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MIMU_GPS组合导航系统研究

MIMU_GPS组合导航系统研究
MIMU_GPS组合导航系统研究

第11卷第3期中国惯性技术学报 2003年6月文章编号:1005-6734(2003)03-0012-04

基于DSP的MIMU/GPS组合导航系统研究 

黄丽斌,周百令,单茂华

(东南大学,南京 210096) 

摘要:介绍了一种以DSP为核心的MIMU/GPS组合导航系统设计,它具有体积小、成本低等优点。针对系统噪声难于准确统计的情况,系统采用了一种适用于系统噪声协方差阵未知情况下的自适应卡尔曼滤波算法,用它作为组合算法,并对组合导航系统进行了数字仿真。结果表明:该自适应滤波算法可以有效地抑制滤波发散,增强了系统对环境的适应性。

关键词:组合导航系统;MIMU/GPS;数字信号处理器;自适应卡尔曼滤波

中图分类号:U666.11 文献标识码:A

MIMU/GPS Integrated Navigation System Based on DSP

HUANG Li-bin, ZHOU Bai-ling, SHAN Mao-hua

(Southeast University, Nanjing 210096, China)

Abstract: This paper introduces the design of MIMU/GPS integrated navigation system based on digital signal processor (DSP). The system has advantages of small volume and low cost. Because of the difficulty of presenting the system noise accurately, an adaptive Kalman filtering algorithm with unknown system noise covariance matrix is adopted in the integrated navigation system and the computer simulation is made as well. The result shows that this algorithm can restrain the divergence effectively and has enhanced adaptive ability.

Key words: integrated navigation system; MIMU/GPS; digital signal processor (DSP); adaptive Kalman filter

1 引 言

长期以来捷联导航计算机一直采用个人计算机为核心的体系结构,这使得系统不仅结构复杂、体积庞大、过于沉重、功耗过大,还增加了系统的成本,并且程序效率和直接操作硬件的灵活性都受到影响。

微惯性测量组合(MIMU)由于具有尺寸小、重量轻、成本低、功耗小、寿命长、可靠性高和动态性能好等一系列传统惯导系统无法比拟的优点,日益受到重视,其应用前景也越来越广阔,不仅在军事领域,在民用领域也具有广阔的应用前景,是当今惯性技术发展的一个重要方向[1]。

2 系统的硬件设计 

目前的MIMU总体上精度不高,其定位误差随时间累积,因此难以完成精度较高的长期导航任务。全球定位系统(GPS)是一种高精度的全球三维实时卫星导航系统,定位误差不随时间累积。GPS的不

—————————— 

收稿日期:2003-03-05

作者简介:黄丽斌(1974—),女,东南大学仪器科学与工程系博士生,从事微机电系统理论与应用研究。

第3期 黄丽斌等:基于DSP的MIMU/GPS组合导航系统研究 13

足之处在于它的自主性差,容易受到干扰,接收机数据更新频率低,因而难以满足实时导航的要求。

MIMU 与GPS 构成的组合导航系统可以克服两者单独工作的缺点,相互取长补短,完成较高精度的长期导航任务,是目前MIMU 应用的主要方式,并且两者都具有体积小和成本低的优点[2]。随着MIMU 精度的不断提高,MIMU 的应用前景十分可观。图1是系统硬件总体结构,系统采用该结构的最大特点在于微控制器控制的GPS 信息接收、惯性测量元件数据采集、DSP 导航计算和在线校正滤波算法三者可以并行工作,并且保证了DSP 从算法程序执行到操作时序均保持连续,使得包括导航计算、

误差补偿、在线校正滤波在内的全部算法都可由DSP 高效地不间断地连续运行。 2.1 基于DSP的嵌入式导航计算机 

DSP 芯片,也称数字信号处理器,是一种能快速实现各种数字信号处理算法的微处理器。它不仅体积小、功耗小,而且价格低。DSP 提供灵活的外部接口,可以方便地与外围处理器以并行或串行方式协同工作,从而提高了数据处理速度。因此,为满足一些小型捷联系统对导航计算机系统体积、功耗、重量、成本等诸方面要求,以DSP 器件为核心的嵌入式系统是一个很好的解决方案。

导航计算机的主要任务有三类:一是数据采集,包括采集微型惯性测量元件的输出信号,接收外部系统校正信息,如GPS 输出信息;二是数据处理与运算,包括微型惯性测量元件的误差补偿、初始对准、导航参数解算、在线校正滤波等;三是导航数据输出,包括导航参数输出以及与主控设备信息交换等[3]。对于第二类工作,DSP 可以很好地完成,但是其它两类工作要涉及大量的通信、控制操作。由于DSP 芯片本身处理能力及结构特点的限制,如果仅用一个DSP 芯片来完成,则有可能达不到系统要求;另一方面,常用的单片微控制器以控制能力见长而运算能力一般,与DSP 结合可以实现优势互补,用其实现如下功能:对外部导航设备(如GPS )的输出信息进行采集,完成导航参数输出,与制导控制设备的信息交换。

至此,系统主板就形成了以TI 公司TMSC5402 DSP 为核心器件,单片控制器为外围控制器的多处理器、多总线结构的小型、低成本嵌入式导航计算机系统。 2.2 前端传感器以及数据采集板 

MIMU 前端传感器包括三个微加速度计和三个微机械陀螺仪,把它们按照相互垂直的方向安装于一个长方体内,组成一个硬件整体。这个整体直接固联于运动载体上,可以敏感三维的角运动和线运动。

图2是数据采集结构图。惯性测量元件的数据采集处理系统往往采用紧耦合或松耦合宿主式多机并行处理结构来满足数据采集处理的速度要求。这种结构的最大特点是由从机负责数据采集,主机负责数据处理,主机和从

14 中国惯性技术学报 2003年6月

机之间通过共享存储器进行信息交换。

本系统曾做成以DSP 为主机负责数据处理、以单片机为从机负责数据采集的多机并行系统,但从机单片微控制器的速度限制制约着整个采集处理系统的速度。针对这种情况,将传统的多机结构改为宿主式单机结构:系统仍然以DSP 作数据处理主机,用多种计数器、逻辑电路、时钟电路组成的纯硬件子系统来代替过去的从机系统[4],从而打破了单片机处理速度上的瓶颈效应。但若采用传统的积木式的方法,即用标准的数字电路芯片扩展实现此子系统,必然需要多片电路芯片,这不仅使系统结构复杂,连线增多,还使可靠性随之降低,因此,系统采用复杂可编程逻辑器件CPLD 来设计该子系统。用CPLD 设计本系统最大的优点是节省了PCB 面积,并且在系统设计完成后,如果想升级、改进系统,不必更改任何硬件电路,只需要将CPLD 内部逻辑重新编程即可。 2.3 GPS接收机及数据接收板 

GPS 接收机采用的是Jupiter OEM 板,可输出位置、速度、伪距、伪距率、载波相位、卫星星历等数据。位置和速度的输出周期为1 s 。图3是GPS 定位数据的接收硬件结构图。

2.4 组合方法 

根据不同的应用要求,MIMU 与GPS 可以有不同水平的组合。本系统采用了松散组合,这样MIMU 和GPS 可保持各自的独立性,其中任一个出现故障时,系统仍能继续工作,并且结构简单,便于系统的开发设计和调试,也便于子系统的故障检测和隔离。

3 自适应滤波算法 

在组合导航系统中,卡尔曼滤波器的应用要求只有知道精确的系统数学模型和噪声统计,才能得到理想的滤波效果。但是在实际系统中,由于系统本身元器件(如陀螺仪和加速度计)的不稳定性以及外部应用环境不确定因素的影响,数学模型和统计噪声是未知的或近似的,或只是部分已知的,这将导致状态估值误差增大,甚至使滤波发散,这种情况对微惯性器件而言尤为明显。Salychev O 提出了一种适用于系统噪声协方差阵Q 未知情况下的自适应卡尔曼滤波方法[5],本系统采用了这种方法作为组合算法。

设一线性离散系统的数学模型如下:

1111

, ????+=k k k k k k W ?X ?

X , k k k k V X H Z +=

其中,k X 是系统状态向量,1,?k k ?

是系统状态转移矩阵,

1?k ?是系统噪声,1?k W 是系统噪声矩阵,k Z

是量测向量,k H 是量测矩阵,k V 是量测噪声。{}k W 与{}k V 是互不相关的零均值的白噪声序列。

自适应滤波算法如下[6]:状态一步预测方程为1

1

,1/? ????=k k k k k X ?

X ;新息序列方程为 1/???=k k k k k X H Z í;新息序列协方差阵方程为T 11?1??k k k k k

k k ííC C +?=?(静基座),T ?k

k k ííC =(非 静基座);估计系统噪声为=?T 1

??Q ?k T 1

1

???k k

k K C K ;一步预测均方误差方程为=?1

/k k P

+???T

1

,11, k k k k k ?P ?T 1??Q ??k ;滤波增益方程为[]

1

T 1/T 1/???+=k

k k k k k k k k R H P H H P K ;状态估值计算

方程为k k k k k íK X X +=?1/??;估计均方误差方程为()1/??=k k k k k P H K I P 。

第3期 黄丽斌等:基于DSP的MIMU/GPS组合导航系统研究 15

3.1 组合系统状态方程 

本系统采用东北天坐标系,通过对系统的性能和误差源的分析,选择了以下误差状态变量:速度误差(y x v v ?,?),姿态误差(z y x φφφ,,),位置误差(λ?,?L ),加速度计误差(y x c c ,??),陀螺漂移 (z y x c c c ,,εεε)。组合导航系统的状态方程为:

GW FX X

+=& 式中,[

]T

c c c c c ,,,,,?,?,,,,?,?z y x y x z y x y x L v v εεελφφφ??=X ,[]

T

g g g a a ,,,,z

y x y x w w w ??

=W 。 3.2 量测方程 

采用惯导系统与GPS 接收机的速度和位置之差作为量测量,量测方程为V HX Z +=,其中量测 矢量[

]T

?,?,?,?λ

L v v y x =Z ,量测噪声矢量为[]

T

,,,λ

V V V V

L vy vx =V 。

3.3 数字仿真 

将系统状态方程和量测方程离散化,可得到组合系统的线性离散数学模型,再采用前面所述的自适应滤波算法进行仿真。

仿真参数设置如下:初始条件是位置为东经118°,北纬32°;初始失准角在三个方向上均为0.15°;运动状态为朝东北方向以m/s 400的速度匀速前进,横滚角旋转速率为

rad/s e8;经补偿后陀螺的常值漂移

为10 (°) /h ,随机漂移为10 (°) /h ;经补偿后加速度计的零偏为2m/s 01.0,随机偏置为2m/s 01.0。

惯导的计算周期为10 ms ,滤波周期为1 s ,仿真时间为10 min 。仿真结果如图4所示,每张图中较平的曲线为滤波校正后的误差曲线,另一条则为纯惯导误差曲线。 4 结 论 

① 微惯性测量组合目前尚不能独立构成导航系统;② 基于DSP 的MIMU/GPS 组合导航系统可以克服两者单独工作的缺点,相互取长补短,完成较高精度的长期导航任务, 并且具有体积小、成本低等优点;③ Salychev O 的自适应滤波算法对系统的数学模型和先验噪声统计特性的依赖性降低,在系统噪声协方差阵未知的情况下,滤波器的收敛性仍很好,增强了系统的自适应性。

参考文献:

[1] 王寿荣. 硅微型惯性器件理论及应用[M]. 南京:东南大学出版社,2000. [2] 毛刚,顾启泰,刘学斌. 微型惯性测量组合发展综述[J]. 导航. 1999,(2):8-14.

[3] 李宏生. 基于DSP 的主从式紧耦合捷联导航计算机[J]. 中国惯性技术学报. 2001, 9(3): 35-39.

[4]

吴越,林支付,葛霁光. 持续高速数据采集与过程控制并行工作的单机系统设计[J]. 化工自动化及仪表. 1996,(5). [5] Salychev O. Inertial systems in navigation and geophysics[M]. Moscow: Bauman MSTU Press, 1998.

图4 仿真结果图形

无线电导航的发展历程

1.无线电导航的发展历程 无线电导航是20世纪一项重大的发明 电磁波第一个应用的领域是通信,而第二个应用领域就是导航。早在1912年就开始研制世界上第一个无线电导航设备,即振幅式测向仪,称无线电罗盘(Radiocompass),工作频率0.1一1.75兆赫兹。1929年,根据等信号指示航道工作原理,研制了四航道信标,工作频率为0.2一0.4兆赫兹,已停止发展。1939年便开始研制仪表着陆系统(ILS),1940年则研制脉冲双曲线型的世界第一个无线电定位系统奇异(Gee),工作频率为28一85兆赫兹。1943年,脉冲双曲线型中程无线电导航系统罗兰A(Loran-A)投入研制,1944年又进行近程高精度台卡(Dessa)无线电导航系统的研制。 1945年至1960年研制了数十种之多,典型的系统如近程的伏尔(VOR)、测向器( D ME)、塔康(Tacan)、雷迪斯特、哈菲克斯(Hi-Fix)等;中程的罗兰B(Loran-B)、低频罗兰(LF-Loran)、康索尔(Consol)等;远程的那伐格罗布((Navaglohe)、法康(Facan)、台克垂亚(Dectra)、那伐霍(Navarho),罗兰C(Loran-C)和无线电网(Radionrsh)等;超远程的台尔拉克(Delrac)和奥米加(Omega)与。奥米加;空中交通管制的雷康(Rapcon)、伏尔斯康(VOLSCAN)、塔康数据传递系统(Tacandata-link)和萨特柯((Satco)等,另外还有多卜勒导航雷达(Doppler navigation tadar),这期间主要保留下来的系统如表1 表1主要地基无线电导航系统运行年代表 1.1 无线电导航发展的重大突破 1960年以后,义发展了不少新的地基无线电导航系统。如近程高精度的道朗((TORAN)、赛里迪斯(SYLEDIS)、阿戈(ARGO)、马西兰(MAXIRAN)、微波测距仪(TRISPONDER)以及MRB-201,NA V-CON,RALOG-20,RADIST等等;中程的有罗兰D (Loran-D)和脉冲八(Pulse8)等;远程的恰卡(Chayka);超远程的奥米加((Omega与 );突破在星基的全球导航系统,还有新的飞机着陆系统。同时还开始发展组合导航与综合导航系统,以及地形辅助导航系统等。表2列出几种常用的系统及主要性能与用量。 表2几种常用的地基系统性能与用量 *D为飞行距离。

国外卫星导航应用标准综述概论

国外卫星导航应用标准综述 一、引言 全球卫星导航系统已深入到各国安全、经济领域的方方面面,已成为现代高新技术民用的成功典范。以产业化程度最高的GPS为例,已逐步演变为一种世界性的高新技术产业,它使航空、航海、测绘、时间及机械控制等传统产业的工作方式发生了根本的转变,它开拓了个人移动位置服务等全新的信息服务领域。随着卫星导航应用的逐步深入及应用领域的逐渐拓展,国外发布了大量卫星导航应用标准,本文将主要针对目前检索到的国外卫星导航应用标准进行梳理和分析。 二、国际及国外卫星导航相关标准化组织 卫星导航应用范围非常广,涉及卫星导航相关的国际和国外标准化组织也非常多,它们共同研究制定各国在航空、航海等领域赖以遵循、统一通用的导航条约法规、规范等标准。与卫星导航相关的国际级标准化组织主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)。此外,还有其他比较权威的区域标准化组织和国际组织也参与制定和发布卫星导航技术标准。经过调研与分析,共整理出了24个与卫星导航相关的标准化组织,这些标准化组织并不能涵盖卫星导航应用的所有领域,但已反映了卫星导航应用主流领域的标准化组织情况,如表1所示。其中美国的标准化组织有8个,欧洲的标准化组织有4个,核心的标准化组织除ISO、IEC和ITU外,还有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM 和RTCA。

三、国外卫星导航应用标准分析 通过对表1中24个组织和机构的调研,共检索到卫星导航应用相关标准191项。经过整理和分析, 表1 与卫星导航相关的国际、国外标准化组织和国际组织(双线分割)

可将其归纳为卫星导航系统标准、卫星导航应用基础标准、电子地图标准、接收设备数据格式标准、差分技术标准、接收设备性能要求与检测方法六类。其中,卫星导航系统标准主要是各卫星导航系统的接口标准、系统性能标准;卫星导航应用基础标准主要为术语类和时空系统类标准;接收设备数据格式主要为应用领域的接收设备通用数据格式要求标准,差分技术标准为增强导航定位精度采用的差分技术和格式标准;接收设备性能要求与检测方法主要是各类接收机的标准。 1.卫星导航系统标准 1.1系统接口标准 系统接口标准主要是各卫星导航系统研制国公布的接口控制文件。目前GPS系统、GLONASS系统和Galileo系统都已经公布了各自的接口控制文件。 以GPS系统为例,自20世纪90年代末美国政府提出GPS现代化计划以来,美国军方先后发布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、IS-GPS-800和IS-GPS-870四类接口性能规范:IS-GPS-200对GPS空间段与GPS无线电频率链路1(L1)和2(L2)的用户接收机之间的接口要求进行了定义,最新版本为IS-GPS-200G; IS-GPS-705规定了GPS无线电频率链路5(L5)上全球定位系统空间段和导航用户段之间的接口要求,其最新版本为IS-GPS-705C; IS-GPS-800定义了无线电频率链路1(L1)上GPS卫星与导航接收机之间的信号传输特征。虽然广播频段L1内有多个信号,这个接口规范只定义了L1内的民用信号(L1C),其最新版本为IS-GPS-800C;

导航系统发展趋势

船用导航产品技术发展趋势 1概述 船用导航技术很多,主要由磁导航、卫星导航、无线电导航、雷达导航、惯性导航和天体导航。我公司主要涉及磁导航和惯性导航,磁导航发展较早,主要产品为磁罗经,惯性导航产品同样有着辉煌的历史,是国内最早一批开始惯性导航产品的企业。 磁罗经因其连续工作时间长、自主性强、可靠性强和经济性好等显著地优点,始终是为各类舰艇与传播提供航向和观测物标方位等数据所必备的导航仪器。尽管近年来陀螺罗经、GPS定位设备、船用雷达的技术与精度有了飞跃式发展,但依然不可以取代磁罗经在舰艇上的使用地位。惯性导航设备可以为载体提供航向、位置、姿态、速度等基本物理信息,是信息化装备中最核心的传感设备之一。惯性导航设备仅需要敏感地球自转而不需要借助外界任何的光、电、磁信息的机理决定了它的完全自主的特点,是复杂战场环境中保底的导航手段。惯性导航技术是最重要的军用技术之一,可以毫不夸张的说,惯性导航的发展水平直接影响了一个国家的武器装备的先进性。惯性导航产业起步于军用,目前仍主要应用于军用领域。不过随着随着成本的降低和需求的增长,其范围已由原来的舰艇、飞机、航天宇航、制导武器、战车等军用或军民两用领域,扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等民用领域,甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。 2国外发展现状 2.1磁罗经 磁罗经是利用地磁场对磁针具有吸引力的现象而制成的一种航海指向仪器,地磁场是一种天然的矢量场,由地球自身的物理特性所产生,其方向和强度几乎不随时间、天气等的影响。因此,与其它导航方式相比,地磁导航是一种极为稳定,误差不累加(陀螺),不依赖于外界数据交互(GPS)的自主导航方式。虽然历史悠久,直到今日仍然被广泛的用于各类导航领域。并且是IMO(国际海事组织)强制装船的设备。过去,由于弱磁测量技术的限制,一直采用机械式磁罗经,与其他导航技术相比,地磁导航技术并未有真正的突破和发展。Sperry Marine 作为国外老牌导航产品厂商,生产的磁罗经目前依然在销售,其航向精度标称值优于0.5°。

某组合导航系统捷联导航方案及仿真技术研究

某组合导航系统捷联导航方案及仿真技术研究 发表时间:2018-09-27T18:19:29.877Z 来源:《知识-力量》2018年9月中作者:王欣张龙飞李锦龙王丹李晓菊[导读] 捷联导航方案在自主导航系统中广泛应用。本文主要阐述了导航原理,导航方法设计,以及仿真设计原理和实现。利用仿真技术,进行捷联惯性组合导航系统模拟试验,验证了所设计的捷联惯性组合导航系统的可行性和有(中国航天科技集团公司第四研究院四〇一所,西安 710025) 摘要:捷联导航方案在自主导航系统中广泛应用。本文主要阐述了导航原理,导航方法设计,以及仿真设计原理和实现。利用仿真技术,进行捷联惯性组合导航系统模拟试验,验证了所设计的捷联惯性组合导航系统的可行性和有效性。关键词:组合导航系统;组合导航方法;数据修正;仿真 1组合方案内容 1.1性能分析及组合导航原理根据组合导航系统的使用要求,惯性/卫星组合导航系统可供选择的组合方式有简单组合模式、浅组合模式、深组合模式。简单组合模式是利用卫星导航系统提供的位置和速度直接重置惯性导航系统;浅组合模式是利用惯性导航系统和卫星导航系统输出的位置和速度信息的差值作为观测量,利用滤波器估计惯性导航系统的误差,并进行校正;深组合模式是惯性导航系统和卫星导航系统相互辅助和相互修正,实现协同超越。三种组合方式对比,简单组合模式能直接修正惯性导航系统的位置和速度,但无法修正姿态误差和惯性测量元件误差,浅组合模式能校正惯性导航系统的误差,但无法修正卫星导航系统的误差,不能彻底发挥二者的优势,深组合模式对惯性导航系统和卫星导航系统都有修正效果,但是工程实现难度较大,因此,组合模式选用简单组合模式。组合导航系统定位误差在不考虑对准误差和姿态解算误差的情况下,加速度测量误差不能大于,但是,实际系统肯定存在对准误差和姿态解算误差,所以单一的惯性导航不能满足技术指标要求,必须与其他导航方式组合。采用GNSS导航和捷联惯性导航的组合方式。其中GNSS导航具有定位精度高、导航误差不随时间积累、可全天时、全天候工作、难直接提供姿态信息、数据更新率低、易受电磁干扰等特点;惯性导航系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强、短时精度高、导航信息完整和数据更新率高等特点。两种导航方式对比,捷联惯性导航系统能提供完整连续的导航参数,具有完全自主、短时精度高的优点。捷联惯性导航系统解算出的速度、位置与GNSS提供的速度、位置之差作为卡尔曼滤波器的观测量,姿态误差、速度误差和位置误差作为卡尔曼滤波器的状态变量,估计出状态变量的最优估计值后,对捷联惯性导航系统进行校正。 1.2捷联惯性导航算法组合导航系统的捷联导航算法包含姿态更新、速度更新和位置更新。算法设计时,利用四元数法将系统采集到的角速度实时算出姿态 阵,进而求出载体的姿态角,对系统采集到的视加速度进行补偿和坐标转换,解算出速度和位置 捷联导航算法原理见图1中虚线框内部分。 图1捷联导航算法原理框图 1.3组合导航方法 采用节所述的方法解算出载体当前速度和位置,与GNSS提供的速度和位置相减作为卡尔曼滤波器的观测量,姿态误差、速度误差和位置误差作为卡尔曼滤波器的状态变量,估计出姿态误差、速度误差和位置误差的最优估计值后,对捷联惯性导航系统进行校正。 2仿真 2.1仿真结果 仿真曲线见图2-3所示:

北斗卫星发展历程

中国北斗卫星导航系统发展历程 相信在座的大部分都只知道北斗时中国的导航系统,但并没有深入的了解,那中国北斗卫星导航系统是如何发展到如今的地步呢? 中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。 2017年11月5日,中国第三代导航卫星顺利升空,它标志着中国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。 卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年,首先建成北斗导航试验系统,使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显着的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务于国家建设与发展,满足全球应用需求,我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。 2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地提供无源定位、导航、授时服务。 2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规

MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势_蔡春龙

DOI:10.13695/https://www.sodocs.net/doc/f8799201.html,ki.12-1222/o3.2009.05.006 第17卷第5期中国惯性技术学报V ol.17 No.5 2009年10月 Journal of Chinese Inertial Technology Oct. 2009 文章编号:1005-6734(2009)05-0562-06 MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势 蔡春龙1, 刘 翼1,刘一薇2 (1. 北京航天时代光电科技有限公司,北京100854;2. 航天东方红卫星有限公司,北京100094) 摘要:基于MEMS仪表的惯性组合导航系统是飞行器实现轻小型化的关键配套设备之一。针对国外MEMS惯性组 合导航系统产品的实现方案与性能指标进行了综述;介绍我国在该领域的研究现状,简要分析当前存在的问题 与技术瓶颈,指出我国应结合现有硅微惯性器件加工水平与理论研究成果展开有针对性的研究工作。最后,对 该领域的技术发展方向进行了分析。 关键词:微机械系统;组合导航系统;信息融合 中图分类号:U666.1 文献标志码:A Status quo and trend of inertial integrated navigation system based on MEMS CAI Chun-long1, LIU Yi1, LIU Yi-wei2 (1. Beijing Aerospace Times Optical-Electronic Technology Co., Ltd., Beijing 100854, China; 2. China Spacesat Co., Ltd., Beijing 100094, China) Abstract: As one of the core equipments of the miniaturization of vehicle, the inertial integrated navigation system based on MEMS has significant meaning to both the aerospace industry and the construction of national defense. Firstly, the system solution and performance specification of foreign latest products are summarized. Then the status quo of Chinese development is introduced. The problems and technological bottlenecks at present are analyzed. It is also pointed out that some pertinent research should be made based on the present manufacturing level of Chinese micro-silicon inertial sensors and existing theoretical achievements. Finally, the future development direction of the techniques in this field is analyzed. Key words: MEMS; inertial integrated navigation system; filter; information fusion 微机械惯性测量单元(Micro-Electronic Mechanical System Inertial Measurement Unit,MEMS-IMU)作为第三代惯性测量组件,与第一代机械转子陀螺惯性测量组件、第二代光电陀螺惯性测量组件相比,具有体积小、重量轻、功耗少、成本低、集成化程度高等优点,拥有更广阔的工程应用前景,尤其对于微小型运载体的导航、制导与姿态控制具有重要意义,已被多个国家列为未来惯性导航系统的重点发展方向之一。但从目前国内外微机械惯性测量器件的研制现状来看,由于受到加工工艺、选材等因素的限制,MEMS-IMU在精度以及稳定性等方面与前两代惯性测量组件相比仍然存在较大差距,同时受限于惯导系统固有的导航误差随时间积累问题,微惯性导航系统尚不具备独立完成导航定位任务的能力。 因此,基于MEMS-IMU的组合导航方案是解决上述问题的一条有效途径。 目前,MEMS-IMU组合导航系统已经在民用和军用领域得到了广泛认可。民用方面,具有导航定位功能的汽车、精细农业用机械与车辆、用于农药喷洒与林区防火的无人飞机等已部分装配该类型组合导航系统;军用方面,欧美发达国家已成功将其应用于战术制导武器、微小型无人侦查飞机、卫星探测、航天器导航等领域。我国在该领域的研究工作起步较晚,目前正处于从原理样机研制向工程应用过渡阶段,国内各科研院所与高校正在加紧进行该领域的技术攻关工作。 收稿日期:2009-07-24;修回日期:2009-09-03 作者简介:蔡春龙(1967—),男,研究员,研究方向为光纤陀螺捷联惯性导航系统。E-mail:cai_chun_long@https://www.sodocs.net/doc/f8799201.html,

惯性导航系统发展综述报告

惯性导航系统发展综述报告 学号:姓名: 摘要:本文介绍了惯性导航系统的主要组成、基本原理、分类以及优缺点。列举了惯性导航系统在当前的主要应用领域及发展趋势。 关键词:惯性导航系统、陀螺仪、加速度计、GPS、组合导航 一.引言 美国《防务新闻》网站报道称,美军正在研制新型导航定位设备,以替代现在广泛使用的GPS卫星定位导航系统。GPS之所以被美军诟病,主要是由于该系统过于依赖脆弱的天基卫星系统。卫星在战时极易被干扰、破坏,或受到网络攻击,自身安全性难以得到有效保证。为有效解决GPS安全性问题和美军对精确定位、导航、授时服务的需求之间难以调和的矛盾,美军开始积极寻求GPS 的替代品。据称,基于现代原子物理学最新成就的微型惯性导航技术是未来代替GPS的一个重要的技术解决方案。 惯性导航系统是人类最早研发明的导航系统之一。早在1942年德国在V-2火箭上就率先应用了惯性导航技术。从2009年,美国国防部先进研究项目局就深入进行新一代微型惯性导航技术的研发与测试工作。据悉,这种新一代导航系统主要通过集成在微型芯片上的三个原子陀螺仪、加速器和原子钟精确测量载体平台相对惯性空间的角速率和加速度信息,利用牛顿运动定律自动计算出载体平台的瞬时速度、位置信息并为载体提供精确的授时服务。 美军也对该系统的未来发展充满信心。安德瑞·席克尔认为,就像30年前人们没有预想到GPS会发展到目前如此程度一样,在未来20年新一代微型惯性导航系统的发展程度也是无可限量的。 从此报道中可以看出研究惯性导航技术的重要作用。 二.惯性导航系统的概念 惯性导航(inertial navigation)是依据牛顿惯性原理,利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度,经过积分和运算得到速度和位置,从而达到

实现车道识别的车载导航系统的组合定位技术

实现车道识别的车载导航系统的组合定位技术 作者:彭彦彦,陈丽钦,严慧明,苏鉴英 指导教师:刘友文 (闽江学院地理科学系,福州350108) 摘要: 通过实验设计了一套实现车道识别的车载导航系统的组合定位技术。 汽车导航是GPS应用的主要领域,将来一段时间,高性能的车载导航产品的发展前景将被看好。目前车载导航的精度不够高,要是能实现车道的识别,则车载导航系统的整体性能将得到升华。高精度的定位是实现车载导航车道识别的关键技术。本项目建议书研究基于自适应卡尔曼滤波,设计低成本、高精度、易于工程实现的GPS/DR组合定位模型,为实现车道识别的车载导航提供定位保障。 首先基于自适应卡尔曼滤波分别对GPS和DR系统设计了子滤波器。对于GPS/DR的组合,提出采用联邦式卡尔曼滤波方案,通过主滤波器对两个子滤波器的滤波结果进行最优数据融合,以在车辆高速运动状态中,达到米级的定位精度。项目成果可应用于高性能的车载导航系统的定位模块中,为实现车道识别提供基本条件。 关键词:GPS;车载导航;组合定位 Integrated Positioning Technique of Vehicle Navigation System that Can Distinguish the Driveway Authors : Peng Yanyan, Chen Liqin, Yan Huiming, Su Jianying Teacher: Liu Youwen (Department of Geographical Science,Minjiang University, Fuzhou 350108) ABSTRACT Through the experimental we designed a set of Lane Recognition Navigation System tor ealize the Combined Positioning Technologies. Car navigation is the main application fields of GPS,and high performance of navigation product development foreground will be valued in a period of ti-me. Currently the vehicle-mounted navigation precision isn't high enough. If it can realize the driveway, that the navi gation system identification of the overall performance will get distillation.As we all know, precision positioning is the key technology to the vehicle-mounted navigation lane identify. So our research project proposal are based on the adaptive kalman filter, low cost, high precision, and designed to realize the GPS/DR project portfolio for the locating model,which provides the orientation to the navigation lane identification . Keywords: GPS, Navigation, Combination 联系人:彭彦彦EMAIL:821042725@https://www.sodocs.net/doc/f8799201.html, 1 背景及意义

北斗导航系统的30年历程

挑战GPS 盘点北斗导航系统的30年历程 ?2014-8-22 15:01:20 ?类型:原创 ?来源:电脑报 ?报纸编辑:电脑报 ?作者: 【电脑报在线】卫星导航系统已逐渐成为最重要的空间基础设施,手机导航、车载导航的应用已经随处可见。中国作为最大的发展中国家,拥有广阔的领土和海域,出于民间应用和国防安全的需要,高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力发展自己的卫星导航定位系统。 @詹锟(北京航空航天大学) 卫星导航系统已逐渐成为最重要的空间基础设施,手机导航、车载导航的应用已经随处可见。中国作为最大的发展中国家,拥有广阔的领土和海域,出于民间应用和国防安全的需要,高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力发展自己的卫星导航定位系统。从1983年

我国的北斗卫星导航计划于正式提出,距今已经有30多年的历史。按照最初规划的“三步走”的战略,经过几代科学家们的努力,北斗计划已实现过半。褒贬之中回顾这30年的发展历程,不但有助于厘清北斗系统的发展脉络,也让国人体会到其中的艰辛。 上世纪80年代到2000年 试验阶段,覆盖我国周边 我国早在上世纪60年代就开始了关于卫星导航与定位的研究,随后由于受到文化大革命的影响,研究一度中断直到70年代末才恢复。从那时起,中国科学家们开始积极探索适合我国国情的卫星导航定位系统的技术途径和方案。1983年,一个名为“双星快速定位系统”的卫星导航与定位方案在全国科学大会上被提出。随后,我国著名航天专家陈芳允院士正式提出,在国内利用两颗地球静止轨道通信卫星,实现区域快速导航定位的设想。到了1989年,在陈芳允院士的带领下,我国首次利用通信卫星展开了双星定位演示验证试验,证明了北斗卫星导航试验系统技术体制的正确性和可行性。此后,1994年中国正式启动了该项目的系统建设和发展,并更名为北斗卫星定位导航系统。 双星定位示意图 该阶段以2000年成功发射的两颗“北斗一号”为结束,两颗卫星成功构成了北斗导航系统,形成了区域的有源服务能力。“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。并且由于采用卫星接收测定机制,用户终端机工作时需要发送无线电信号给北斗卫星,是一种有源定位系统,能实现一定的互动性。随着2003年和2007年又成功发射了两颗“北斗一号”备份卫星,标志着完整的第一代北斗卫星导航定位系统已经完成,今后将转入长期的在轨管理阶段。 虽然第一代北斗系统缺陷很明显,但它是我国独立自主建立的首个卫星导航系统,打破了美、俄在此领域的垄断地位。而此阶段也是北斗计划最艰难的时期,在缺少人力、物力的

北斗导航系统发展史

北斗导航系统发展史 摘要:2016年6月12日,中国在西昌成功发射了第23颗北斗导航卫星。此次成功发射的卫星将与其他的在轨卫星共同提供服务,为北斗导航系统从亚太区域系统转向全球服务奠定了基础。作为我国自主开发建设的全球卫星导航系统,北斗与俄罗斯的GLONASS,美国的GPS以及欧洲的GALILEO并誉为四大全球卫星导航系统。虽然在这四大导航系统中,北斗是最“年轻”的,但其正借着后发优势迎头赶上。北斗已经同高铁一样,成为中国在世界上一张亮眼的名片。回顾北斗系统发展的历程,不仅能让人体会到个中艰辛。更能为我国科技建设提供值得参考的经验。 1. 全球卫星导航系统的起源 1957年10月4日,前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星sputnik。这颗卫星的构造非常简单,只是在密封的铝制外壳密封了一个化学电池、一只温度计和一台双频发报机。但在当时,这颗卫星却引起了全世界科学家的关注。美国约翰.霍普金斯大学的W.Guier和G.Wieffembach博士通过跟踪、检测该卫星所发出的信号发现:由于卫星与地面之间有着相对运动,接收到的电磁波信号存在多普勒频移。如果在地面上位置已知点检测接收到的多普勒频移曲线,就可以计算出卫星的运行轨道。但是反过来,如果已知了卫星的运行轨道,就能通过多普勒算出用户的位置,这就是卫星导航系统的最初构想。 如何在茫茫大海上定位军舰,对于美国海军来说一直是个大问题。在苏联发射第一颗卫星之前,海军使用的是罗兰无线电远程导航系统。罗兰是一种陆基双曲无线电导航系统,船舶通过计算出接收陆地上两个发射台信号的时间到达差,就可以将自己位置确定在以两个发射台为焦点的双曲线上。再利用另外两个发射台,可以将位置确定在另一条双曲线上。通过计算出双曲线的两个交点,采用估计位置排除出其中一个即可实现定位。相较GPS,罗兰系统的作用范围有限(最远2000km),定位精度低(百米级),而且只能提供二维定位,在GPS出现后很快就逐渐被淘汰。美国海军敏锐地意识到使用卫星定位的巨大潜力,于1958年起与美国国防部高级研究计划局(DARPA)共同进行了对海军导航定位系统(NNSS)的基础研究,并成功开发出了世界上第一个卫星导航系统----子午(Transit)卫星系统。子午卫星系统一共包含六颗通过极地的卫星,只能够提供精度较低的二维定位,而且每次定位的时间长达30-110分钟,从现在看来应用价值不高,但是子午卫星系统验证了构建卫星导航系统的可行性,而且该系统的许多想法对于GPS的开发、应用有着相当重要的借鉴意义。 在子午卫星系统的基础上,美国国防部于1973年4月提出了研究更加先进的新一代导航定位系统的想法,这就是全球定位系统(GPS)。经过20年的建设,至1993年已经建成实用的包含24颗卫星的GPS星座。相比子午卫星系统,GPS提高了卫星数量、采用了更加先进的计时设备、同时将之前采用的多普勒定位方法改进为基于伪随机测距码的定位方法,能够提供实时、精确的导航服务。而且通过覆盖全球的GPS卫星星座,GPS能够在世界任何地方提供全天候的导航、授时服务。在美国宣布要研制全球导航卫星系统以后,当时冷战的另一方苏联紧追不舍,也提出了建设导航卫星系统的设想,在80年代初开始建设与GPS 类似的GLONASS系统,并最终于1995年建设成拥有24颗卫星的完整系统。 2. 为什么要发展自主导航系统: 当前,GPS占据了全球导航定位市场的绝大多数份额。一提到导航定位,人们首先想起的就是GPS。经过多年的发展,GPS系统在市场上已经形成了一整套成熟、廉价的解决方案。那么既然已经有了这样一套现成可用的卫星导航系统,为什么我们还要不惜耗费那么多人力、物力重复建设我们的北斗导航系统呢? 回到GPS系统上,根据伪随机码序列的不同,GPS播放的信号可以分为C/A码(民用),P码(军用)。P码的定位精度高于民码,但是只有授权用户才能使用。在第一代的GPS系统中,由于采用C/A码的民用定位精度远高于美国技术人员的预测值。为了保护美国的国家安全,美国于1984年采用了选择可用性技术(Selective Availablity),这项技术通过向卫星播发的电磁波施加干扰,限制了非特许用户的定位精度。虽然在其后的第二代GPS系统中,美国取消了这项政策。但是民用GPS信号的精度相比军用还是相差巨大。而且,在冲突或者紧急情况下,如果美军再次采用SA技术在GPS民码中引入干扰或者直接

车载组合导航系统发展现状

车载组合导航系统发展现状 随着科学技术的不断发展,现代导航系统的种类越来越多,如: INS、全 球定位系统(GPS)、多普勒(Doppler)测速系统、奥米加导航系统(Omega),罗兰系统(Loran),塔康系统(Tacan),还有天文导航(CNS)、地形辅助系统等,这 些导航设备都各有优缺点,精度和成本也不大相同。同时,由于各领域,尤其 是军事领域对导航信息量的要求越来越多,对导航精度的要求也越来越高。要 使系统性能得到提高,靠提高单一导航系统的精度,不仅在技术上难度很大, 而且在实际中效果也不十分明显,无法满足高精度要求的。若将多种导航系统 适当地组合起来,即可大大提高导航精度。 组合导航系统与单一导航系统的性能比较,具有以下优点 1) 组合系统中惯性导航系统的精度比单独使用惯性导航系统时要求的精 度低,能够降低惯性导航系统的成本,还可提高系统的可靠性和容错性能; 2) 组合导航具有余度的导航信息,可利用其余度信息检测出某个导航子 系统的故障,并隔离掉失效的子系统,然后将其余正常子系统重新组合(系统重构),就能够继续完成导航任务。 因而在20世纪70年代,组合导航技术的出现使得这一问题有了完美的解决 方案,使其得到了迅速发展,并取得了令人瞩目的成就。它克服了单个导航系统的缺点,取长补短,使组合后的导航精度高于各个系统单独工作的精度。组合导航系统就是将具有不同特点的导航设备与导航方法进行综合,应 用计算机技术对多种导航信息进行融合处理,以提高整个系统的性能。它是一 种综合工程技术,涉及到各导航信息源相关设备技术、计算机技术、显示技术 以及控制系统、最优估计等理论。 目前,组合导航系统技术在工程实践中还必须解决以下问题: 在导航 信息大量冗余的情况下,计算量过大,实时性不能保证;导航子系统的增加使故障率也随之增加,如果某一子系统出现故障而又没有及时监测出并隔离掉时,故障数据会污染整个系统,使可靠性降低。 针对组合导航系统量测信息量多,数据处理困难这一特定问题,导航信息 的处理技术也从根据单个传感器所获得的数据集来进行的单一信息处理向多传感器获得的多数据集的信息融合方向发展。

无线电导航的发展历程

无线电导航的发展历程 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

1.无线电导航的发展历程 无线电导航是20世纪一项重大的发明 电磁波第一个应用的领域是通信,而第二个应用领域就是导航。早在1912年就开 始研制世界上第一个无线电导航设备,即振幅式测向仪,称无线电罗盘(Radiocompass),工作频率一兆赫兹。1929年,根据等信号指示航道工作原理,研制了四航道信标,工作频率为一兆赫兹,已停止发展。1939年便开始研制仪表着陆系统(ILS),1940年则研制脉冲双曲线型的世界第一个无线电定位系统奇异(Gee),工作频率为28一85兆赫兹。1943年,脉冲双曲线型中程无线电导航系统罗兰A(Loran-A)投入 研制,1944年又进行近程高精度台卡(Dessa)无线电导航系统的研制。 1945年至1960年研制了数十种之多,典型的系统如近程的伏尔(VOR)、测向器( D ME)、塔康(Tacan)、雷迪斯特、哈菲克斯(Hi-Fix)等;中程的罗兰B(Loran-B)、低频罗兰(LF-Loran)、康索尔(Consol)等;远程的那伐格罗布((Navaglohe)、法康(Facan)、台克垂亚(Dectra)、那伐霍(Navarho),罗兰C(Loran-C)和无线电网(Radionrsh)等;超远程的台尔拉克(Delrac)和奥米加(Omega)与。奥米加;空中交通管制的雷康(Rapcon)、伏尔斯康(VOLSCAN)、塔康数据传递系统(Tacandata-link)和萨特柯((Satco)等,另外还有 多卜勒导航雷达(Doppler navigation tadar),这期间主要保留下来的系统如表1 表1主要地基无线电导航系统运行年代表 1.1 无线电导航发展的重大突破 1960年以后,义发展了不少新的地基无线电导航系统。如近程高精度的道朗((TORAN)、赛里迪斯(SYLEDIS)、阿戈(ARGO)、马西兰(MAXIRAN)、微波测距仪(TRISPONDER)以及MRB-201,NAV-CON,RALOG-20,RADIST等等;中程的有罗兰D (Loran-D)和脉冲八(Pulse8)等;远程的恰卡(Chayka);超远程的奥米加((Omega与);突破在星基的全球导航系统,还有新的飞机着陆系统。同时还开始发展组合导航与综合导航系统,以及地形辅助导航系统等。表2列出几种常用的系统及主要性能与用量。 表2几种常用的地基系统性能与用量 *D为飞行距离。

车载组合导航系统

车载组合导航系统 ( Car Integrated Navigation System) GI-100 用户手册 V1.6 上海航姿测控科技有限公司 2016年12月15日

1.1产品概述 (1) 1.2产品特点 (1) 1.3产品优点 (1) 1.4产品应用 (2) 2 设计原理 (2) 3电器特性 (4) 3.1极大值参数 (4) 3.2电器特性 (4) 4性能指标 (5) 5机械尺寸与引脚定义 (6) 5.1机械尺寸 (6) 5.2引脚定义 (7) 6 推荐电路 (8) 6.1推荐PCB封装 (8) 6.2推荐参考电路 (8) 7坐标系和安装方位 (9) 7.1坐标系 (9) 7.2 安装方位 (9) 8使用说明 (10) 8.1传感标定 (10) 8.2通信接口 (10) 8.3通信频率 (10) 8.4 通信协议 (10) 8.5 控制命令 (11) 9注意事项 (12) 10固件升级 (13) 10.1 winxp系统...................................................................... 错误!未定义书签。 10.2 win7系统 ....................................................................... 错误!未定义书签。附录:.. (15)

2 GPRMC (16) 3 GPATT (17)

1系统介绍 1.1产品概述 GI-100是一款高性能的面向车载导航领域的车载组合导航系统,系统包含高性能的同时支持北斗和GPS的卫星接收机芯片、三轴陀螺仪、三轴加速度等;通过在线的自适应组合导航算法,GI-100提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息,在GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时,不借助里程计信息,GI-100利用纯惯性导航技术,也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿。 图1. GI-100 1.2产品特点 元件选型:高性能三轴陀螺仪和三轴加速度计; 误差补偿:完成正交误差/温度漂移等误差补偿; 唯一防盗:每个产品标定参数均不一致防盗版; 物理尺寸:紧凑模块化设计可节省用户产品空间; 通信协议:即插即用的标准通信协议NEMA0183; 工程安装:无安装角度要求方便用户车载安装; 亚米级:支持RTCM2.3协议/复杂环境亚米级导航; 1.3产品优点 陀螺漂移:消除陀螺漂移获高精度姿态航向信息; 加速噪声:消除震动加速度获高精度速度信息; 零速修正:零速修正算法可防止导航数据漂移; 软件算法:基于自适应的扩展卡尔曼滤波算法; 智能识别:识别并隔离有较大误差的GNSS数据; 摆脱里程计:利用纯惯性导航实现高精度定位; 导航技术:组合导航和纯惯导航技术自主切换;

GPS发展历史

上周,美国媒体一篇关于欧洲“伽利略”卫星导航系统的报道,使这个中国也有参加合作开发的项目再次成为关注的焦点。美国一些官员以担心该系统被敌对国家与美国进行战争时使用为借口,威胁在不利情况发生时攻击该系统的卫星。自从俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统(Glonass)受前苏联剧变影响一蹶不振之后,美国的全球定位系统(GPS)几乎独霸全球卫星定位服务市场,随着俄罗斯国力的逐渐增强,Glonass将在未来三四年里恢复使用,而欧盟的“伽利略”卫星导航系统(Galileo)也要在2008年投入运营,届时,卫星导航服务将由美国一家独霸转为三国分立,面对这样的局面,美国官员的激进言论也就不足为奇。回顾Galileo此前的筹划历程,处处可以看到美国阻碍该计划的身影,这表明,美国对卫星导航领域可能即将到来的三国时代依然抱着敌视态度,尽管如此,在中欧俄三方的合作下,这一时代也将很快来临。 “欧版GPS”挑战美国 自冷战结束后,美国在空间领域的军事和民用技术开发上逐渐呈现出绝对优势,目前在全球卫星定位和导航服务上几乎独霸全球,美国的GPS(全球定位系统)自投入使用近20年来,不仅为美国本土提供了周到的民用服务,而且为美军军事行动立下了汗马功劳。GPS 在军事应用上给人们留下深刻的印象是在海湾战争时期。在美军攻击伊拉克的一个水电厂时,为了达到立即打击敌人、同时减少损失的效果,美军使用依靠GPS导航的“斯拉姆”空地导弹,他们先发射了第一枚导弹将电厂的围墙炸开一个洞,紧跟着,第二枚导弹像长了眼睛一样穿洞而入,一举摧毁了发电厂的核心部位,而附近的水闸却完好无损。这种“千里穿杨”的功夫着实令世界为之动容。 欧洲的卫星定位服务一直由美国免费提供,但美国出于自身利益长期只为欧洲提供精度百米以上服务,而GPS在美国的民用领域精度可以达到30米,军事用途更达到了10米。内外有别的“二等服务”让欧洲人甚为不满,在这种涉及军事应用以及巨大民用利益的技术上,欧洲人决心打造自己的卫星导航系统,摆脱对美国的依赖。 欧洲欲后发制人 在上世纪90年代,欧盟和欧洲航天局已就全球卫星导航系统进行了长达5年的可行性论证。1999年,他们提出了欧洲版的GPS——“伽利略”全球卫星导航系统。“伽利略”计划的出台是一个争吵不断的过程,欧盟内部一直存在着支持和反对两种意见。以法国为代表的国家强调打造欧洲独立GPS的重要性,而英德等国却认为,既然有美国提供的免费“午餐”,没有必要花巨额资金再打造一个同样的系统。

北斗卫星导航系统及应用综述

北斗卫星导航系统及应用综述 0引言 北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度优于20m,授时精度优于100ns。2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。 1 北斗卫星导航系统基本信息介绍 中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统,之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统,于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务,并计划至2020年完成全球系统的构建。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 1.1 北斗卫星导航系统的定位原理 “北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同,GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航,由用户设备独立解算自己的三维定位数据,而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分,由两种基本形式的卫星组成,分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此,“北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。“北斗”导航卫星分别在1559MH z~1610MH z、1200MH z~1300MH z两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号, 具有公开服务和授权服务两种服务模式[1]。 “北斗二号”导航卫星系统体制第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是: 第二代用户机可免发上行信号,不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定位, 系统的用户容量不受限制,并可提高用户位置隐蔽性。

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