張的時(shí)期，在這個(gè)階段內(nèi)，其他國(guó)家想要繼續(xù)采用GPS衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行定位目標(biāo)就會(huì)受到嚴(yán)重的干擾。最后，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，GPS的較高精度性能主要是集中在水平方向上，由于受到電離層、對(duì)流層延遲誤差等眾多因素的影響，導(dǎo)致采用它來(lái)定位目標(biāo)時(shí)，在垂直方向上精度較差，并且其誤差通常是水平方向上的2倍或者3倍左右，很難滿足一些精密應(yīng)用場(chǎng)合的要求。
3 組合導(dǎo)航定位技術(shù)
因GPS定位技術(shù)在使用過(guò)程中存在某些缺陷，目前的導(dǎo)航定位技術(shù)組合采用組合定位方式[3]，在GPS衛(wèi)星信號(hào)不足的情況下，采用其他導(dǎo)航定位方式來(lái)彌補(bǔ)它的不足，比如說(shuō)，可以采用俄羅斯GLONASS系統(tǒng)進(jìn)行組合，這些不同系統(tǒng)的導(dǎo)航定位原來(lái)大體上相似，因此在同一時(shí)刻可以觀測(cè)到的衛(wèi)星信號(hào)就增多，為解決定位盲區(qū)的難題提供了一種很好的方案，但是兩種不同導(dǎo)航衛(wèi)星的組合方式，又存在數(shù)據(jù)融合定問(wèn)題，需要進(jìn)一步考慮不同組合衛(wèi)星下的導(dǎo)航方式。同時(shí)，如果用戶運(yùn)動(dòng)到室內(nèi)，這兩種衛(wèi)星信號(hào)都接收不到時(shí)，需要采用其他的組合方式，如無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)、室內(nèi)定位技術(shù)、UWB定位技術(shù)等等。
4 結(jié)論
本文介紹了導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，闡述了GPS定位所存在的不足，通過(guò)采用組合導(dǎo)航定位技術(shù)的方法可以解決單一導(dǎo)航定位的難題。
【參考文獻(xiàn)】
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導(dǎo)航技術(shù)論文篇二
慣性導(dǎo)航技術(shù)淺析
摘要：本文介紹了慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展過(guò)程并分析了主流的光纖陀螺技術(shù)和新興發(fā)展中的磁懸浮轉(zhuǎn)子陀螺技術(shù)的原理和特點(diǎn)。并對(duì)他們的發(fā)展前景做了簡(jiǎn)要闡述。
關(guān)鍵詞：慣性導(dǎo)航技術(shù);光纖陀螺;原理;特點(diǎn);
Abstract: This paper describes the development of inertial navigation technology and analyzes the principles and characteristics of the maglev rotor gyro technology in the mainstream fiber optic gyro technology and emerging development. And do a brief description for the development of their prospects.Key words: inertial navigation technology; fiber optic gyroscope; principle; characteristics
中圖分類號(hào)：TN965.7+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1引言
慣性測(cè)量系統(tǒng)是一種導(dǎo)航定位技術(shù)，具有全天候、快速多能和機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。為大地測(cè)量、工程測(cè)量作業(yè)等提供了新的技術(shù)手段。慣性測(cè)量系統(tǒng)利用慣性導(dǎo)航的原理同時(shí)獲取多種大地測(cè)量數(shù)據(jù)，包括經(jīng)緯度、高程、方位角、重力異常和垂線偏差等。使得測(cè)量作業(yè)向自動(dòng)化和全能型逐步發(fā)展。
2、 光纖陀螺
2.1原理
光纖陀螺是基于薩格奈克效應(yīng)的新型光學(xué)陀螺，其工作原理類似于環(huán)形激光陀螺。薩格奈克效應(yīng)是一種與媒質(zhì)無(wú)關(guān)的純空間延時(shí)，從同一光源發(fā)出的光分束成兩束相同特征的光在同一閉合光路中以相反的方向傳播，最后匯聚到原來(lái)的分束點(diǎn)，但如果閉合光路所在平面相對(duì)于慣性空間存在轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，則正反兩束光所傳播的光程將不同，于是產(chǎn)生光程差，這就是薩格奈克相移。采用多匝(N匝)的光纖光路可以增強(qiáng)薩格奈克效應(yīng)，加大薩格奈克相移，并使光纖陀螺的光路尺寸大大減小。薩格奈克相移的數(shù)學(xué)表述如下式：
式中，A是光路平面的面積，是工作波長(zhǎng)，c為光速，Ω為垂直于光路所在平面的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度?？梢?jiàn)，當(dāng)波導(dǎo)幾何參數(shù)和工作波長(zhǎng)確定后，相位差的大小便只與系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的速度有關(guān)，這就是用光纖陀螺檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的工作原理。
光纖陀螺的分類按其結(jié)構(gòu)和原理可分為干涉式光纖陀螺(I-FOG)、諧振式光纖陀螺(R-FOG)、光纖型環(huán)形激光陀螺(FRLG)、布里淵光纖陀螺(B-FOG)。而I-FOG按結(jié)構(gòu)分類又可分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種，還按其相位解調(diào)方式分類等。
表征光纖陀螺的性能優(yōu)劣主要是輸入動(dòng)態(tài)范圍、精度、標(biāo)度因數(shù)、偏置漂移等參數(shù)。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用性能需求，如今己發(fā)展出以下4種主要的干涉式光纖陀螺結(jié)構(gòu)。
(l)開(kāi)環(huán)全保偏光纖陀螺：精度低、成本低，早期采用模擬電路，現(xiàn)己基本采用數(shù)字信號(hào)處理，漂移率也提高到1°/h左右。
(2)開(kāi)環(huán)單模消偏光纖陀螺：精度低、低成本，采用消偏器，采用處理電路基本和上一種相似，性能稍好于前一種。
(3)閉環(huán)全保偏光纖陀螺：精度高(可達(dá)到10-a。/h) ,高成本，采用數(shù)字電路，卞要應(yīng)用于空間技術(shù)、軍事應(yīng)用和科學(xué)研究。
(4)閉環(huán)單模光纖陀螺：成本相對(duì)前一種光纖陀螺低，精度高(可達(dá)到0. 0035 /h)，采用特殊消偏技術(shù)，數(shù)字電路，制作難度大。
2.2 特點(diǎn)
光纖陀螺與以往陀螺儀(如傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺)相比，具有無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，靈敏度高等特點(diǎn);與環(huán)形激光陀螺儀相比，它不需要光學(xué)腔的精密加工，不需要機(jī)械偏置和高壓，容易制造，易于集成，壽命更長(zhǎng);而與微機(jī)電式的陀螺儀相比，在技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性上具備優(yōu)勢(shì)。因此，作為一種旋轉(zhuǎn)角速度測(cè)量?jī)x器，光纖陀螺最大的優(yōu)點(diǎn)就是耐用和高性價(jià)比。
光纖陀螺是眾多種陀螺中唯一的沒(méi)有活動(dòng)部件，以固定狀態(tài)工作并在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)壽命正常工作(上百萬(wàn)小時(shí))的陀螺，機(jī)械式陀螺和激光陀螺不可能達(dá)到這些要求。
3、磁懸浮轉(zhuǎn)子陀螺
3.1 超導(dǎo)陀螺
在磁場(chǎng)中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。也就是說(shuō)，超導(dǎo)體具有完全抗磁性，這一現(xiàn)象被稱為Meissner(梅西納)效應(yīng)。此時(shí)，靠近超導(dǎo)體表面，磁場(chǎng)的磁力線與超導(dǎo)體表面嚴(yán)格平行。對(duì)超導(dǎo)體表面的任一點(diǎn)，磁場(chǎng)產(chǎn)生的對(duì)超導(dǎo)體的作用力將與該點(diǎn)處的超導(dǎo)體表面垂直。利用超導(dǎo)Meissner效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁懸浮。超導(dǎo)陀螺磁懸浮系統(tǒng)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、球形腔、外部磁場(chǎng)和形成磁通路的超導(dǎo)體形成了超導(dǎo)陀螺的支承系統(tǒng)。陀螺儀置于超低溫(材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下)環(huán)境中，將線圈通電，產(chǎn)生的磁場(chǎng)激起超導(dǎo)體中的電流，產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)。由于超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的完全抗磁性，該磁場(chǎng)會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生斥力，這些斥力構(gòu)成的合力，將轉(zhuǎn)子支承于其中心。處于懸浮狀態(tài)的轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生陀螺效應(yīng)。
由于超導(dǎo)性，超導(dǎo)體中的電流一經(jīng)激起，便會(huì)永不消失，因此超導(dǎo)陀螺具有能耗少的優(yōu)點(diǎn);且超導(dǎo)線圈的磁場(chǎng)比較穩(wěn)定，因此超導(dǎo)懸浮的可靠性很高;轉(zhuǎn)子懸浮，克服了摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，轉(zhuǎn)子可以達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速和更少的磨損，因此超導(dǎo)陀螺具有精度高、損耗少的優(yōu)點(diǎn)。但是，就目前來(lái)說(shuō)，存在很多問(wèn)題限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。首先由于超導(dǎo)效應(yīng)的產(chǎn)生需要超低溫，超導(dǎo)陀螺必須工作在超低溫環(huán)境中，這是超導(dǎo)陀螺面臨的最大困難。高溫超導(dǎo)材料的研究成為超導(dǎo)陀螺發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵所在。目前超導(dǎo)陀螺的應(yīng)用僅僅局限在宇航等高科技領(lǐng)域。其次加工精度要求高，超導(dǎo)陀螺對(duì)轉(zhuǎn)子和球形腔的非球性有嚴(yán)格要求，應(yīng)將其控制在0.5以內(nèi)。最后，雖然超導(dǎo)陀螺的支承系統(tǒng)有自動(dòng)定中功能，但外作用力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生無(wú)阻尼振蕩.應(yīng)使用轉(zhuǎn)子偏移控制系統(tǒng)來(lái)減輕外力的影響，并采用減少轉(zhuǎn)子問(wèn)隙、增大超導(dǎo)線圈的磁通等力一式增加其懸浮剛度。
3.2 磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺
微機(jī)械陀螺是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型陀螺。它具有體積小、重量輕、功耗低、抗過(guò)載能力和可靠性高、能適用于較為惡劣的環(huán)境條件等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于汽車安全、電子玩具運(yùn)動(dòng)設(shè)備、振動(dòng)監(jiān)控、GPS系統(tǒng)、機(jī)器人控制等民用領(lǐng)域，同時(shí)也是航空、航天等領(lǐng)域運(yùn)載器控制系統(tǒng)或慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)系統(tǒng)必不可少的重要敏感器件。日前的研究主要集中在微機(jī)械振動(dòng)陀螺，它是利用振動(dòng)質(zhì)量被基座帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的哥氏加速度來(lái)對(duì)角速度進(jìn)行測(cè)量的。由于木身固有的正交耦合誤差以及微加工技術(shù)中存在的一些困難，振動(dòng)式微陀螺的精度很低，漂移精度停留在10 ~100/h的水平，尚無(wú)法達(dá)到普通陀螺的精度。
如果將電磁懸浮技術(shù)和MEMS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，利用電磁懸浮技術(shù)使陀螺微轉(zhuǎn)子和襯底分開(kāi)，同時(shí)利用MEMS技術(shù)使陀螺微型化和平面化，可望制成一種高性能的微陀螺。同振動(dòng)式微陀螺相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)精度高?？梢垣@得很高的轉(zhuǎn)速，具有很高的精度。
(2)帶寬和靈敏度調(diào)整方便。懸浮系統(tǒng)的有效彈性常數(shù)只與施加的電磁力有關(guān)，只需調(diào)整電磁力的人小，便可能動(dòng)地調(diào)整帶寬和靈敏度
(3)可以實(shí)現(xiàn)多軸測(cè)量。懸浮的轉(zhuǎn)子具有較高的自由度，可以同時(shí)測(cè)量?jī)奢S角速度和二軸線加速度。使用兩個(gè)位置正交的陀螺儀便可構(gòu)成一個(gè)完整的慣性測(cè)量系統(tǒng)，大大降低器件的尺寸和研制成本。
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