- 學位論文
使用差分衛星全球定位系統之整合式車輛導航器
Integrated Vehicle Navigator Using Differential GPS
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摘要
衛星全球定位系統(Global Positioning System, GPS)目前已廣泛的使用 於陸、海、空之導航與定位，其中以應用於陸地上之環境條件較複雜， 對 GPS 之定位影響較大，特別是在都市環境操作時衛星信號易受遮蔽， 而影響 GPS 導航車輛之功能。傳統上 GPS 配合位置推算器 ( Dead- Reckoning, DR )使用，可於 GPS 衛星信號受環境遮蔽時，繼續利用位置 推算器提供車輛導航位置資訊。利用 GPS 進行車輛之導航定位，除須克 服環境遮蔽因素外，定位準確度亦限制車輛導航所能應用之領域。 GPS 為美國國防部發展，運用衛星技術之導航定位系統，其開放給一般（非授 權）的使用者，僅提供 100 米 (2dRMS) 之準確度，雖可滿足一般導航應 用，然尚未達準確度需求較高之車輛導航應用。本文中提出以差分衛星全 球定位系統 ( Differential Global Posi-tioning System， DGPS )， 配合位置推算器之整合式差分衛星全球定位車輛導航器之架構。位置推算 器由車輛里程表(Odometer)測距儀與磁性羅盤(Magnetic Compass)方位儀 組成，能單獨獲得位置資訊，唯具有誤差累積特性。其主要誤差分別為尺 度誤差(Scale Error)；方位偏差 (Bias)。 DGPS 可在 GPS 既有的準確 度限制之下，即時提供準確度 10 米（2dRMS）之位置資訊進行車輛導航 定位。唯於都市環境操作時，衛星信號及 DGPS 修正參數之資料傳輸同樣 易受遮蔽影響。因此於導航器中整合處理 DGPS 信號及位置推算器信號， 使車輛於都市街道中，仍能利用整合系統之信號，不間斷的自動導航車輛 。以往 C.B. Harris 與 J.K. Krakiwsky 曾建立一 7 個狀態卡曼濾波器 之 GPS/DR 整合導航器：X,Y;Vx,Vy; 兩個尺度誤差,方位偏差。其架構於 二維座標系統，較不適於廣域使用。 T. Isuifuji, K. Sihmada.與 M. Higashiguchi 等人在其模擬實驗裡提出 8 個狀態卡曼濾波器之 GPS/ DR 整合資料處理：X,Y,Z;Vx,Vy,Vz;時序,時序漂移。其將地球假設成圓 形下使用 3 維座標系統，但未考量尺度誤差及方位偏差。本文以 3 維圓 形座標系統進行 10 個狀態卡曼濾波器之 GPS/DR 整合資料處理模擬：X, Y,Z;Vx,Vy,Vz;時間,時間漂移;尺度誤差,方位偏差。並於文中推導 3 維 橢圓座標系統卡曼濾波器之角度量測估測參數，使車輛導航器於廣域使用 時亦能維持相同之準確度。