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。