陀螺儀的創新應用—電子羅盤

多年以來,研究人員花費極大的代價,使GPS在航空與航海的應用中成功地實

現了慣性導航與GPS一體化的解決方案。在某些特定的城市環境下,GPS接收

機的定位不精確限制了它的廣泛使用,產生不精確定位的原因包括:

1-多路徑效應:建築物對GPS信號的反射

2-陰影:城市中高樓與高樓之間形成的“峽谷”內、濃密的植被下,信號接收效果

較差

3-在隧道、地下停車廠造成的信號失鎖

4-在接收信號差的地區延長了初始化時間

5-一些動態影響,如汽車大幅度增速與減速等。

當GPS精度不能滿足應用要求時,必須採用GPS接收機增強系統。如車輛導航

系統的電子地圖儲存在車輛傳感器的CD-ROM中,進行粗略定位、導行、轉彎

等,系統必須與儲存的地理信息數據匹配,從而確定車輛的位置。這種通過系

統屏幕顯示和語音引導為駕駛員指明方向的自主導航系統運行比較穩定,並且

在日本、歐洲、美國得到了廣泛應用,但成本較高。

車輛定位中的應用固態陀螺儀的成本較適合於汽車導航系統,由於它的條件限

制,必須額外小心使用。於是,人們專門開發了一種汽車用羅盤定位系統,用

速度傳感器測量速度,當後退時用轉彎燈指示。小型的擺動光柱或陀螺儀測量

轉彎率,這種陀螺儀只需5V的直流電便可運行,有大約22mV/度/秒的敏感性

。0度/秒(陀螺儀偏差電壓)相當於約2.5V ,為了確定行車的前進方向,從陀

螺儀的輸出結果減去陀螺儀偏差電壓,將結果代入,相對於初始行駛方向產生

一個方向變化。

由於現代微處理器技術的發展,以上計算很容易,但是必須克服幾個問題:系

統必須精確測量陀螺儀偏差電壓以確保通過算法處理沒有轉譯成大的導航誤差

。陀螺儀偏差隨著周圍的溫度而變化,同時電子和機械產生的噪音也影響輸出

信號。陀螺儀偏差隨著周圍的溫度而變化,同時電子和機械產生的噪音也影響

輸出信號。羅盤定位系統就是要在關鍵時刻發揮作用,即當GPS不能提供正確

服務時,它必須能處理傳感器誤差。

GPS慣性羅盤定位系統通過仔細的信號處理和傳感器管理,我們可以獲得車輛

行駛的地面距離,利用這些測量值和標準導航等式,羅盤定位系統可計算出一

個慣性位置。不管傳感器多貴,信號處理算法多好,無法解釋的殘餘誤差將累

積,最後導致慣性導航不起作用。