导航与定位技术(李晋)遥测遥控课件.pptVIP

导航与定位技术本课程将探讨导航与定位技术的原理、方法和应用。涵盖GPS、北斗、惯性导航、视觉导航等技术。

导论本课程介绍导航与定位技术，涵盖GPS、惯性导航、组合导航等技术。课程内容还涉及遥测遥控技术，讲解其原理、组成、应用等方面。

导航与定位技术位置确定导航技术利用各种传感器和算法，确定物体在空间中的位置和方向。路径规划导航技术可以规划最优路线，帮助物体到达目的地。状态监测导航技术可以监测物体运动状态，提供速度、方向和时间等信息。

定位技术的分类11.卫星定位技术GPS、北斗、伽利略等卫星导航系统，利用卫星信号进行定位。22.地面定位技术利用地面基站或发射器进行定位，如无线电定位、基站定位。33.惯性导航技术利用惯性传感器测量加速度和角速度，推算位置和速度。44.组合导航技术将多种定位技术结合，以提高定位精度和可靠性。

GPS系统基本原理1卫星信号接收GPS接收机接收来自至少四颗卫星的信号。2时间测量接收机精确测量每个信号从卫星到接收机的时间。3距离计算根据信号传播时间和光速，计算接收机与每颗卫星的距离。4三维定位利用四颗卫星的距离信息，计算出接收机的三维坐标。

GPS系统组成GPS系统由三部分组成：空间部分、控制部分和用户部分。空间部分包含了24颗GPS卫星，它们分布在六个轨道平面上，运行在地球表面上空约20,200公里处。控制部分由地面监控站、主控站和数据处理中心组成，负责监控卫星运行状态、上传导航信息和更新卫星数据。用户部分是指使用GPS接收机接收卫星信号的用户，例如手机、汽车导航系统和飞机等。

GPS定位流程1信号接收GPS接收机接收卫星信号2时间同步接收机与卫星时间同步3距离计算计算接收机与卫星距离4位置确定三维坐标位置计算GPS接收机根据卫星信号和时间信息，计算接收机与卫星之间的距离，最终确定接收机的位置信息。

GPS信号GPS卫星通过发射无线电波来传递导航信息。信号包含时间信息、卫星位置信息、卫星轨道信息。接收机通过分析信号，计算自身位置和时间。

GPS误差及其来源误差来源卫星钟差，会影响时间同步，进而影响距离测量。大气层折射，会导致信号传播路径发生偏差，影响定位精度。多路径效应，信号反射到接收机，造成时间延迟，影响距离测量。误差类型随机误差，是不可预测的，例如大气延迟或多路径效应造成的误差。系统误差，是可预测的，例如卫星钟差或轨道误差。

差分GPS技术基站信号修正差分GPS系统利用基站提供精准的信号修正，提高定位精度。误差补偿差分GPS系统通过校正卫星信号误差，提升定位精度。数据传输移动接收机接收基站的修正数据，提高定位精度。

惯性导航系统惯性导航系统不依赖外部信号，通过内部传感器测量运动信息，如加速度和角速度。运动信息利用这些信息，可以计算出物体的位置、速度和姿态，无需依赖外部参考信号。应用场景飞机、导弹等卫星、潜艇等

惯性导航系统原理惯性测量单元惯性导航系统使用惯性测量单元(IMU)来测量加速度和角速度。计算位置和速度利用这些测量值，系统通过积分计算出物体的速度和位置。参考框架惯性导航系统需要一个参考框架，通常是地球坐标系，以进行计算。误差累积由于IMU测量误差和地球旋转的影响，惯性导航系统存在误差累积问题。

惯性导航系统优缺点优点独立自主，无需外部信号。不受外界干扰，应用范围广。缺点精度随时间累积误差。系统成本较高，维护复杂。

组合导航技术优势互补组合导航技术将GPS和惯性导航系统优势相结合，提高定位精度和可靠性。应用广泛组合导航技术在无人驾驶汽车、航空航天、军事等领域得到广泛应用。提高安全性组合导航技术提高了航行安全性和可靠性，减少了事故发生的可能性。

组合导航的基本原理组合导航系统通过融合来自不同导航系统的测量数据，例如卫星导航和惯性导航，以提高定位精度、可靠性和可用性。1数据融合将不同导航系统的测量数据进行融合处理。2信息互补利用不同导航系统的优势来弥补其劣势。3精度提升提高定位精度和可靠性。数据融合的核心在于算法，通过对不同导航系统数据的加权处理，得到最优的定位结果。信息互补指的是利用不同导航系统在不同环境下的优势，例如在遮挡环境下，惯性导航系统可以弥补卫星导航系统的不足。

卫星导航和惯性导航组合优势互补结合卫星导航的全球覆盖性和惯性导航的短时间高精度特性，实现更可靠、更高效的导航定位。提高精度利用惯性导航系统的测量数据对卫星导航信号进行校正，克服信号遮挡和多路径效应的影响，提高定位精度。增强鲁棒性当卫星导航信号失效时，惯性导航系统可以提供持续的导航信息，确保系统在恶劣环境下的稳定运行。

实际应用案例导航与定位技术应用广泛，如航空航天、军事应用、车载导航、农业应用、地理信息系统等。例如，无人驾驶汽车依靠GPS系统进行定位和导航，确保安全行驶。现代农业利用GPS技术进行精细化