導航技術論文

　　導航是引導某一裝置，從指定航線的一點運動到另一點的方法。小編整理了關於導航的技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　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狀，給出單一定位技術GPS所存在定位盲區不足問題，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，關鍵在於獲取到目標的位置資訊，通過目標的位置資訊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，但由於GPS定位技術存在盲區[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域都存在嚴重的定位盲區，使得GPS衛星訊號收到嚴重的遮擋，從而無法確定目標的位置資訊，不能判斷目標的運動方向，導致跟蹤任務的失敗。因此，出現很多新的無線導航定位技術，例如，GLONASS、偽衛星定位技術、中國北斗定位技術、電視定位技術、室內定技術、UWB定位技術、無線感測網路定位技術等等，這些新技術的出現，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使用者的位置變化情況。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資訊，但是在某些情況下人們還需要使用其它的導航資訊，並且該資訊要與地標等資訊不相同，如設定在汽車裡的里程錶等裝置，來為人們提供更為準確的位置座標資訊[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射電子訊號來實現定位功能的較為複雜的導航裝置，他們被稱為無線電導航裝置。此時，人們可以利用這些訊號，來定位出目標使用者的位置座標資訊。

　　2 GPS定位技術

　　全球定位系統***GPS***可以對全球目標使用者提供位置、速度以及時間[2]資訊等相關資料，在航空、海上以及陸地等諸多領域都得到了廣泛的應用。然而它的高精度效能等優點是依賴於幾何精度因子的好壞程度，如果GPS衛星佈局好，則幾何精度因子低，最終定位精度誤差小，滿足實際需要。當採用GPS衛星來獲取目標的位置資訊，一般至少需要4顆衛星訊號來完成，如果衛星訊號越多，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，採用儘可能少的定位衛星來參與定位計算，減少計算的工作量。

　　當用戶在空曠的區域，同一時刻可以接收到的衛星訊號在8顆左右，足夠用來完成使用者的定位，此時的衛星訊號充足，接收機可以選用幾何精度因子好的組合衛星來參與定位解算，求解出目標的位置資訊。然而在實際使用中的難點在於，目標處於運動的狀態，當它運動在深山峽谷中，或者運動到高樓聳立的樓層間時，很多衛星訊號會收到遮擋，GPS衛星軌跡在設計時，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顆衛星訊號，然而，當被遮擋後，少於4顆衛星訊號，使用者根本無法定位，接收機接收不到足夠的衛星，從而無法正常工作。

　　另外，GPS接收機系統在定位開始時，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，正好存在著生命危險的情況發生，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採用選擇可用性政策，使得在某些特殊的情況下，比如說處於戰爭時期或者是兩國關係非常緊張的時期，在這個階段內，其他國家想要繼續採用GPS衛星來進行定位目標就會受到嚴重的干擾。最後，通過研究發現，GPS的較高精度效能主要是集中在水平方向上，由於受到電離層、對流層延遲誤差等眾多因素的影響，導致採用它來定位目標時，在垂直方向上精度較差，並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採用組合定位方式[3]，在GPS衛星訊號不足的情況下，採用其他導航定位方式來彌補它的不足，比如說，可以採用俄羅斯GLONASS系統進行組合，這些不同系統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星訊號就增多，為解決定位盲區的難題提供了一種很好的方案，但是兩種不同導航衛星的組合方式，又存在資料融合定問題，需要進一步考慮不同組合衛星下的導航方式。同時，如果使用者運動到室內，這兩種衛星訊號都接收不到時，需要採用其他的組合方式，如無線感測網路定位技術、室內定位技術、UWB定位技術等等。

　　4 結論

　　本文介紹了導航定位技術的發展狀況，闡述了GPS定位所存在的不足，通過採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.衛星導航定位工程[M].北京：國防工業出版社，2007，3：1-15.

　　[2]賈廣泛.衛星基導航定位接收機資訊處理的方法[D].中國科學院研究生院，2008，6：21-26.

　　[3]陳浩，範勝利，劉建業.GPS/Galileo組合導航定位系統中的選星演算法[J].彈箭與制導學報，2009，29***4***：13-15.

　　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展過程並分析了主流的光纖陀螺技術和新興發展中的磁懸浮轉子陀螺技術的原理和特點。並對他們的發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點。為大地測量、工程測量作業等提供了新的技術手段。慣性測量系統利用慣性導航的原理同時獲取多種大地測量資料，包括經緯度、高程、方位角、重力異常和垂線偏差等。使得測量作業向自動化和全能型逐步發展。

　　2、 光纖陀螺

　　2.1原理

　　光纖陀螺是基於薩格奈克效應的新型光學陀螺，其工作原理類似於環形鐳射陀螺。薩格奈克效應是一種與媒質無關的純空間延時，從同一光源發出的光分束成兩束相同特徵的光在同一閉合光路中以相反的方向傳播，最後匯聚到原來的分束點，但如果閉合光路所在平面相對於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，於是產生光程差，這就是薩格奈克相移。採用多匝***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，並使光纖陀螺的光路尺寸大大減小。薩格奈克相移的數學表述如下式：

　　式中，A是光路平面的面積，是工作波長，c為光速，Ω為垂直於光路所在平面的轉動角速度。可見，當波導幾何引數和工作波長確定後，相位差的大小便只與系統旋轉的速度有關，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***、光纖型環形鐳射陀螺***FRLG***、布里淵光纖陀螺***B-FOG***。而I-FOG按結構分類又可分為開環和閉環兩種，還按其相位解調方式分類等。

　　表徵光纖陀螺的效能優劣主要是輸入動態範圍、精度、標度因數、偏置漂移等引數。根據不同的實際應用效能需求，如今己發展出以下4種主要的干涉式光纖陀螺結構。

　　***l***開環全保偏光纖陀螺：精度低、成本低，早期採用類比電路，現己基本採用數字訊號處理，漂移率也提高到1°/h左右。

　　***2***開環單模消偏光纖陀螺：精度低、低成本，採用消偏器，採用處理電路基本和上一種相似，效能稍好於前一種。

　　***3***閉環全保偏光纖陀螺：精度高***可達到10-a。/h*** ,高成本，採用數位電路，卞要應用於空間技術、軍事應用和科學研究。

　　***4***閉環單模光纖陀螺：成本相對前一種光纖陀螺低，精度高***可達到0. 0035 /h***，採用特殊消偏技術，數位電路，製作難度大。

　　2.2 特點

　　光纖陀螺與以往陀螺儀***如傳統的機械陀螺***相比，具有無機械轉動部件，靈敏度高等特點;與環形鐳射陀螺儀相比，它不需要光學腔的精密加工，不需要機械偏置和高壓，容易製造，易於整合，壽命更長;而與微機電式的陀螺儀相比，在技術指標和環境適應性上具備優勢。因此，作為一種旋轉角速度測量儀器，光纖陀螺最大的優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，以固定狀態工作並在惡劣的環境中長壽命正常工作***上百萬小時***的陀螺，機械式陀螺和鐳射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於超導態，則它內部產生的磁化強度與外磁場完全抵消，從而內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效應可以實現超導磁懸浮。超導陀螺磁懸浮系統，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。陀螺儀置於超低溫***材料的超導轉變溫度以下***環境中，將線圈通電，產生的磁場激起超導體中的電流，產生強大磁場。由於超導轉子的完全抗磁性，該磁場會對轉子產生斥力，這些斥力構成的合力，將轉子支承於其中心。處於懸浮狀態的轉子在殼體內高速旋轉，產生陀螺效應。

　　由於超導性，超導體中的電流一經激起，便會永不消失，因此超導陀螺具有能耗少的優點;且超導線圈的磁場比較穩定，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、損耗少的優點。但是，就目前來說，存在很多問題限制了它的發展和應用。首先由於超導效應的產生需要超低溫，超導陀螺必須工作在超低溫環境中，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展和應用的關鍵所在。目前超導陀螺的應用僅僅侷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。最後，雖然超導陀螺的支承系統有自動定中功能，但外作用力會使轉子產生無阻尼振盪.應使用轉子偏移控制系統來減輕外力的影響，並採用減少轉子問隙、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技術的發展而產生的一種新型陀螺。它具有體積小、重量輕、功耗低、抗過載能力和可靠性高、能適用於較為惡劣的環境條件等優點，可廣泛應用於汽車安全、電子玩具運動裝置、振動監控、GPS系統、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或慣性導航、制導系統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生的哥氏加速度來對角速度進行測量的。由於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，可望製成一種高效能的微陀螺。同振動式微陀螺相比具有以下優點：

　　***1***精度高。可以獲得很高的轉速，具有很高的精度。

　　***2***頻寬和靈敏度調整方便。懸浮系統的有效彈性常數只與施加的電磁力有關，只需調整電磁力的人小，便可能動地調整頻寬和靈敏度

　　***3***可以實現多軸測量。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，大大降低器件的尺寸和研製成本。

　　6參考文獻

　　[1]周世勤.新型慣性技術的發展[ J ].飛航導彈，2002，22 ***3***：94～101.

　　[2]李新剛，袁建平.微機械陀螺的發展現狀[ J ].力學進展，2003，33 ***3***：289～300.

　　[3]陳樹林.數字化測圖的應用與發展[ J ].西部探礦工程，2009，B03：1～4.