车辆GPS／DR／GIS组合导航定位系统地研究.pdfVIP

郑平方张其善李先亮 (北京航空航天大学电子工程系北京100083) 摘要 随着GPS、DR导航定位技术的日益成热，以及GIS技术广泛应用，三者之间 的结合应用于车辆导航定位系统已成为必然。本文重点介绍了车辆GPS／DR／GIS组合导 航定位系统。 关键词组合导航系统全球定位系统 航位推算 引言 全球定位系统(GPS)是美国国防部研制的第二代卫星导航与定位系统。它能为全球的用 户提供全天候、连续、实时的高精度位置、速度和时间信息，因此在军事、民事方面都具 有重要的意义和应用价值。目前， GPS定位技术除了广泛应用于飞机和水面船只的导航定 位外，在陆地车辆导航定位系统中也获得了越来越广泛的应用。车辆导航定位系统是在进 入九十年代以后得到迅猛发展的一项技术。近年来，随着城市中车辆数量的日益增多，如 何在城市里有效地指挥和管理公共服务车辆和一些特种车辆已成为交通运输部门和城市规 划部门面临的一个重要问题。于是车辆导航定位系统更加受到人们的关注。车辆导航定位 系统有自主式、非自主式、和组合式三种。自主式车辆导航定位系统是利用了航空导航的 惯导原理，使用陀螺、里程仪等传感器测量车辆的位移和航向信息，由此解算出车辆的位 置。DR(航位推算)是自主式导航定位系统中的典型代表。非自主式车辆导航定位系统主 要以GPS或差分GPS作为定位手段。组合式车辆导航定位系统则是前两者的结台。由于陀 螺、里程仪等测量元件的测量误差具有随时间积累发散的特点，所以人们主要对非自主式 和组合式的车辆导航定位系统进行研究。 GIS(地理信息系统)是六十年代中期发展起来的，集空间科学、信息科学、计算机科 学、管理科学于一体的空间信息系统。应用6IS的数据库和工具，实现电子地图系统，可 以节省软件开发的人力、财力，缩短建立系统的周期，提高系统的技术水平。 航迹推算系统的基本原理 航迹推算是车辆导航定位中所采用的一种比较经典的算法。由于车辆的运动可以看作 是在二维平面上的运动，因此如果已知车辆的起始点‰，H。(e为局部平面坐标系中的东向位 置坐标，月为局部平面坐标系中的北向位置坐标)和初始航向角e。，通过实时测量车辆的行 驶距离和航向角的变化，就可以实时推算车辆的位置。航迹推算的原理如图1所示。具体 算法如下： el=eo+soCOS岛 cosOo 啊。nO+50 e2=el+SICOS％=eO+JoCOS6b+slCOS劬 船2=珂l+qsin01=玎o+sosin％十slsm钸 一79— 以此推算下去，则有 k-1 k-1 e女=80+Zs，cosOj7／女=no+Es，sin谚 i=0 i=0 由上式可以看出： 1)航迹推算系统工作需要实时得到前后时间距离的变化量S和e：2) 航迹推算系统工作需要通过其它手段得到初始时刻的位置e。，H。和航向角e。：3)航迹推算 是一个累加的过程，因为不同时刻的测量误差和计算误差都会累积起来，所以随着时间的 推移，航迹推算系统的误差是一个发散的过程。 图2推航系统基本原理斟 航迹推算系统的基本组成 由前面可知，航迹推算系统基本由测量航向角的传感器和测量距离的传感器构成。测 量航向角的传感器主要有磁罗盘、差动里程仪和角速率陀螺，测量距离的传感器主要有加 速度计、里程仪和多普勒雷达。主要从成本，应用环境，现实条件等方面考虑．一般采用 角速率陀螺和里程仪组成了航迹推算系统。 陀螺输出航向角的角速率信息，将陀螺输出的角速率信息积分可以得到载体的相对转 角。对于陀螺影响较大的误差主要为陀螺的常值误差和陀螺的漂移误差。常值误差的产生 主要是由于陀螺在静止的情况下存在着输出的常值偏移(零偏)，因此在实际工作中，应该 将陀螺的常值误差补偿掉。但是在实际情况下，存在陀螺的零偏补偿得不准确，以及陀螺 的零偏随着外界的环境而改变的情况。因此当陀螺的零偏补偿得不好时，经过多次积分， 陀螺的转角误差是一个累积的过程，这表明单独长时间地使用陀螺是有较大误差的。但是 由于在短时