【導(dǎo)讀】operatoriscloseto(iv).

　　

【正文】 e realtime position of the vehicle, and the shortest route to travel from one place to another or the route that takes the shortest time to travel. A plete navigation system is also supplemented by realtime display of the position of the vehicle on a map. Besides, at a central control station, a wireless data munication link is also required between each vehicle and the control station. Intelligent Transport System (ITS) is an area of interests to many researchers as well as government transport departments. Beside the functionality of a basic land vehicle navigation system discussed above, an ITS may also include features such as automatic toll paying, intelligent control of traffic signals, etc. The block of satellite signals by objects such as tall buildings, bridges, pedestrians, and surrounding vehicles is a major problem for satellite based land vehicle navigation ,especially in dense and high rise cities like Hong Kong ,Therefore, it is often necessary to supplement a satellite based positioning system with additional sensors such as passes, odometers and INS. To achieve the required positioning accuracy in difficult areas while keeping the cost of the navigation system low is still an area of research. Marine Navigation The foremost requirement of a marine navigation system is to provide information on the position and direction of a ship when traveling on an open sea. It is also necessary Marine navigation can use a single GPS receiver, DGPS or the more sophisticated systems such as a GNSS depending on the navigational requirements. 5 CONCLUSIONS In this paper , an introduction to GPS has been given 。 various GPSbased positioning methods , including using a single GPS receiver , differential GPS, GPS aided with additional sensors and information , were discussed 。an overview of the development f GPS based navigation technology has been given。 and some existing systems for air , land and marine navigation have also been briefly reviewed . GPS is a new and powerful tool for many positioning applications such as surveying and navigation. It offers an unprecedented coverage both spatially and in time. The system is easy to apply and provides a high positioning accuracy at a relatively low cost to the end user. The major disadvantages of GPS include the requirement of line of sight to GPS satellites and multipath errors. It seems clear that, to provide safer, more efficient and less costly means of navigation services, satellitebased navigation system will be an integrated system consisting of different sensors and technologies and it will provide global coverage and interoperability with integrity. 自動定位技術(shù) 1 定位技術(shù) 傳統(tǒng)的直接定位是依靠天文學(xué)上的觀測。恒星的相對位置和運(yùn)動可以很好的加以分類，所以結(jié)合它們的高度、方向、時間的觀測，有關(guān)地面測站的經(jīng)緯度可以被計算出來。如今對直接定位的需求較少，因為大多數(shù)國家已經(jīng)建立了基本水平控制網(wǎng)，對于包括一個國家基準(zhǔn)點(diǎn)的任一新的局部測量，測區(qū)中的絕對位置都能被確定。 在那些非常偏僻的地區(qū)，或者那些完全不適合三角測量和導(dǎo)線測量方法的地區(qū)而 且又需要進(jìn)行直接定位，大多數(shù)這些工作對可見恒星的觀測已經(jīng)被電磁測量或通過人造衛(wèi)星觀測所替代。另外，對測站的相對位置能直接被 慣性技術(shù)所測定，該技術(shù)最被發(fā)展成為航天導(dǎo)航技術(shù)。 慣性定位 它起源于早期的軍事應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)，目前發(fā)展成為一個三維測量系統(tǒng)，其硬件設(shè)施包括（ 1）慣性測量單元；（ 2）一臺計算機(jī)；（３）一臺記錄裝置；（４）一臺顯示和控制單元；（５）能量供應(yīng)裝置。這些可被安裝于公路交通工具或直升飛機(jī)上，只要顯示和控制裝置接近操作人員。 慣性測量單元包括一個陀螺穩(wěn)定平臺，其中在四個平衡環(huán)的支撐平臺上有兩個氣承陀螺儀，它將保持空間東北方向的三個軸間的垂直關(guān)系。每一軸上均有一個加速計的感應(yīng)轉(zhuǎn)矩，它將通過連接計算機(jī)中的量化系統(tǒng)確定在特殊方 向上的加速度。當(dāng)它工作時，通過預(yù)編程序來計算并控制系統(tǒng)，如圖１。 圖 1 在開始測量前，一個定位鉆頭將在初始測站定位，通常需要一個小時之久（對于一些嚴(yán)格的測量則需要 4 個或更多小時）。其自身的水準(zhǔn)平臺將與當(dāng)?shù)劂U垂線垂直并且通過極點(diǎn)平行于指北軸，如此則加速計將向著北東及垂直向下方向，同時計算機(jī)監(jiān)測器這一主要系統(tǒng)將通過卡爾曼濾波程序估計初始條件，這一程序包括調(diào)整輸出目的軟件，卡爾曼濾波通過對比在測量過程中產(chǎn)生的誤差加強(qiáng)對整個系統(tǒng)過程的評估，從而優(yōu)化那些 導(dǎo)航儀器中可能包含的固定誤差。 當(dāng)定位完成后，測量員存入已知點(diǎn)的坐標(biāo)及測站的高度，同時開始導(dǎo)線測量。垂直方向的運(yùn)動通過加速計感知，在 16 毫妙的瞬間到達(dá)計算機(jī)的信號解算出其始點(diǎn)與測站間的距離。 在自動測量中， Z 軸增量累積高差，而其他兩個增量被用來在預(yù)編程序參考橢球中的經(jīng)緯度值。計算機(jī)同樣也指導(dǎo)平臺轉(zhuǎn)矩來安置平臺，使通過調(diào)整過程的北方向與橢球相切。 安置大約每隔 4 分鐘停止一次，進(jìn)行零速度更新。這將需要三十秒時間使平臺重新水平，與當(dāng)?shù)卮怪?，有效地?fù)置垂直角零度值。如上所述先前的計算和平臺轉(zhuǎn)矩與參考橢球有關(guān)，因此利用 轉(zhuǎn)矩來重新安置水平線是一種用來測量垂直偏差引起定向改變的方法。車輛靜止時，加速計的讀數(shù)應(yīng)為零，而且為綜合整體速度。所以當(dāng)卡爾曼濾波詳細(xì)審查這些數(shù)據(jù)時，其能夠建立由漂移產(chǎn)生的非線性加速計誤差，利用這些加速計誤差觀察漂移改變的幾率。由于漂移經(jīng)過 4 分鐘后精確分析是不可能的，糾正后平臺將重新置平。 現(xiàn)在測量過程常連續(xù)更換停站點(diǎn)及停在那些發(fā)生相同變化過程的測站上。在鐘點(diǎn)測站上，已知點(diǎn)的坐標(biāo)及高度作為更新的信息被輸入進(jìn)去，開始進(jìn)行零速度的更新?？柭鼮V波進(jìn)行均勻調(diào)整從而分配閉合差到各測站點(diǎn)。測量數(shù)據(jù)和改正結(jié)果將記錄于存 儲器中。 導(dǎo)線測量通常在同一測站測量兩個方向，偏差將表現(xiàn)為在對齊平臺上陀螺漂移的影響。當(dāng)在高程相似的陸地上使用時，如果兩點(diǎn)間距達(dá)到 10km，則標(biāo)準(zhǔn)差可達(dá)到177。 。 英國 Ferranti 制造的通信系統(tǒng)， 1980 年 1 月 17 日在 New Giril Engineer 上報了這一參考值在高速公路建設(shè)中的價值。這一報道特別提級他們的慣性道路測量儀，而且表明這一系統(tǒng)適合于陸地測量、建井測量及水下測量。 2 GPS在導(dǎo)航上的應(yīng)用 前言 全球定位系統(tǒng) (GPS)這些年在許多領(lǐng)域包括測量、大地測量、地理信息系統(tǒng)（ GIS）、氣象學(xué)、地球動力學(xué)已經(jīng)成為熱門話題。這可能是 GPS 包含許多優(yōu)點(diǎn)：它解決了許多我們無法解決或我們感到很難解決的問題，也加強(qiáng)了我們比以前更好的處理許多事情的能力。導(dǎo)航系統(tǒng)就是其中之一， GPS 的發(fā)展使這一系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化。 這篇文章將總述 GPS 在導(dǎo)航中的應(yīng)用。首先簡要介紹 GPS 的原理，接下來將討論在導(dǎo)航中不同的 GPS 定位方法，最后預(yù)見基于 GPS 的海陸空導(dǎo)航系統(tǒng)。 GPS 定位原理 GPS 是建立在衛(wèi)星基礎(chǔ)上的一種被動定位系統(tǒng)，最初設(shè)計只是在軍事上所用。它的持續(xù)發(fā)展是由美國國防部支持的，這一系統(tǒng)現(xiàn) 用于軍事和民用，獲取一天 24 小時當(dāng)中任何時候的天氣條件，世界任何地方的高精度位置、速度及時間信息。這一在 1993 年 12 月宣布達(dá)到了最初的運(yùn)行能力（ IOC），在 1995 年 4 月又宣布達(dá)到了完全運(yùn)行能力（ FOC）。 GPS 的組成 通常將 GPS 分為三部分： 空間部分，包括 GPS 衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道在離地球表面 20， 000KM 之上。 GPS 的完全運(yùn)行能力包括 24 顆活動衛(wèi)星。目前有 27 顆可運(yùn)行衛(wèi)星，其中 3 顆備用衛(wèi)星，用來替換那些當(dāng)超過服務(wù)期的衛(wèi)星。 GPS 中的主要部分是用來發(fā)送和接受的天線，兩個巨大的覆蓋太陽能電池板的機(jī)翼，用來積累提供衛(wèi)星運(yùn)行所需的能量。此外，還有原子鐘，其精確度達(dá)到 1 秒 /3000，000 年。 控制部分包括 5 個監(jiān)測站、 3 個注入站、 1 個主控站。監(jiān)測站被動的跟蹤所有可見衛(wèi)星，收集測距數(shù)據(jù)。所跟蹤收集到數(shù)據(jù)被發(fā)送到主控站，從而確定衛(wèi)星的軌道同時更新每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文。更新的信息通過注入站發(fā)送到各個衛(wèi)星之中。 用戶部分是有接受機(jī)的任何人，例如：測量人員，導(dǎo)航人員及 GIS 數(shù)據(jù)采集人員。 圖 2 圖 3 GPS 衛(wèi)星發(fā)送的信號由粗碼（ C/A 碼）和精碼（ P 碼）兩種編碼及導(dǎo)航電位所組成。編碼就像一系列 1 及 0 的幅值（如圖 2）按一定的序列排列組合。 C/A 碼用于標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（ SPS），適用于所有用戶，它所提供的定位精度大約為水平方向 100m，垂直方向 156m，達(dá)到 95%置信度。 P 碼用于精密定位服務(wù)（ PPS），且只能被那些授權(quán)用戶所訪問，諸如美國軍方及其同盟國，其提供的點(diǎn)位精度大約為水平 方向 15m，垂直方向 25m，達(dá)到 95%置信度。 GPS 導(dǎo)航電文包括諸如以下的信息：衛(wèi)星軌道參數(shù)，時鐘參數(shù)及每一顆有源衛(wèi)星年鑒的近似數(shù)據(jù)。 GPS 使用 L 波段上的兩個載頻承載如上所述的衛(wèi)星信號。 L1 載波波長 19cm（ ）， L2 載波波長 24cm（ ）。兩種波長均為微波，能夠穿透大氣層。L1 載波承載 C/A 及 P 碼，而 L2 載波中僅有 P 碼，兩種載波中均承載有導(dǎo)航電文。 對于那些要求比較高的用戶，如：測繪人員，利用編碼信息來定不能滿足他們所需求的厘米或毫米級精度。在這種情況下，利用觀測的 L1 或者 L2 波段或者使用 L1， L2 波段也能進(jìn)行定位。 GPS 工作原理 GPS 通過測距進(jìn)行定位測量， GPS 衛(wèi)星的運(yùn)行軌道已經(jīng)知道，因此可以求得任一時刻衛(wèi)星的位置。因此，如果能測出地球表面或其附近上的任一點(diǎn)到 3 顆或更多顆 GPS 衛(wèi)星的距離，那么這一點(diǎn)的三維坐