一種新型GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)

尹路明+張志恒+張小朋

摘 要： 利用三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)提出一種新型GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)。首先推導(dǎo)了這種組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程，然后給出了松組合方式的濾波方程。最后用實(shí)測算例對這種新型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，相比于SINS系統(tǒng)、傳統(tǒng)的DR系統(tǒng)，這種DR系統(tǒng)在車載系統(tǒng)應(yīng)用中具有更好的優(yōu)勢；而且這種組合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠很好地提高單一導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。

關(guān)鍵詞： GPS； DR； GPS/DR 組合導(dǎo)航；Kalman濾波

中圖分類號： TN966?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0136?03

A new GPS/DR integrated navigation system

YIN Lu?ming， ZHANG Zhi?heng， ZHANG Xiao?peng

（Beijing Global Information Center of Application and Exploitation， Beijing 100094， China）

Abstract： In this paper， a new GPS/DR integrated navigation system consisting of three gyros and one odometer is presen?ted. The state equation of this integrated navigation system is deduced. The filtering equation of the loose integration mode of this new GPS/DR system is given. The new GPS/DR integrated navigation system was verified by actual calculation. The result shows that the new DR system has more superior than SINS system and traditional DR system， and this new GPS/DR integrated navigation system can improve the navigation accuracy the simplex navigation system.

Keywords： GPS； DR； GPS/DR integrated navigation； Kalman filtering

航位推算（Dead?Reckoning，DR）和全球定位系統(tǒng)（GPS）是目前在陸地車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中最常用的兩種定位技術(shù)。但低成本DR系統(tǒng)定位誤差隨時(shí)間累積，不能單獨(dú)、長時(shí)間地使用[1?3]。而當(dāng)GPS衛(wèi)星信號受到遮擋時(shí)，又無法給出定位解或者定位精度很差。由此可見，單獨(dú)的DR、GPS系統(tǒng)均不能提供車輛導(dǎo)航所需的精確、連續(xù)、可靠的定位導(dǎo)航信息。通過組合導(dǎo)航技術(shù)，可以將上述兩種具有很強(qiáng)互補(bǔ)性的導(dǎo)航系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，構(gòu)成GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)[4?6]。以往的DR系統(tǒng)可以是由一個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)或者一個(gè)加速度計(jì)組成的一種二維系統(tǒng)，也可以是SINS系統(tǒng)。本文提出一種新型DR系統(tǒng)，由三個(gè)低成本陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成，它既不同于傳統(tǒng)的DR系統(tǒng)也不同于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS）。傳統(tǒng)的DR系統(tǒng)缺少高程信息，因此導(dǎo)航精度不高；而SINS需要安裝三個(gè)加速度計(jì)來測量比力，增加了設(shè)備的成本。

1 新型GPS/DR系統(tǒng)狀態(tài)方程

以地固坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)13維，分別為載體的位置（3維）、速度（3維）、姿態(tài)（3維）、陀螺漂移（3維）以及里程計(jì)刻度因子誤差（1維）[4，7]。則系統(tǒng)狀態(tài)方程為[7]：

[Xk=Fk，k-1Xk+GkWk] （1）

其中：[Xk=（δxδyδzδxδyδzφxφyφzεxεyεzk）T；][Fk，k-1]為連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：

[Fk，k-1=03×3I3×3a13×3a23×303×3a33×303×3a43×301×1a53×303×303×3-ΩeieReb01×103×303×303×3Tg03×303×303×303×303×3Tk，][I3×3]為單位陣，[Ωeie]為[00ωeT]的反對稱陣，[Ωeie=0-ωe0ωe00000]，[ωe]是地球旋轉(zhuǎn)角速度，[Reb]是載體坐標(biāo)系向地固坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，[Tg]，[Tk]分別為陀螺儀和里程計(jì)誤差的相關(guān)事件。從[Fk，k-1]的表達(dá)式可以看出，與GPS/INS的狀態(tài)方程類似，但因?yàn)榧铀俣扔?jì)換成里程計(jì)，與速度有關(guān)的系數(shù)不同，這里暫時(shí)用[a]代替，下面再做討論。[Gk]為系統(tǒng)的動態(tài)噪聲矩陣；[Wk]為系統(tǒng)的過程白噪聲矢量。

將上式離散化簡寫可得：

[Xk=Φk，k-1Xk-1+wk] （2）

式中：[Xk，][Xk-1]分別為[k]和[k-1]歷元的狀態(tài)向量；[wk]為動力學(xué)模型噪聲向量，其協(xié)方差陣為[Σwk；][Φk，k-1]為離散后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。

一般來說，GPS/INS組合導(dǎo)航的時(shí)間間隔比較短，狀態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣可依據(jù)下式得到：

[Φk，k-1=exp（Fk，k-1Δt）≈1+Fk，k-1Δt] （3）

下面討論[Φk，k-1]陣中與速度有關(guān)的系數(shù)。

載體坐標(biāo)系中，由里程計(jì)可以得到載體的瞬時(shí)速度[Vb=（0v0）T，]轉(zhuǎn)換成地固坐標(biāo)系的速度為：

[Ve=RebVb] （4）

對上式微分：

[δVe=δRebVb+RebδVb=ΩRebVb+RebδVb=ΩVe+RebδVb=-Ωeε+R12vR22vR32v?k] （5）

式中[Ωe]是[Ve]的反對稱陣，[Ωe=0-vezveyvez0-vex-veyvex0]。

2 新型GPS/DR系統(tǒng)觀測方程

三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的DR系統(tǒng)力學(xué)編排與INS系統(tǒng)類似，計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣[Reb]的過程完全一致，這里就不詳細(xì)介紹，見參考文獻(xiàn)[7]。這里主要介紹由載體速度計(jì)算載體在地固坐標(biāo)系中的位置和速度：

[VDR，k=RebVbk=R12vR22vR32v] （6）

[rDR，k=rDR，k-1+VeΔt] （7）

式中：[v=ffactor×pulse，][ffactor]是尺度系數(shù)，[pulse]是脈沖數(shù)，[rDR，k-1，][rDR，k]分別為DR推算的[k-1，][k]時(shí)刻的位置，[Δt]為采樣間隔。

采用松組合方式，取GPS和DR輸出的位置和速度之差作為觀測量，構(gòu)造量測方程。設(shè)GPS、DR在地固坐標(biāo)系中的位置和速度輸出分別為[rGPS，][VGPS]和[rDR，][VDR，]則令：

[Lk=rGPS-rDRVGPS-VDR] （8）

誤差方程為：

[Vk=AkXk-Lk] （9）

式中：[Ak]為量測矩陣，[Ak=I3×303×303×3I3×303×303×303×303×301×101×1，][Lk]為觀測向量，其協(xié)方差陣為[Σk，][Vk]為殘差向量，[Xk]為狀態(tài)參數(shù)向量。

3 Kalman濾波

結(jié)合狀態(tài)方程（2）和觀測方程（8），可得濾波解為：

[Xk=Xk+Kk（Zk-HkXk）] （10）

濾波增益矩陣為：

[Kk=ΣXkHTk（HkΣXkHTk+Σk）-1] （11）

預(yù)測向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=Φk，k-1ΣXk-1ΦTk-1+Σwk-1] （12）

狀態(tài)向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=（HTkΣ-1kHk+Σ-1Xk）-1] （13）

4 計(jì)算與比較

本文算例所用數(shù)據(jù)采集于2007年，GPS/DR組合系統(tǒng)安裝在汽車上，試驗(yàn)路線如圖1所示。DR采樣頻率為100 Hz，GPS數(shù)據(jù)采樣周期為0.1 s，組合周期為0.1 s。算例中，下列參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)確定：陀螺漂移和里程計(jì)刻度因子誤差相關(guān)時(shí)間分別為600 s，100 s，初始方差分別取1.0 deg/h和0.001；初始位置誤差為5 m，5 m，7 m；初始速度誤差為0.1 m/s；初始平臺失準(zhǔn)角誤差分別為100.0 s，100.0 s和500.0 s。參考“真值”取高精度的載波相位雙差計(jì)算結(jié)果。

圖1 行車軌跡

首先，為了比較這種方法單獨(dú)導(dǎo)航的效果，GPS不參與導(dǎo)航，只是每10 s進(jìn)行一次修正。下面給出SINS、一個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR1）、三個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR3）在維度方向的導(dǎo)航誤差，分別如圖2～圖4所示。

從圖2～圖4可以看出，SINS由于加速度計(jì)的誤差較大、二次積分的誤差以及車輪的碰撞、剎車等造成單獨(dú)導(dǎo)航誤差較大；而DR1系統(tǒng)由于是二維系統(tǒng)，缺少觀測俯仰角和翻滾角，所以單獨(dú)到航的誤差也較大；DR3系統(tǒng)結(jié)合了SINS系統(tǒng)和DR1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。

圖2 SINS緯度方向誤差

圖3 DR1緯度方向誤差

圖4 DR3緯度方向誤差

圖5～圖7是DR3系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)組合導(dǎo)航的誤差圖，GPS單獨(dú)到航的精度15 m左右。

圖5 GPS/DR3 x方向誤差

圖6 GPS/DR3 y方向誤差

圖7 GPS/DR3 z方向誤差

從圖5～圖7可以看出，GPS/DR組合提高了導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

5 結(jié) 論

由三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS無法工作時(shí)，能夠充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度；而在GPS能夠正常工作時(shí)，能夠相互輔助，提高了了整體導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳秋平，萬德鈞，徐曉蘇，等.車載GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究及其濾波算法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，27（2）：55?59.

[2] 房建成，申功勛，萬德鈞，等.GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波模型的建立[J].控制理論與應(yīng)用，1998，15（3）：385?389.

[3] 房建成，申功勛，萬德鈞.一種自適應(yīng)聯(lián)合卡爾曼濾波器及其在車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1998，6（4）：1?6.

[4] 寇艷紅，張其善，李先亮.車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29（3）：264?268.

[5] 寇艷紅，張其善，李先亮.車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合新方案[J].遙測遙控，2002，23（1）：7?12.

[6] 柴艷菊，歐吉坤.GPS/DR組合導(dǎo)航中一種新的數(shù)據(jù)融合算法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2005，30（12）：1048?1051.

[7] 董緒榮，張守信，華仲春.GPS/INS組合導(dǎo)航定位及其應(yīng)用[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1998.

式中[Ωe]是[Ve]的反對稱陣，[Ωe=0-vezveyvez0-vex-veyvex0]。

2 新型GPS/DR系統(tǒng)觀測方程

三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的DR系統(tǒng)力學(xué)編排與INS系統(tǒng)類似，計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣[Reb]的過程完全一致，這里就不詳細(xì)介紹，見參考文獻(xiàn)[7]。這里主要介紹由載體速度計(jì)算載體在地固坐標(biāo)系中的位置和速度：

[VDR，k=RebVbk=R12vR22vR32v] （6）

[rDR，k=rDR，k-1+VeΔt] （7）

式中：[v=ffactor×pulse，][ffactor]是尺度系數(shù)，[pulse]是脈沖數(shù)，[rDR，k-1，][rDR，k]分別為DR推算的[k-1，][k]時(shí)刻的位置，[Δt]為采樣間隔。

采用松組合方式，取GPS和DR輸出的位置和速度之差作為觀測量，構(gòu)造量測方程。設(shè)GPS、DR在地固坐標(biāo)系中的位置和速度輸出分別為[rGPS，][VGPS]和[rDR，][VDR，]則令：

[Lk=rGPS-rDRVGPS-VDR] （8）

誤差方程為：

[Vk=AkXk-Lk] （9）

式中：[Ak]為量測矩陣，[Ak=I3×303×303×3I3×303×303×303×303×301×101×1，][Lk]為觀測向量，其協(xié)方差陣為[Σk，][Vk]為殘差向量，[Xk]為狀態(tài)參數(shù)向量。

3 Kalman濾波

結(jié)合狀態(tài)方程（2）和觀測方程（8），可得濾波解為：

[Xk=Xk+Kk（Zk-HkXk）] （10）

濾波增益矩陣為：

[Kk=ΣXkHTk（HkΣXkHTk+Σk）-1] （11）

預(yù)測向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=Φk，k-1ΣXk-1ΦTk-1+Σwk-1] （12）

狀態(tài)向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=（HTkΣ-1kHk+Σ-1Xk）-1] （13）

4 計(jì)算與比較

本文算例所用數(shù)據(jù)采集于2007年，GPS/DR組合系統(tǒng)安裝在汽車上，試驗(yàn)路線如圖1所示。DR采樣頻率為100 Hz，GPS數(shù)據(jù)采樣周期為0.1 s，組合周期為0.1 s。算例中，下列參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)確定：陀螺漂移和里程計(jì)刻度因子誤差相關(guān)時(shí)間分別為600 s，100 s，初始方差分別取1.0 deg/h和0.001；初始位置誤差為5 m，5 m，7 m；初始速度誤差為0.1 m/s；初始平臺失準(zhǔn)角誤差分別為100.0 s，100.0 s和500.0 s。參考“真值”取高精度的載波相位雙差計(jì)算結(jié)果。

圖1 行車軌跡

首先，為了比較這種方法單獨(dú)導(dǎo)航的效果，GPS不參與導(dǎo)航，只是每10 s進(jìn)行一次修正。下面給出SINS、一個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR1）、三個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR3）在維度方向的導(dǎo)航誤差，分別如圖2～圖4所示。

從圖2～圖4可以看出，SINS由于加速度計(jì)的誤差較大、二次積分的誤差以及車輪的碰撞、剎車等造成單獨(dú)導(dǎo)航誤差較大；而DR1系統(tǒng)由于是二維系統(tǒng)，缺少觀測俯仰角和翻滾角，所以單獨(dú)到航的誤差也較大；DR3系統(tǒng)結(jié)合了SINS系統(tǒng)和DR1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。

圖2 SINS緯度方向誤差

圖3 DR1緯度方向誤差

圖4 DR3緯度方向誤差

圖5～圖7是DR3系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)組合導(dǎo)航的誤差圖，GPS單獨(dú)到航的精度15 m左右。

圖5 GPS/DR3 x方向誤差

圖6 GPS/DR3 y方向誤差

圖7 GPS/DR3 z方向誤差

從圖5～圖7可以看出，GPS/DR組合提高了導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

5 結(jié) 論

由三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS無法工作時(shí)，能夠充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度；而在GPS能夠正常工作時(shí)，能夠相互輔助，提高了了整體導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳秋平，萬德鈞，徐曉蘇，等.車載GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究及其濾波算法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，27（2）：55?59.

[2] 房建成，申功勛，萬德鈞，等.GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波模型的建立[J].控制理論與應(yīng)用，1998，15（3）：385?389.

[3] 房建成，申功勛，萬德鈞.一種自適應(yīng)聯(lián)合卡爾曼濾波器及其在車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1998，6（4）：1?6.

[4] 寇艷紅，張其善，李先亮.車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29（3）：264?268.

[5] 寇艷紅，張其善，李先亮.車載GPSDR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合新方案[J].遙測遙控，2002，23（1）：7?12.

[6] 柴艷菊，歐吉坤.GPS/DR組合導(dǎo)航中一種新的數(shù)據(jù)融合算法[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2005，30（12）：1048?1051.

[7] 董緒榮，張守信，華仲春.GPS/INS組合導(dǎo)航定位及其應(yīng)用[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1998.

式中[Ωe]是[Ve]的反對稱陣，[Ωe=0-vezveyvez0-vex-veyvex0]。

2 新型GPS/DR系統(tǒng)觀測方程

三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的DR系統(tǒng)力學(xué)編排與INS系統(tǒng)類似，計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣[Reb]的過程完全一致，這里就不詳細(xì)介紹，見參考文獻(xiàn)[7]。這里主要介紹由載體速度計(jì)算載體在地固坐標(biāo)系中的位置和速度：

[VDR，k=RebVbk=R12vR22vR32v] （6）

[rDR，k=rDR，k-1+VeΔt] （7）

式中：[v=ffactor×pulse，][ffactor]是尺度系數(shù)，[pulse]是脈沖數(shù)，[rDR，k-1，][rDR，k]分別為DR推算的[k-1，][k]時(shí)刻的位置，[Δt]為采樣間隔。

采用松組合方式，取GPS和DR輸出的位置和速度之差作為觀測量，構(gòu)造量測方程。設(shè)GPS、DR在地固坐標(biāo)系中的位置和速度輸出分別為[rGPS，][VGPS]和[rDR，][VDR，]則令：

[Lk=rGPS-rDRVGPS-VDR] （8）

誤差方程為：

[Vk=AkXk-Lk] （9）

式中：[Ak]為量測矩陣，[Ak=I3×303×303×3I3×303×303×303×303×301×101×1，][Lk]為觀測向量，其協(xié)方差陣為[Σk，][Vk]為殘差向量，[Xk]為狀態(tài)參數(shù)向量。

3 Kalman濾波

結(jié)合狀態(tài)方程（2）和觀測方程（8），可得濾波解為：

[Xk=Xk+Kk（Zk-HkXk）] （10）

濾波增益矩陣為：

[Kk=ΣXkHTk（HkΣXkHTk+Σk）-1] （11）

預(yù)測向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=Φk，k-1ΣXk-1ΦTk-1+Σwk-1] （12）

狀態(tài)向量的協(xié)方差陣為：

[ΣXk=（HTkΣ-1kHk+Σ-1Xk）-1] （13）

4 計(jì)算與比較

本文算例所用數(shù)據(jù)采集于2007年，GPS/DR組合系統(tǒng)安裝在汽車上，試驗(yàn)路線如圖1所示。DR采樣頻率為100 Hz，GPS數(shù)據(jù)采樣周期為0.1 s，組合周期為0.1 s。算例中，下列參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)確定：陀螺漂移和里程計(jì)刻度因子誤差相關(guān)時(shí)間分別為600 s，100 s，初始方差分別取1.0 deg/h和0.001；初始位置誤差為5 m，5 m，7 m；初始速度誤差為0.1 m/s；初始平臺失準(zhǔn)角誤差分別為100.0 s，100.0 s和500.0 s。參考“真值”取高精度的載波相位雙差計(jì)算結(jié)果。

圖1 行車軌跡

首先，為了比較這種方法單獨(dú)導(dǎo)航的效果，GPS不參與導(dǎo)航，只是每10 s進(jìn)行一次修正。下面給出SINS、一個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR1）、三個(gè)陀螺儀一個(gè)里程計(jì)的DR系統(tǒng)（DR3）在維度方向的導(dǎo)航誤差，分別如圖2～圖4所示。

從圖2～圖4可以看出，SINS由于加速度計(jì)的誤差較大、二次積分的誤差以及車輪的碰撞、剎車等造成單獨(dú)導(dǎo)航誤差較大；而DR1系統(tǒng)由于是二維系統(tǒng)，缺少觀測俯仰角和翻滾角，所以單獨(dú)到航的誤差也較大；DR3系統(tǒng)結(jié)合了SINS系統(tǒng)和DR1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。

圖2 SINS緯度方向誤差

圖3 DR1緯度方向誤差

圖4 DR3緯度方向誤差

圖5～圖7是DR3系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)組合導(dǎo)航的誤差圖，GPS單獨(dú)到航的精度15 m左右。

圖5 GPS/DR3 x方向誤差

圖6 GPS/DR3 y方向誤差

圖7 GPS/DR3 z方向誤差

從圖5～圖7可以看出，GPS/DR組合提高了導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

5 結(jié) 論

由三個(gè)陀螺儀和一個(gè)里程計(jì)組成的GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS無法工作時(shí)，能夠充分考慮地勢不平坦的因素，采用三個(gè)陀螺儀測量載體的三個(gè)姿態(tài)角，利用車載系統(tǒng)只有向前運(yùn)動的特點(diǎn)，采用里程計(jì)避免利用加速度計(jì)，從而達(dá)到較高的導(dǎo)航精度；而在GPS能夠正常工作時(shí)，能夠相互輔助，提高了了整體導(dǎo)航的精度，發(fā)揮出GPS或者DR單獨(dú)導(dǎo)航所無法發(fā)揮的優(yōu)勢。

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