GPS/INS整合系統設計與實驗

Abstract

全球定位系統(Global Positioning System, GPS)已是廣泛應用的導航工具，舉凡在交通科技、通訊設備抑或是軍事武器上皆有全球定位系統的應用。 但是GPS在使用上，常侷限於環境干擾的影響，使GPS接收機所接受到的衛星訊號品質不良，無法獲得準確即時之導航定位的功能。本研究利用慣性感測器（Inertial Navigation System, INS）中加速規(Accelerometer)與陀螺儀(Gyroscope)的自主量測性能，開發出GPS/INS整合式導航系統，緩解GPS訊號中斷的問題。 由於INS誤差包含隨機性誤差(Stochastic Error)與確定性誤差(Deterministic Error)，定位誤差會隨時間增大。本研究利用時間序列與系統識別的方法，建立隨機誤差模型，再用以修正INS的隨機性誤差；再者，利用靜態校正方法並於動態時配合使用延伸型卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter)，即可在GPS訊號良好時估測INS感測器之確定性誤差，在GPS訊號中斷時使用校正過的INS進行定位，利用GPS與INS相互輔助的特性，用以提供更佳的導航資訊。 本研究依據載具在二維平面上的運動方程式，建立二維GPS/INS整合式導航系統。該系統的適用性先以SPIRENT GPS 模擬器測試，再以富士通(Fujitsu)所開發GPS/INS儀器進行實驗。經測試與實驗，本研究所發展的定位系統於真實環境下確實可改善整合定位效果。