GPSINS组合导航系统研究及实现.doc

GPSINS组合导航系统研究及实现随着我国科学技术水平的不断提高，促进导航技术的快速发展，并在众多行业领域中有应用。以GPS和INS技术为重要依托的导航系统，能够实现技术组合，形成惯性导航系统，在国防领域有着较为广泛的应用。通过GPSINS组合导航系统的研究和设计，能够使导航系统具备最优的性能，其精度、可靠性等方面得到明显提升，为信息需求者提供更为精确的导航信息。将GPS和INS组合导航系统的组合，可实现优势互补，对推动导航工程发展发挥着重要作用。 1 GPS与INS的原理概述 1.1 GPS原理 所谓的GPS，即全球定位系统，在定位领域中有着广泛的应用，能够为用户提供精准的定位信息内容。在该系统使用过程中，在卫星导航电文的依据下，可对相关载体的位置、运动速度等信息加以测量，并为用户提供精准的观测数据信息。目前，我国GPS测量技术主要有伪距测量、载波相位测量、多普勒测量三种。在定位测量过程中，主要通过直角坐标系和大地坐标系而实现精准定位。其次，在测速过程中，主要借助卫星信号频率、接收机接收的卫星频率、距离变化率等数值实现，最终计算出速度，完成速测步骤。 1.2 INS原理 INS是在21世纪逐渐发展和演变的，以牛顿惯性空间力学定律为基础，通过惯性测量而感受元件运动过程中的速度，并选取适当的导航坐标系。在此过程中，一次积分运算发挥着重要作用，能够对导航坐标系中的位置信息进行标识，以达到完成导航任务的目的。惯性导航系统在应用实践中，具有一定的优劣势。首先，就其应用优点而言，主要表现在导航自主性强、受外界干扰影响小、精度高和稳定性能较好等；其次，就应用劣势而言，主要表现在，性价比高、体积大、长而久之存在导航误差等。由此可见，惯性导航系统不能长期满足国防领域对导航的高精度需求。 2 GPSINS组合导航系统的研究 2.1 组合系统与组合方式研究 当前，导航系统在社会众多行业领域中有应用，如航空、航海、地面载体等。不同导航系统，各具优缺点。通过将GPS和INS组合，能够实现组合导航系统，不仅能够从根本上提高导航精度和性能，而且可增强信息的跟踪与捕获能力。但是，对于GPS和INS相结合的方案相对较多，不同组合方式，能够满足不同导航需求，通过对卡尔曼滤波原理的利用，可实现系统组合的最优化。将二者相结合的方式主要有两种，一是松散组合；二是紧密组合。前者的组合水平相对较低，属于全球定位系统辅助惯性导航系统的组合方式之一；后者的组合水平相对较高，能够实现两系统的相互辅助。 2.2 卡尔曼滤波原理及其滤波器设计研究 卡尔曼滤波原理应用于GPSINS组合导航系统研究中，具有一定的特点：一是使用动力学方程对相关信息加以估计，但估计量可能属于平稳或非平稳的过程；二是通过递推形式而加强计算，一次能够针对一个时刻的测量值加以估测；三是基于卡尔曼滤波的算法主要有连续型和离散型两种，能够在数字计算机中直接实现。在设计卡尔曼滤波器时，主要通过建立状态方程和量测方程的方式而实现，并将两方程加以离散化，使滤波器满足GPSINS组合导航系统的工作需求。 3 GPSINS组合导航系统的实现 3.1 软硬件设计 在GPSINS组合导航系统研发中，应注重软硬件设计，以设计更为合理的导航系统，充分发挥其导航作用。首先，在软件设计中，主要包括数据接收设计、惯性导航系统的解算设计、卡尔曼滤波设计、误差校正设计等环节，在设计过程中，对系统参数、初始条件加以设定，并求得各项数值。其次，GPSINS组合导航系统的硬件主要有惯性测量元件、GPS接收机、导航计算机等部分。惯性测量元件设计中，主要利用低精度IMU和较高精度IMU两种，能够在系统中有效应用；GPS接收机设计中，以25-LVS型号为主，具有价格低、性能优良等特点；导航计算机设计中，对DSP有应用。 3.2 GPSINS组合导航系统的实现 为检验GPSINS组合导航系统的应用性能，相关人员应对其进行必要的试验。首先，准备试验材料，主要有GPSINS组合导航仪、电源、数据采集系统。其次，确定实验区域，在其区域范围内选择闭合路线，以检验该导航仪的重复性。通过GPSINS组合导航系统的试验可知，GPS技术能够将载体所处位置、运行速度等信息录入，并在滤波效果作用下，了解相关误差信息内容，可规避单一的惯性导航系统误差发散的不足，对提高导航精度发挥着重要作用。在实验过程中，研究人员发现，如若能够将GPSINS组合导航系统的成本适当提高，则系统精度得以提升，有助于实现性价比的最优化。 4 结论 随着导航技术的快速发展，关于导航系统的研发水平不断提升，逐渐受到社会各界人士的广泛关注。将GPS和INS技术加以组合，能够使导航系统发展进入全新的模式，对推动我国导航系统研发事业的健康可持续发展发挥着重要作用。在最优的组织导航系统研究中，能够在国防领域有广泛应用，不仅为相关人员提供更为精确的数据信息内容，而且有助于推动国防建设事业的可持续发展。