導航技術論文
導航技術論文
導航是引導某一設備，從指定航線的一點運動到另一點的方法。學習啦小編整理了關于導航的技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
導航技術論文篇一
導航定位技術研究
【摘 要】本文針對導航定位技術的研究現(xiàn)狀，給出單一定位技術GPS所存在定位盲區(qū)不足問題，給出組合導航定位解決的方法。
【關鍵詞】導航;無線定位;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，跟蹤定位運動的目標，關鍵在于獲取到目標的位置信息，通過目標的位置信息構成一定的運動軌跡，從而確定目標的運動方向。在目前的無線導航定位技術中，常用的GPS定位技術，但由于GPS定位技術存在盲區(qū)[1]，比如下在地方停車場位置、深山峽谷中、高樓大廈間等地理區(qū)域都存在嚴重的定位盲區(qū)，使得GPS衛(wèi)星信號收到嚴重的遮擋，從而無法確定目標的位置信息，不能判斷目標的運動方向，導致跟蹤任務的失敗。因此，出現(xiàn)很多新的無線導航定位技術，例如，GLONASS、偽衛(wèi)星定位技術、中國北斗定位技術、電視定位技術、室內(nèi)定技術、UWB定位技術、無線傳感網(wǎng)絡定位技術等等，這些新技術的出現(xiàn)，解決了單一定位技術所存在的難點問題。
1 無線定位導航
所謂導航的概念指的是一門科學，而該科學指的是目標用戶的位置變化情況。在平時人們的活動當中，幾乎每一個人都會涉及到各種各樣的導航形式，比如說學生走路去學校，是依靠同學們使用他們的眼睛以及地標等信息，但是在某些情況下人們還需要使用其它的導航信息，并且該信息要與地標等信息不相同，如設置在汽車里的里程表等裝置，來為人們提供更為準確的位置坐標信息[2]，以及到達目的地所需要的具體時間長短。與此同時，市場上還存在一些通過發(fā)射電子信號來實現(xiàn)定位功能的較為復雜的導航裝置，他們被稱為無線電導航裝置。此時，人們可以利用這些信號，來定位出目標用戶的位置坐標信息。
2 GPS定位技術
全球定位系統(tǒng)(GPS)可以對全球目標用戶提供位置、速度以及時間[2]信息等相關數(shù)據(jù)，在航空、海上以及陸地等諸多領域都得到了廣泛的應用。然而它的高精度性能等優(yōu)點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，滿足實際需要。當采用GPS衛(wèi)星來獲取目標的位置信息，一般至少需要4顆衛(wèi)星信號來完成，如果衛(wèi)星信號越多，定位效果越好，但是此時的計算量非常大，一般在滿足定位精度的前提下，采用盡可能少的定位衛(wèi)星來參與定位計算，減少計算的工作量。
當用戶在空曠的區(qū)域，同一時刻可以接收到的衛(wèi)星信號在8顆左右，足夠用來完成用戶的定位，此時的衛(wèi)星信號充足，接收機可以選用幾何精度因子好的組合衛(wèi)星來參與定位解算，求解出目標的位置信息。然而在實際使用中的難點在于，目標處于運動的狀態(tài)，當它運動在深山峽谷中，或者運動到高樓聳立的樓層間時，很多衛(wèi)星信號會收到遮擋，GPS衛(wèi)星軌跡在設計時，是保證地面上同一時刻在毫無遮擋的情況下，至少可以接收到4顆衛(wèi)星信號，然而，當被遮擋后，少于4顆衛(wèi)星信號，用戶根本無法定位，接收機接收不到足夠的衛(wèi)星，從而無法正常工作。
另外，GPS接收機系統(tǒng)在定位開始時，需要先進行冷定位啟動，而這個啟動工作一般情況下是需要花費幾分鐘，如果說在這個啟動的時間段內(nèi)，正好存在著生命危險的情況發(fā)生，則冷啟動的時間就會耽擱對生命的援救。再者，加上美國國防部對GPS采用選擇可用性政策，使得在某些特殊的情況下，比如說處于戰(zhàn)爭時期或者是兩國關系非常緊張的時期，在這個階段內(nèi)，其他國家想要繼續(xù)采用GPS衛(wèi)星來進行定位目標就會受到嚴重的干擾。最后，通過研究發(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、對流層延遲誤差等眾多因素的影響，導致采用它來定位目標時，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用場合的要求。
3 組合導航定位技術
因GPS定位技術在使用過程中存在某些缺陷，目前的導航定位技術組合采用組合定位方式[3]，在GPS衛(wèi)星信號不足的情況下，采用其他導航定位方式來彌補它的不足，比如說，可以采用俄羅斯GLONASS系統(tǒng)進行組合，這些不同系統(tǒng)的導航定位原來大體上相似，因此在同一時刻可以觀測到的衛(wèi)星信號就增多，為解決定位盲區(qū)的難題提供了一種很好的方案，但是兩種不同導航衛(wèi)星的組合方式，又存在數(shù)據(jù)融合定問題，需要進一步考慮不同組合衛(wèi)星下的導航方式。同時，如果用戶運動到室內(nèi)，這兩種衛(wèi)星信號都接收不到時，需要采用其他的組合方式，如無線傳感網(wǎng)絡定位技術、室內(nèi)定位技術、UWB定位技術等等。
4 結論
本文介紹了導航定位技術的發(fā)展狀況，闡述了GPS定位所存在的不足，通過采用組合導航定位技術的方法可以解決單一導航定位的難題。
【參考文獻】
[1]譚述森.衛(wèi)星導航定位工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007，3：1-15.
[2]賈廣泛.衛(wèi)星基導航定位接收機信息處理的方法[D].中國科學院研究生院，2008，6：21-26.
[3]陳浩，范勝利，劉建業(yè).GPS/Galileo組合導航定位系統(tǒng)中的選星算法[J].彈箭與制導學報，2009，29(4)：13-15.
導航技術論文篇二
慣性導航技術淺析
摘要：本文介紹了慣性導航技術的發(fā)展過程并分析了主流的光纖陀螺技術和新興發(fā)展中的磁懸浮轉子陀螺技術的原理和特點。并對他們的發(fā)展前景做了簡要闡述。
關鍵詞：慣性導航技術;光纖陀螺;原理;特點;
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：TN965.7+2文獻標識碼：A文章編號：
1引言
慣性測量系統(tǒng)是一種導航定位技術，具有全天候、快速多能和機動靈活等優(yōu)點。為大地測量、工程測量作業(yè)等提供了新的技術手段。慣性測量系統(tǒng)利用慣性導航的原理同時獲取多種大地測量數(shù)據(jù)，包括經(jīng)緯度、高程、方位角、重力異常和垂線偏差等。使得測量作業(yè)向自動化和全能型逐步發(fā)展。
2、 光纖陀螺
2.1原理
光纖陀螺是基于薩格奈克效應的新型光學陀螺，其工作原理類似于環(huán)形激光陀螺。薩格奈克效應是一種與媒質無關的純空間延時，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，最后匯聚到原來的分束點，但如果閉合光路所在平面相對于慣性空間存在轉動動作，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薩格奈克效應，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)學表述如下式：
式中，A是光路平面的面積，是工作波長，c為光速，Ω為垂直于光路所在平面的轉動角速度?？梢?，當波導幾何參數(shù)和工作波長確定后，相位差的大小便只與系統(tǒng)旋轉的速度有關，這就是用光纖陀螺檢測轉動角速度的工作原理。
光纖陀螺的分類按其結構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按結構分類又可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種，還按其相位解調方式分類等。
表征光纖陀螺的性能優(yōu)劣主要是輸入動態(tài)范圍、精度、標度因數(shù)、偏置漂移等參數(shù)。根據(jù)不同的實際應用性能需求，如今己發(fā)展出以下4種主要的干涉式光纖陀螺結構。
(l)開環(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)字信號處理，漂移率也提高到1°/h左右。
(2)開環(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(可達到10-a。/h) ,高成本，采用數(shù)字電路，卞要應用于空間技術、軍事應用和科學研究。
(4)閉環(huán)單模光纖陀螺：成本相對前一種光纖陀螺低，精度高(可達到0. 0035 /h)，采用特殊消偏技術，數(shù)字電路，制作難度大。
2.2 特點
光纖陀螺與以往陀螺儀(如傳統(tǒng)的機械陀螺)相比，具有無機械轉動部件，靈敏度高等特點;與環(huán)形激光陀螺儀相比，它不需要光學腔的精密加工，不需要機械偏置和高壓，容易制造，易于集成，壽命更長;而與微機電式的陀螺儀相比，在技術指標和環(huán)境適應性上具備優(yōu)勢。因此，作為一種旋轉角速度測量儀器，光纖陀螺最大的優(yōu)點就是耐用和高性價比。
光纖陀螺是眾多種陀螺中唯一的沒有活動部件，以固定狀態(tài)工作并在惡劣的環(huán)境中長壽命正常工作(上百萬小時)的陀螺，機械式陀螺和激光陀螺不可能達到這些要求。
3、磁懸浮轉子陀螺
3.1 超導陀螺
在磁場中一個超導體只要處于超導態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強度與外磁場完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應強度為零。也就是說，超導體具有完全抗磁性，這一現(xiàn)象被稱為Meissner(梅西納)效應。此時，靠近超導體表面，磁場的磁力線與超導體表面嚴格平行。對超導體表面的任一點，磁場產(chǎn)生的對超導體的作用力將與該點處的超導體表面垂直。利用超導Meissner效應可以實現(xiàn)超導磁懸浮。超導陀螺磁懸浮系統(tǒng)，超導轉子、球形腔、外部磁場和形成磁通路的超導體形成了超導陀螺的支承系統(tǒng)。陀螺儀置于超低溫(材料的超導轉變溫度以下)環(huán)境中，將線圈通電，產(chǎn)生的磁場激起超導體中的電流，產(chǎn)生強大磁場。由于超導轉子的完全抗磁性，該磁場會對轉子產(chǎn)生斥力，這些斥力構成的合力，將轉子支承于其中心。處于懸浮狀態(tài)的轉子在殼體內(nèi)高速旋轉，產(chǎn)生陀螺效應。
由于超導性，超導體中的電流一經(jīng)激起，便會永不消失，因此超導陀螺具有能耗少的優(yōu)點;且超導線圈的磁場比較穩(wěn)定，因此超導懸浮的可靠性很高;轉子懸浮，克服了摩擦力對轉子轉動的影響，轉子可以達到更高的轉速和更少的磨損，因此超導陀螺具有精度高、損耗少的優(yōu)點。但是，就目前來說，存在很多問題限制了它的發(fā)展和應用。首先由于超導效應的產(chǎn)生需要超低溫，超導陀螺必須工作在超低溫環(huán)境中，這是超導陀螺面臨的最大困難。高溫超導材料的研究成為超導陀螺發(fā)展和應用的關鍵所在。目前超導陀螺的應用僅僅局限在宇航等高科技領域。其次加工精度要求高，超導陀螺對轉子和球形腔的非球性有嚴格要求，應將其控制在0.5以內(nèi)。最后，雖然超導陀螺的支承系統(tǒng)有自動定中功能，但外作用力會使轉子產(chǎn)生無阻尼振蕩.應使用轉子偏移控制系統(tǒng)來減輕外力的影響，并采用減少轉子問隙、增大超導線圈的磁通等力一式增加其懸浮剛度。
3.2 磁懸浮轉子微陀螺
微機械陀螺是隨著MEMS技術的發(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，可廣泛應用于汽車安全、電子玩具運動設備、振動監(jiān)控、GPS系統(tǒng)、機器人控制等民用領域，同時也是航空、航天等領域運載器控制系統(tǒng)或慣性導航、制導系統(tǒng)必不可少的重要敏感器件。日前的研究主要集中在微機械振動陀螺，它是利用振動質量被基座帶動旋轉時產(chǎn)生的哥氏加速度來對角速度進行測量的。由于木身固有的正交耦合誤差以及微加工技術中存在的一些困難，振動式微陀螺的精度很低，漂移精度停留在10 ~100/h的水平，尚無法達到普通陀螺的精度。
如果將電磁懸浮技術和MEMS技術結合起來，利用電磁懸浮技術使陀螺微轉子和襯底分開，同時利用MEMS技術使陀螺微型化和平面化，可望制成一種高性能的微陀螺。同振動式微陀螺相比具有以下優(yōu)點：
(1)精度高?？梢垣@得很高的轉速，具有很高的精度。
(2)帶寬和靈敏度調整方便。懸浮系統(tǒng)的有效彈性常數(shù)只與施加的電磁力有關，只需調整電磁力的人小，便可能動地調整帶寬和靈敏度
(3)可以實現(xiàn)多軸測量。懸浮的轉子具有較高的自由度，可以同時測量兩軸角速度和二軸線加速度。使用兩個位置正交的陀螺儀便可構成一個完整的慣性測量系統(tǒng)，大大降低器件的尺寸和研制成本。
6參考文獻
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[2]李新剛，袁建平.微機械陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀[ J ].力學進展，2003，33 (3)：289～300.
[3]陳樹林.數(shù)字化測圖的應用與發(fā)展[ J ].西部探礦工程，2009，B03：1～4.
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