固定路徑條件下結合GPS、里程計與電子地圖之整合式導航系統

Abstract

GPS是當前最先進的衛星導航定位系統，可在任何時間、天候、地點，進行快速即時性的定位，目前大多數的汽車已安裝GPS接收機，並配合電子地圖幫助駕駛者找到捷徑及目的地，對導航具有革命性的影響。但是GPS接收機，有最低可視衛星數目的限制，及衛星幾何結構較差導致誤差放大等的缺點。 在日常生活中，我們可以見到，鐵道上的火車、行進在公車專用道上的公車，或是行駛在高速公路路肩的警車、救護車，都有行進在固定路徑的共同特性。且由於許多的交通工具均配備里程計，並安裝GPS接收機及電子地圖。而本論文利用這些基本的資源及配備，藉由結合GPS、里程計及配合電子地圖輸出的數位化資訊，當我們已經知道載具的行駛路徑，也就是基於行駛在固定軌道的假設前提下，搭配電子地圖所輸出的高度限制條件，設計一個整合導航系統，藉此來提升導航的精準度。 載具在都市環境中行進，常遇到衛星遮蔽及衛星組態較差的情況。當接收機觀測到三顆衛星或是遇到衛星幾何結構較差的情況時，本文利用高度資訊來協助定位。高度資訊式，可從電子地圖取得，或可從衛星條件良好時取得。本論文在已知高度條件的前提下，從GPS接收機得到的虛擬距離觀測量，加上高度限制條件的輔助之下，對傳統的定位方法做改良。使得接收機在觀測到三顆衛星時，可進行定位。且在衛星幾何結構較差的情況下，能使PDOP下降，讓定位精度提高。 從電子地圖之資訊，經由數學推導，可得到道路切線之角度，藉由此角度來修正導航行進之方向。最後利用延伸型卡門濾波器結合GPS、里程計及道路切線角度三個觀測量，實現一套整合式導航系統。實驗部分，在自行車上加裝了磁鐵感應式自製里程計，透過繞行操場固定跑道的方式，利用後處理的分析，來驗證本論文所提出的想法。