張帆人臺灣大學:電機工程學研究所王昭凱Wang, Jhao-KaiJhao-KaiWang2010-07-012018-07-062010-07-012018-07-062009U0001-1707200915462000http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/188108GPS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。摘要 ibstract iii目錄 vii目錄 viii一章 緒論 1.1 研究背景 1.2 研究方向 2.3 論文架構 3二章 座標系統與GPS簡介 5.1 座標系統 5.1.1 地心慣量座標系統 (Earth Centered Inertial) 5.1.2 地心地固座標系統 (Earth Centered Earth Fixed) 6.1.3 WGS84座標系統 (World Geodetic System, 1984) 7.1.4 當地水平座標系統 (Local-Level System) 8.1.5 座標系統間之座標轉換 9.2 全球定位系統簡介 11.2.1 太空導航衛星部分(Space Segment) 11.2.2 地面追蹤控制部分(Control Segment) 12.2.3 使用者接收機部分(User Segment) 13.3 全球定位系統基本定位演算法 14.3.1 虛擬距離觀測量 14.3.2 虛擬距離觀測量表示式 15.3.3 最小平方法 16.4 輔助定位之資源與設備 17.4.1 電子地圖 17.4.2 里程計 19三章 高度條件輔助定位演算法 21.1 高度條件輔助關係式 21.2 權重型最小平方法 25.3 實驗結果 29.3.1 實驗架構 29.3.2 接收機簡介 29.3.3 僅有三顆衛星數時的高度條件輔助定位實驗 31.3.4 衛星分佈幾何結構較差時(PDOP>2)的定位實驗 33四章 整合式導航系統架構 37.1 電子地圖輔助 37.1.1 曲線擬合 38.1.2 道路切線方向角度觀測量 39.2 卡門濾波器原理與設計 42.2.1 卡門濾波器簡介 42.2.2 延伸型卡門濾波器 44.2.3 研究設計與流程 46.3 系統架構 50.4 實驗結果 51.4.1 實驗架構 51.4.2 實驗設備 51.4.3 自行車繞操場實驗 53五章 結論與未來展望 61.1 結論 61.2 未來展望 62考文獻 635433266 bytesapplication/pdfen-US高度限制條件電子地圖卡門濾波器height constraintdigital mapEKFthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/188108/1/ntu-98-R96921008-1.pdf