GPS與MEMS_IMU組合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、GPS 與 MEMS 2IM U 組合導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀3安 亮 , 王可東(北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院 , 北京 100083 摘 要 :介紹了硅微慣性測量單元 (M EMS -IMU 的發(fā)展和應(yīng)用情況 , 針對目前低成本 、小型化的應(yīng)用要求 , 分析了 GPS 和 M EMS -IMU 各自的優(yōu)缺點(diǎn)和進(jìn)行組合導(dǎo)航的可行性 。 提出了 GPS 與 M EMS -IMU 的組合模式 , 系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù) 。關(guān)鍵詞 :GPS ;M EMS ; IMU ; Kalman 濾波 ; 中圖分類號 :U666 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :A 2 03200502051 引言M EMS (2Systems ,即微機(jī)電

2、系統(tǒng) , 術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的 , 集 微型傳感器 、 執(zhí)行器 、 信號處理與控制電路 、 接口電 路 、 通信 和電 源 于 一 體 的 微 型 機(jī) 電 系 統(tǒng) 。基 于 M EMS 技術(shù)的慣性傳感器是微機(jī)電系統(tǒng)研究和發(fā)展的最重要的方向之一 1, 主要包括 M EMS 陀螺 儀和加速度計(jì) 。目前 , GPS/INS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)獲得了廣 泛的應(yīng)用 , 尤其在軍事領(lǐng)域 。但組成 INS 的慣性 傳感器普遍比較昂貴 , 限制了其應(yīng)用范圍 。隨著 M EMS 技術(shù)的不斷進(jìn)步 , 基于 M EMS 技術(shù)的慣性 傳感器性能也不斷提升 , 當(dāng)前 M EMS 慣性傳感器 的性能已達(dá)

3、到中等精度 , 能滿足大量戰(zhàn)術(shù)武器的使 用要求 。 由于 M EMS 慣性傳感器采用集成電路的 加工工藝制造而成 , 能夠大批量生產(chǎn) , 因此成本很 低 , 而且體積很小 , 尤其適合構(gòu)建微型 、 低成本的 GPS/INS 組合導(dǎo)航系統(tǒng) , 在眾多的民用和軍用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景 。2 M EMS 慣性傳感器發(fā)展現(xiàn)狀M EMS 陀螺與液浮 、 激光等陀螺相比 , 在性能方面還有很大差距 , 但其性能提高的很快 , 目前 M EMS 陀螺儀的性能已達(dá)中等精度 , 其中微機(jī)械振動陀螺儀已被驗(yàn)證的分辨率約為 1100°/h 。,M EMS 陀螺儀的性能極限是 0. 01°/h

4、, 在工程上可以實(shí)現(xiàn) 10°/h 的精度 。微機(jī)械加速度計(jì)的零偏穩(wěn)定性已達(dá) 23g , 工程上可以達(dá)到的精 度為 1×10-4g , 潛在的精度還可以提高一個(gè)數(shù)量 級 , 能夠滿足大量戰(zhàn)術(shù)武器的使用要求 2。我國從 20世紀(jì) 80年代末開始了 M EMS 技術(shù) 的研究 , 在 M EMS 慣性器件方面開展了大量的研 究工作 , 取得了長足的進(jìn)步 。 國內(nèi)公開發(fā)表的文獻(xiàn) 表明 , 我國研制的振動輪式 M EMS 陀螺零偏穩(wěn)定 性達(dá)到 70°/h , 隨機(jī)游走噪聲達(dá)到 30°/h Hz 1/2。但 與國外發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距 , 主要體現(xiàn)在 批量生產(chǎn)時(shí)

5、性能的穩(wěn)定性 、 器件的完好率都有待提 高 3。M EMS 2IMU (Inertial Measurement U nit 是 基于 M EMS 技術(shù)的慣性測量單元 。 它集成了硅微 加速度計(jì)及硅微陀螺儀 , 是一種新型的捷聯(lián)慣導(dǎo)系 統(tǒng) 。 其典型結(jié)構(gòu)及工作原理如圖 1所示。圖 1 微慣性測量單元工作原理05 GNSS World of China/2008. 33收稿日期 :2008202227 M EMS -IMU 繼承了傳統(tǒng) SINS (St rapdown Inertial Navigatio n System 的特性 :完全自主式 、 保密性強(qiáng) (在軍事應(yīng)用領(lǐng)域尤為重要 、 不存在

6、信號 的電磁干擾 、 全天候 、 機(jī)動靈活 ; 同時(shí) , 它又具有傳 統(tǒng) SINS 所無法比擬的優(yōu)點(diǎn) :尺寸小 、 重量輕 、 成本 低 、 功耗小 、 壽命長 、 可靠性高 、 動態(tài)范圍寬 、 響應(yīng)速 度快和便于安裝調(diào)試等 。 因此 , 其研究工作日益受 到重視 , 應(yīng)用前景也越來越廣闊 , 尤其在軍事領(lǐng)域 具有很強(qiáng)的應(yīng)用需求 , 是當(dāng)今慣性技術(shù)發(fā)展的一個(gè) 重要方向 。國外一些慣性技術(shù)領(lǐng)域的著名研究機(jī)構(gòu) , 如 Draper 實(shí)驗(yàn)室和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (J PL 等對低成 本 、 戰(zhàn)術(shù)級的 M EMS -IMU 開展了大量研究 , 成 效顯著 4。 國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu) , 如清華大學(xué)和東南 大學(xué)

7、等也進(jìn)行了一系列的研究 ,展 。3 GPS/M3. 1 MEMS 2IMU將 M EMS 2IMU 與 GPS 組合使用 , 則可充分 發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢 、 取長補(bǔ)短 , 完成較高精度導(dǎo) 航任務(wù) , 是目前 M EMS 2IMU 應(yīng)用的主要方式 。 3. 1. 1 M EMS 2IMU 與 GPS 組合優(yōu)勢(1 系統(tǒng)精度提高利用 GPS 的 長 期 穩(wěn) 定 性 與 高 精 度 彌 補(bǔ) M EMS -IMU 誤差隨時(shí)間累積的缺點(diǎn) ; 在衛(wèi)星覆 蓋不好的時(shí)間段內(nèi) ,M EMS -IMU 有助于 GPS 提 高精度 。組合后的導(dǎo)航誤差實(shí)際上要比單獨(dú)的 GPS 接收機(jī)或單獨(dú)的慣導(dǎo)系統(tǒng)可能達(dá)到的誤差都

8、 小 。(2 系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)利用 M EMS 2IMU 的短期高精度彌補(bǔ) GPS 系 統(tǒng)易受干擾 、 信號易失鎖等缺點(diǎn) , 同時(shí)借助 M EMS -IMU 的姿態(tài)信息 、 角速度信息可進(jìn)一步提高 GPS 接收機(jī)天線的定向操縱性能 , 使得 GPS 系統(tǒng) 可以快速捕獲或重新鎖定衛(wèi)星信號 。另外對于緊 耦合系統(tǒng) , 慣導(dǎo)信息可以輔助 GPS 對信號的捕獲 , 提高接收機(jī)的跟蹤能力 。(3 導(dǎo)航信息全 、 輸出頻率高組合后的導(dǎo)航系統(tǒng)與 GPS 相比 , 除了可以提 供載體運(yùn)動的三維位置和速度信息外 , 還可提供加 速度 、 姿態(tài)和航向信息 ; 當(dāng)前大部分 GPS 接收機(jī)的 數(shù)據(jù)更新率為 1Hz

9、, 高性能接收機(jī)的數(shù)據(jù)更新率可 以達(dá)到 30Hz , 但它的價(jià)格非常昂貴 。組合系統(tǒng)可 以提供 100Hz 甚至高于 100Hz 的數(shù)據(jù)更新率 。 (4 實(shí)現(xiàn)小型化 、 低成本GPS 與 M EMS -IMU 都具有體積小 、 成本低 的優(yōu)點(diǎn) , 因而可以構(gòu)成性能價(jià)格比優(yōu)越的微型組合 導(dǎo)航系統(tǒng) , 有利于組合導(dǎo)航系統(tǒng)大規(guī)模的使用和拓 展新的應(yīng)用領(lǐng)域 。3. 1. 2 M EMS 2IMU 的不足與提高精度的方法 目前基于 M EMS 技術(shù)的 IMU 精度較低 , 限 制了其在組合導(dǎo)航中的進(jìn)一步應(yīng)用 。除了隨著 M EMS 技術(shù)不斷進(jìn)步從而提高器件本身的精度以 外 , 。 (、 陀螺儀等慣性器件

10、本身存在缺 , 如標(biāo)度因數(shù)誤差等 。另 外 , 在對 IMU 進(jìn)行集成的時(shí)候 , 各個(gè)器件之間的 非正交安裝會引起交叉耦合誤差 。以上這些誤差 可以通過器件標(biāo)定來加以補(bǔ)償 , 如在高精度轉(zhuǎn)臺上 對 M EMS -IMU 位置速率標(biāo)定 5等 , 以達(dá)到提高 其精度的目的 。(2 捷聯(lián)慣導(dǎo)的誤差補(bǔ)償算法載體在實(shí)際的工作中總會存在一系列振動 , 尤 其是在惡劣的高動態(tài)環(huán)境下 。這些振動會引起載 體產(chǎn)生圓錐運(yùn)動 、 劃船運(yùn)動等 , 捷聯(lián)應(yīng)用的陀螺和 加速度計(jì)將感受這些運(yùn)動從而產(chǎn)生相應(yīng)的測量誤 差 , 由此產(chǎn)生導(dǎo)航解算誤差 。 可以通過圓錐誤差補(bǔ) 償算法 、 劃船誤差補(bǔ)償算法等來減小誤差 , 提高導(dǎo) 航

11、精度 。 常用的有三子樣 、 四子樣等優(yōu)化算法 6。 3. 2 組合模式的研究GPS 接收機(jī)與 M EMS -IMU 的組合 , 根據(jù)不 同的應(yīng)用要求 , 可以有不同水平的組合 。 按組合深 度的不同 , 通常有松組合 、 緊耦合等組合形式 。 3. 2. 1 松組合模式圖 2 位置 /速度組合 圖 2為典型的位置 /速度松組合模式 。 在松組 1 52008. 3/全球定位系統(tǒng)合模式下 , GPS 接收機(jī)只是單向地為 M EMS -IMU 提供輔助的觀測信息 , 接收機(jī)本身保持著獨(dú) 立性 , 組合后 GPS 接收機(jī)的抗干擾能力以及動態(tài) 跟蹤能力沒有得到改善 。位置 /速度組合模式的優(yōu)點(diǎn)在于

12、:工程實(shí)現(xiàn)容 易 ; 組合系統(tǒng)的計(jì)算量小 , 可以滿足對實(shí)時(shí)性要求 較高的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ; 兩個(gè)系統(tǒng)仍然保持獨(dú)立工作 , 即 使某個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí) , 組合系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)工 作 , 保證測量的連續(xù)性 。其缺點(diǎn)在于 :要求可見衛(wèi) 星數(shù)目不少于 4顆 ; GPS 給出的位置和速度信息 是時(shí)間相關(guān)的 , 導(dǎo)致組合濾波器的穩(wěn)定性較差 。對于這種組合模式 , 國內(nèi)外研究的比較多 。 如 J au 2Hsiung Wang 7采用 Xsens 公司的 M T9低精 度微慣性測量單元與 GPS 組成松散組合 , 采用位 置 /速度的組合模式進(jìn)行了跑車實(shí)驗(yàn) , 進(jìn)行了驗(yàn)證 熟 , 3. 2. 2 緊耦合模式在緊

13、耦合模式下 , GPS 接收機(jī)和 M EMS 2IMU 相互輔助 。為了實(shí)現(xiàn)相互輔助作用 , 通常需要將 M EMS -IMU 和 GPS 接收機(jī)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì) 。 緊耦合模式通常使用 GPS 的偽距和偽距率信息 , 以及用 M EMS -IMU 的位 置 和 速 度 信 息 輔 助 GPS 接收機(jī)內(nèi)部的碼 /載波跟蹤回路 , 來提高 GPS 接收機(jī)的抗干擾能力和動態(tài)跟蹤能力 8。 圖 3 偽距 /偽距率組合偽距 /偽距率組合模式的優(yōu)點(diǎn)在于 :無量測輸入相關(guān)問題 , 組合系統(tǒng)的導(dǎo)航精度高 ; 在可見衛(wèi)星 少于 4顆的情況下 , 也能在較短的時(shí)間內(nèi)正常工 作 。 其缺點(diǎn)在于 :需要進(jìn)行繁瑣的星歷

14、計(jì)算和延遲 誤差補(bǔ)償 , 計(jì)算量較大 , 降低了實(shí)時(shí)導(dǎo)航性能 ; 需要 嚴(yán)格的時(shí)間同步設(shè)計(jì) ; 要求 GPS 接收機(jī)能夠給出 偽距 、 偽距率和衛(wèi)星星歷等原始測量數(shù)據(jù) 。S. G odhaM. E. Cannon 9實(shí)現(xiàn)了一種利用偽 距 /偽距率緊耦合的 GPS/M EMS -INS 組合導(dǎo)航 系統(tǒng) , 用以解決行人及車輛在城市峽谷中的導(dǎo)航定 位問題 , 取得了很好的效果 。周坤芳等 10分析了 緊耦合 GPS/INS 組合結(jié)構(gòu)中 GPS 接收機(jī)的抗干 擾性能 , 通過分析得出 :若用典型的 1n mile/h 的 慣導(dǎo)輔助 , 載波環(huán)的帶寬 BL 可減小到 2Hz , 碼環(huán) 帶寬可以減小到

15、0. 03Hz 。另外 , 用慣性導(dǎo)航輔助 的 GPS 接收機(jī) , 其跟蹤門限電平 J /S 增加 10dB , 也就是說 , 一個(gè)慣性輔助的 GPS 接收機(jī)將獲得 10dB 左右的抗干擾能力 。 3. 3 信息融合技術(shù)的應(yīng)用:可以增加系統(tǒng)余 度 ; 可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航 , 增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)動態(tài)的能力 , 并 ; 提高了空間 和時(shí)間的覆蓋范圍 , 從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的連續(xù)導(dǎo) 航等 。對 M EMS 2IMU 輸出信息和 GPS 輸出信息 , 采用不同的融合方案 , 得到的效果也是不一樣的 , 在硬件確定的條件下 , 軟件算法是決定組合效果的 關(guān)鍵因素 。 因此 , 信息融合技術(shù)也是組合導(dǎo)航系統(tǒng) 的非常關(guān)

16、鍵的技術(shù) 。 3. 3. 1 Kalman 濾波Kalman 濾波器作為一種最優(yōu)的估計(jì)工具 , 已 經(jīng)在組合導(dǎo)航中獲得了廣泛使用 。低成本 GPS/M EMS -IMU 組合導(dǎo)航系統(tǒng)也多以 Kalman 濾波 器為數(shù)據(jù)融合手段 。同時(shí)針對 Kalman 濾波器的 不足 , 發(fā)展了一系列改進(jìn)的 Kalman 濾波方法 。唐康華等 11提出了多模態(tài)自適應(yīng) Kalman 濾 波算法在 GPS/M EMS -IMU 組合導(dǎo)航中的應(yīng)用 , 該算法使系統(tǒng)的短時(shí)間靜態(tài)位置精度小于 5m , 速 度精度小于 0. 1m/s , 姿態(tài)角精度小于 0. 5°。 J. Z. Sasiadek 等 12提出

17、利用模糊邏輯自適應(yīng)控制器 (FL AC 調(diào)整擴(kuò)展卡爾曼濾波器的方法 。 FL AC 通過監(jiān)視殘差是否為零均值白噪聲 , 然后根據(jù)模糊 規(guī)則調(diào)整濾波器的指數(shù)加權(quán) , 從而使濾波器不斷執(zhí) 行最優(yōu)估計(jì) 。 通過仿真與常規(guī)擴(kuò)展卡爾曼濾波器 相比較 , 其性能優(yōu)于常規(guī)擴(kuò)展卡爾曼濾波器 。 3. 3. 2 H 濾波 從數(shù)學(xué)角度分析 , 卡爾曼濾波方法建立在 H2估計(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)上 , 要求確切已知外部干擾信號的統(tǒng) 計(jì)特性以及系統(tǒng)的動力學(xué)模型 , 正是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)卡爾 曼濾波方法缺乏魯棒性 , 在很大程度上限制了卡爾 曼濾波算法的應(yīng)用和發(fā)展 。 H 濾波是將魯棒控25 GNSS World of China/200

18、8. 3制設(shè)計(jì)中引入的性能指標(biāo) H 范數(shù)應(yīng)用于濾波 , 以解決系統(tǒng)存在的各種不確定性問題 。它將噪聲 和不確定輸入看作是能量有限的隨機(jī)信號 , 使系統(tǒng) 的干擾到估計(jì)誤差的閉環(huán)傳遞函數(shù)的 H 范數(shù)小 于給定的正數(shù) , 因此它對系統(tǒng)模型不確定誤差和不 確定性噪聲均具有很好的魯棒性 。文獻(xiàn) 13研究了 H 濾波在 INS/GPS 組合 導(dǎo)航中的應(yīng)用 , 研究結(jié)果表明在系統(tǒng)模型和外部干 擾統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化時(shí)具有明顯的魯棒性能 , 同時(shí) 估計(jì)精度也較高 。 文獻(xiàn) 14根據(jù) H 魯棒濾波理 論提出了基于 H 濾波技術(shù)的 GPS/INS 淺組合 導(dǎo)航系統(tǒng) , 并進(jìn)行了動態(tài)仿真 , 仿真結(jié)果表明該系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡

19、單 , 狀態(tài)估計(jì)精度較高 , 魯棒性好 。 3. 3. 3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì) 15較低而提出來的 。 ,值為輸入樣本值 ,狀態(tài)估值 , 然后利用 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)反饋控 制 , 以快速補(bǔ)償系統(tǒng)誤差以提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性 。 應(yīng)用 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的最大特點(diǎn)是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處 理 、 可并行計(jì)算 、 速度較快 , 對組合導(dǎo)航系統(tǒng)的模型 結(jié)構(gòu)以及統(tǒng)計(jì)特性沒有具體要求 , 但對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 在線訓(xùn)練是一個(gè)難點(diǎn) 。文獻(xiàn) 16設(shè)計(jì)了基于 Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的濾 波器 , 并且將它應(yīng)用在 GPS/INS 導(dǎo)航系統(tǒng)中 , 仿 真效果良好 。 由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和模糊推 理系統(tǒng)的推理功能的融合

20、不但使系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí) 、 自適應(yīng)的特性 , 而且提高了系統(tǒng)的性能 , 如抗干擾 能力 , 實(shí)時(shí)性等 。 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯等用于信 息融合目標(biāo)跟蹤定位也得到了人們的關(guān)注 。 3. 4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件可以分成 GPS 接收模 塊 、 M EMS 2IMU 模塊 、 導(dǎo)航解算微處理器模塊和 電源模塊等幾個(gè)主要的組成部分 , 另外還包括其它 一些輔助處理電路 。典型的硬件結(jié)構(gòu)原理圖如圖 4所示 。作為導(dǎo)航解算的微處理器部分通常使用 DSP 等高速數(shù)字信號處理器 。輔助處理電路通常選擇 FP GA 來實(shí)現(xiàn) 。 另外也可以用單片機(jī)等來實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的采集和預(yù)處理 。2004年 2月 , G

21、eorgia Tech (喬治亞理 工學(xué) 院 ,M IT (麻省理工學(xué)院 等研究單位合作開發(fā)的 導(dǎo)航系統(tǒng) , 處理器板采用最優(yōu)的 1. 3G FLO PS (浮 點(diǎn)操作每秒 快速浮點(diǎn)處理器 ; 傳感器板由數(shù)字邏 輯和傳感器組成 , 數(shù)字邏輯由 Altera 的芯片 FP 2 GA 實(shí)現(xiàn)軟核 CPU 、 5路串行口 、 一路 SPI 口以及 其它用戶邏輯組成 ; 傳感器部分包括 3個(gè) M EMS 速率陀螺 、 4個(gè) +/-10g 的 M EMS 加速度計(jì)和 4Hz 數(shù)據(jù)輸出率的 GPS 接收機(jī) 。 該導(dǎo)航系統(tǒng)性能 指標(biāo)如下 :導(dǎo)航參數(shù)輸出是 100Hz ; 板尺寸如信用 卡大小 , 為 55mm

22、 ×85mm ; 系統(tǒng)尺寸為寬 60mm , 長 90mm , 高 32mm ; 系統(tǒng)重量僅為 120g 17 。圖 4 組合導(dǎo)航系統(tǒng)典型硬件組成國內(nèi) , 南京航空航天大學(xué)導(dǎo)航研究中心的李榮 冰等 18采用 ADXRS150型號的 M EMS 陀螺以及 ADXL320型號的 M EMS 加速度計(jì)構(gòu)成了微型慣 性測量單元 , 同時(shí)采用 -Blox GPS 接收機(jī) , 利用 DSP 組成了微型組合導(dǎo)航系統(tǒng) 。此系統(tǒng)與姿態(tài)穩(wěn) 定和飛行控制系統(tǒng)一起 , 構(gòu)成微型飛行器閉環(huán)系 統(tǒng) , 以實(shí)現(xiàn)微型飛行器的自主飛行 。 經(jīng)過多次試飛 試驗(yàn)后 , 此 GPS/M EMS 2INS 已成功應(yīng)用于微型飛

23、 行器 。我國 M EMS 傳感器尚處于研究試驗(yàn)階段 , 關(guān) 于 GPS/M EMS 2IMU 集成組件的研究 , 國內(nèi)相關(guān) 報(bào)道甚少 。4 結(jié)束語基于 M EMS 技術(shù)的 IMU 和 GPS 構(gòu)成的組合 導(dǎo)航系統(tǒng) , 不僅結(jié)合了 GPS 的定位精度高和誤差 無積累的特點(diǎn) , 還結(jié)合了慣性導(dǎo)航的自主性和實(shí)時(shí) 性的優(yōu)點(diǎn) , 而且使導(dǎo)航系統(tǒng)的成本下降 , 可靠性增 加 , 精度得到提高 。國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 、 組合算法和算法的軟件實(shí)現(xiàn)等方面也做了大量工 作 19, 并且模型樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)室里經(jīng)過測試 , 組合后 系統(tǒng)解算出來的位置 、 速度誤差和姿態(tài)角均達(dá)到了 較好的精度 。近年來 , GPS

24、 接收機(jī)的研制工作進(jìn)展很快 , 成 3 52008. 3/全球定位系統(tǒng)本已大幅度下降 , 多通道 、 小型化的多路導(dǎo)航 GPS O EM 板已經(jīng)商品化 。如果將微慣性測量裝置與 多路 GPS O EM 接收機(jī)模塊設(shè)計(jì)成 GPS/INS 組合 導(dǎo)航系統(tǒng) 20, 則可得到高精度 、 高可靠性 、 耐惡劣 環(huán)境 、 極小體積 、 低成本的導(dǎo)航設(shè)備 , 其商業(yè)價(jià)值和 應(yīng)用領(lǐng)域是不可估量的 。隨著微電子 、 納米技術(shù)和集成電路工藝的進(jìn)一 步發(fā)展 ,M EMS 2IMU 的發(fā)展將會在同一微小芯片 中 , 加工出微小慣性測量單元 , 集成微處理器 , 實(shí)現(xiàn) 傳感器與處理器的一體化封裝 , 構(gòu)成芯片級的超小

25、型慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 。 另外 , 在單芯片集成的超小型慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)芯片上 , 集成衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī) , 構(gòu) 成超小型組合導(dǎo)航系 , 從而極大地改善導(dǎo)航系統(tǒng)的 工作性能 , 拓展組合導(dǎo)航的應(yīng)用領(lǐng)域 。參考文獻(xiàn) :1 Bernstein J. An sensing technologyJ.2 -13.2 蔣慶仙 . 關(guān)于 M航中的應(yīng)用前景 J.測繪通報(bào) ,2006,12(9 :5-8. 3 李榮冰 , 劉建業(yè) , 等 . 基于 M EMS 技術(shù)的微型慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 J.中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào) ,2004,12 (6 :88-94.4 K ourepenis A , Connelly J , S

26、itomer J. Low cost M EMS inertial measurement unit A .ION N TM 2 -004C.Jan 26-28,2004,California ,USA. 5 王立文 , 國琳娜 . 慣性測量裝置標(biāo)定技術(shù)研究 J.魚 雷技術(shù) ,2003,11(1 :17-19.6 秦永元 . 慣性導(dǎo)航 M .北京 :科學(xué)出版社 ,2006. 7 J au -Hsiung Wang. Intelligent M EMS INS/GPS In -tegration For Land Vehicle Navigation D .Cana 2 da :Universi

27、tyof Calgary ,2006.8 尚 捷 . MIMU 及其與 GPS 組合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究 D.北京 :清華大學(xué) ,2005.9 S. G oda. M. E. Cannon. GPS/M EMS -INS integrated system for navigation in urban areas J.GPS Solut , 2007,11(5 :193 203.10 周坤芳 , 李德武 , 周湘蓉 . 干擾環(huán)境下 GPS/INS 組合 模式研究 J.中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào) ,2004,12(4 :24 27.11 唐康華 , 吳江平 , 胡小平 . M EMS -IMU/GPS 組

28、合 導(dǎo)航中的多模態(tài) Kalman 濾波器設(shè)計(jì) J.中國慣性 技術(shù)學(xué)報(bào) ,2007,15(3 :307 311.12 J. Z. Sasiadek ,Q. Wang. Fuzzy Adaptive Kalman F -iltering for INS/GPS Data FusionC.A IAA 1999-4307R .Canada University ,1999.13 , . GPS/SINS 組 ,2001,22(4 :57 -60., 袁 信 , 林 雪 原 . 基 于 H 濾 波 技 術(shù) 的 GPS/INS 全 組 合 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 研 究 J .宇 航 學(xué) 報(bào) , 2002,23(

29、3 :15 19.15 曾連蓀 . 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理方法研 究 J.上海海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào) ,1999,20(3 :17-21. 16 朱榮生 , 吳簡彤 . 基于 Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航系 統(tǒng)的濾波估計(jì) J.舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2001,15(6 : 26-30.17 G eorgia Tech ,MIT. AVCS MU RI Program 1st A -nnual Review J.Active -Vision Control Systems , 2004,38(4 :42-47.18 李榮冰 , 劉建業(yè) , 等 . GPS/M EMS 2INS 微型組合導(dǎo) 航系統(tǒng)研究 C .中國航空學(xué)會控制與應(yīng)用第十二 屆學(xué)術(shù)年會論文集 ,2004,7:559-563.19 楊元喜