导航技术论文
导航技术论文
导航是引导某一设备，从指定航线的一点运动到另一点的方法。学习啦小编整理了关于导航的技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!
导航技术论文篇一
导航定位技术研究
【摘 要】本文针对导航定位技术的研究现状，给出单一定位技术GPS所存在定位盲区不足问题，给出组合导航定位解决的方法。
【关键词】导航;无线定位;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
众所周知，跟踪定位运动的目标，关键在于获取到目标的位置信息，通过目标的位置信息构成一定的运动轨迹，从而确定目标的运动方向。在目前的无线导航定位技术中，常用的GPS定位技术，但由于GPS定位技术存在盲区[1]，比如下在地方停车场位置、深山峡谷中、高楼大厦间等地理区域都存在严重的定位盲区，使得GPS卫星信号收到严重的遮挡，从而无法确定目标的位置信息，不能判断目标的运动方向，导致跟踪任务的失败。因此，出现很多新的无线导航定位技术，例如，GLONASS、伪卫星定位技术、中国北斗定位技术、电视定位技术、室内定技术、UWB定位技术、无线传感网络定位技术等等，这些新技术的出现，解决了单一定位技术所存在的难点问题。
1 无线定位导航
所谓导航的概念指的是一门科学，而该科学指的是目标用户的位置变化情况。在平时人们的活动当中，几乎每一个人都会涉及到各种各样的导航形式，比如说学生走路去学校，是依靠同学们使用他们的眼睛以及地标等信息，但是在某些情况下人们还需要使用其它的导航信息，并且该信息要与地标等信息不相同，如设置在汽车里的里程表等装置，来为人们提供更为准确的位置坐标信息[2]，以及到达目的地所需要的具体时间长短。与此同时，市场上还存在一些通过发射电子信号来实现定位功能的较为复杂的导航装置，他们被称为无线电导航装置。此时，人们可以利用这些信号，来定位出目标用户的位置坐标信息。
2 GPS定位技术
全球定位系统(GPS)可以对全球目标用户提供位置、速度以及时间[2]信息等相关数据，在航空、海上以及陆地等诸多领域都得到了广泛的应用。然而它的高精度性能等优点是依赖于几何精度因子的好坏程度，如果GPS卫星布局好，则几何精度因子低，最终定位精度误差小，满足实际需要。当采用GPS卫星来获取目标的位置信息，一般至少需要4颗卫星信号来完成，如果卫星信号越多，定位效果越好，但是此时的计算量非常大，一般在满足定位精度的前提下，采用尽可能少的定位卫星来参与定位计算，减少计算的工作量。
当用户在空旷的区域，同一时刻可以接收到的卫星信号在8颗左右，足够用来完成用户的定位，此时的卫星信号充足，接收机可以选用几何精度因子好的组合卫星来参与定位解算，求解出目标的位置信息。然而在实际使用中的难点在于，目标处于运动的状态，当它运动在深山峡谷中，或者运动到高楼耸立的楼层间时，很多卫星信号会收到遮挡，GPS卫星轨迹在设计时，是保证地面上同一时刻在毫无遮挡的情况下，至少可以接收到4颗卫星信号，然而，当被遮挡后，少于4颗卫星信号，用户根本无法定位，接收机接收不到足够的卫星，从而无法正常工作。
另外，GPS接收机系统在定位开始时，需要先进行冷定位启动，而这个启动工作一般情况下是需要花费几分钟，如果说在这个启动的时间段内，正好存在着生命危险的情况发生，则冷启动的时间就会耽搁对生命的援救。再者，加上美国国防部对GPS采用选择可用性政策，使得在某些特殊的情况下，比如说处于战争时期或者是两国关系非常紧张的时期，在这个阶段内，其他国家想要继续采用GPS卫星来进行定位目标就会受到严重的干扰。最后，通过研究发现，GPS的较高精度性能主要是集中在水平方向上，由于受到电离层、对流层延迟误差等众多因素的影响，导致采用它来定位目标时，在垂直方向上精度较差，并且其误差通常是水平方向上的2倍或者3倍左右，很难满足一些精密应用场合的要求。
3 组合导航定位技术
因GPS定位技术在使用过程中存在某些缺陷，目前的导航定位技术组合采用组合定位方式[3]，在GPS卫星信号不足的情况下，采用其他导航定位方式来弥补它的不足，比如说，可以采用俄罗斯GLONASS系统进行组合，这些不同系统的导航定位原来大体上相似，因此在同一时刻可以观测到的卫星信号就增多，为解决定位盲区的难题提供了一种很好的方案，但是两种不同导航卫星的组合方式，又存在数据融合定问题，需要进一步考虑不同组合卫星下的导航方式。同时，如果用户运动到室内，这两种卫星信号都接收不到时，需要采用其他的组合方式，如无线传感网络定位技术、室内定位技术、UWB定位技术等等。
4 结论
本文介绍了导航定位技术的发展状况，阐述了GPS定位所存在的不足，通过采用组合导航定位技术的方法可以解决单一导航定位的难题。
【参考文献】
[1]谭述森.卫星导航定位工程[M].北京：国防工业出版社，2007，3：1-15.
[2]贾广泛.卫星基导航定位接收机信息处理的方法[D].中国科学院研究生院，2008，6：21-26.
[3]陈浩，范胜利，刘建业.GPS/Galileo组合导航定位系统中的选星算法[J].弹箭与制导学报，2009，29(4)：13-15.
导航技术论文篇二
惯性导航技术浅析
摘要：本文介绍了惯性导航技术的发展过程并分析了主流的光纤陀螺技术和新兴发展中的磁悬浮转子陀螺技术的原理和特点。并对他们的发展前景做了简要阐述。
关键词：惯性导航技术;光纤陀螺;原理;特点;
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
中图分类号：TN965.7+2文献标识码：A文章编号：
1引言
惯性测量系统是一种导航定位技术，具有全天候、快速多能和机动灵活等优点。为大地测量、工程测量作业等提供了新的技术手段。惯性测量系统利用惯性导航的原理同时获取多种大地测量数据，包括经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差等。使得测量作业向自动化和全能型逐步发展。
2、 光纤陀螺
2.1原理
光纤陀螺是基于萨格奈克效应的新型光学陀螺，其工作原理类似于环形激光陀螺。萨格奈克效应是一种与媒质无关的纯空间延时，从同一光源发出的光分束成两束相同特征的光在同一闭合光路中以相反的方向传播，最后汇聚到原来的分束点，但如果闭合光路所在平面相对于惯性空间存在转动动作，则正反两束光所传播的光程将不同，于是产生光程差，这就是萨格奈克相移。采用多匝(N匝)的光纤光路可以增强萨格奈克效应，加大萨格奈克相移，并使光纤陀螺的光路尺寸大大减小。萨格奈克相移的数学表述如下式：
式中，A是光路平面的面积，是工作波长，c为光速，Ω为垂直于光路所在平面的转动角速度。可见，当波导几何参数和工作波长确定后，相位差的大小便只与系统旋转的速度有关，这就是用光纤陀螺检测转动角速度的工作原理。
光纤陀螺的分类按其结构和原理可分为干涉式光纤陀螺(I-FOG)、谐振式光纤陀螺(R-FOG)、光纤型环形激光陀螺(FRLG)、布里渊光纤陀螺(B-FOG)。而I-FOG按结构分类又可分为开环和闭环两种，还按其相位解调方式分类等。
表征光纤陀螺的性能优劣主要是输入动态范围、精度、标度因数、偏置漂移等参数。根据不同的实际应用性能需求，如今己发展出以下4种主要的干涉式光纤陀螺结构。
(l)开环全保偏光纤陀螺：精度低、成本低，早期采用模拟电路，现己基本采用数字信号处理，漂移率也提高到1°/h左右。
(2)开环单模消偏光纤陀螺：精度低、低成本，采用消偏器，采用处理电路基本和上一种相似，性能稍好于前一种。
(3)闭环全保偏光纤陀螺：精度高(可达到10-a。/h) ,高成本，采用数字电路，卞要应用于空间技术、军事应用和科学研究。
(4)闭环单模光纤陀螺：成本相对前一种光纤陀螺低，精度高(可达到0. 0035 /h)，采用特殊消偏技术，数字电路，制作难度大。
2.2 特点
光纤陀螺与以往陀螺仪(如传统的机械陀螺)相比，具有无机械转动部件，灵敏度高等特点;与环形激光陀螺仪相比，它不需要光学腔的精密加工，不需要机械偏置和高压，容易制造，易于集成，寿命更长;而与微机电式的陀螺仪相比，在技术指标和环境适应性上具备优势。因此，作为一种旋转角速度测量仪器，光纤陀螺最大的优点就是耐用和高性价比。
光纤陀螺是众多种陀螺中唯一的没有活动部件，以固定状态工作并在恶劣的环境中长寿命正常工作(上百万小时)的陀螺，机械式陀螺和激光陀螺不可能达到这些要求。
3、磁悬浮转子陀螺
3.1 超导陀螺
在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，超导体具有完全抗磁性，这一现象被称为Meissner(梅西纳)效应。此时，靠近超导体表面，磁场的磁力线与超导体表面严格平行。对超导体表面的任一点，磁场产生的对超导体的作用力将与该点处的超导体表面垂直。利用超导Meissner效应可以实现超导磁悬浮。超导陀螺磁悬浮系统，超导转子、球形腔、外部磁场和形成磁通路的超导体形成了超导陀螺的支承系统。陀螺仪置于超低温(材料的超导转变温度以下)环境中，将线圈通电，产生的磁场激起超导体中的电流，产生强大磁场。由于超导转子的完全抗磁性，该磁场会对转子产生斥力，这些斥力构成的合力，将转子支承于其中心。处于悬浮状态的转子在壳体内高速旋转，产生陀螺效应。
由于超导性，超导体中的电流一经激起，便会永不消失，因此超导陀螺具有能耗少的优点;且超导线圈的磁场比较稳定，因此超导悬浮的可靠性很高;转子悬浮，克服了摩擦力对转子转动的影响，转子可以达到更高的转速和更少的磨损，因此超导陀螺具有精度高、损耗少的优点。但是，就目前来说，存在很多问题限制了它的发展和应用。首先由于超导效应的产生需要超低温，超导陀螺必须工作在超低温环境中，这是超导陀螺面临的最大困难。高温超导材料的研究成为超导陀螺发展和应用的关键所在。目前超导陀螺的应用仅仅局限在宇航等高科技领域。其次加工精度要求高，超导陀螺对转子和球形腔的非球性有严格要求，应将其控制在0.5以内。最后，虽然超导陀螺的支承系统有自动定中功能，但外作用力会使转子产生无阻尼振荡.应使用转子偏移控制系统来减轻外力的影响，并采用减少转子问隙、增大超导线圈的磁通等力一式增加其悬浮刚度。
3.2 磁悬浮转子微陀螺
微机械陀螺是随着MEMS技术的发展而产生的一种新型陀螺。它具有体积小、重量轻、功耗低、抗过载能力和可靠性高、能适用于较为恶劣的环境条件等优点，可广泛应用于汽车安全、电子玩具运动设备、振动监控、GPS系统、机器人控制等民用领域，同时也是航空、航天等领域运载器控制系统或惯性导航、制导系统必不可少的重要敏感器件。日前的研究主要集中在微机械振动陀螺，它是利用振动质量被基座带动旋转时产生的哥氏加速度来对角速度进行测量的。由于木身固有的正交耦合误差以及微加工技术中存在的一些困难，振动式微陀螺的精度很低，漂移精度停留在10 ~100/h的水平，尚无法达到普通陀螺的精度。
如果将电磁悬浮技术和MEMS技术结合起来，利用电磁悬浮技术使陀螺微转子和衬底分开，同时利用MEMS技术使陀螺微型化和平面化，可望制成一种高性能的微陀螺。同振动式微陀螺相比具有以下优点：
(1)精度高。可以获得很高的转速，具有很高的精度。
(2)带宽和灵敏度调整方便。悬浮系统的有效弹性常数只与施加的电磁力有关，只需调整电磁力的人小，便可能动地调整带宽和灵敏度
(3)可以实现多轴测量。悬浮的转子具有较高的自由度，可以同时测量两轴角速度和二轴线加速度。使用两个位置正交的陀螺仪便可构成一个完整的惯性测量系统，大大降低器件的尺寸和研制成本。
6参考文献
[1]周世勤.新型惯性技术的发展[ J ].飞航导弹，2002，22 (3)：94～101.
[2]李新刚，袁建平.微机械陀螺的发展现状[ J ].力学进展，2003，33 (3)：289～300.
[3]陈树林.数字化测图的应用与发展[ J ].西部探矿工程，2009，B03：1～4.
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