惯性导航、GPS卫星导航、加速度传感器详解

一、GPS卫星导航系统

GPS卫星导航系统,是按照GPS卫星提供的地理位置信息,以及导航前规划的线路,引导用户行车的一个系统。

一文带你看懂惯性导航和GPS卫星导航结合的应用

二、惯性导航

之前有介绍,惯性导航其实是最开始使用的导航系统之一。 惯性导航是一种根据测量运动物体的加速度,并自动进行积分运算,获得运动物体瞬时速度和瞬时位置数据的技术。 惯性导航系统通常安装在运动物体内部,工作时无需依赖外部提供信息就能进行导航,不容易受到干扰,是一种独立式导航系统。

惯性导航的优势和限制

惯性导航具有体积小、低成本、高精度、不依赖外界信息、抗干扰性极强、隐蔽性好等特点。

惯性测量装置通常包括加速度计和陀螺仪。加速度计是测量物体的加速度,陀螺仪又被叫做角速度传感器,是测量角速度的。使用这些装置记录的参数就可以计算并导航了。 但是因为采样频率通常很高(一秒内几十甚至几百次),因此累积起来误差比较容易扩大,因此长期使用惯性导航会导致误差很大,因此惯性导航适合在短时间内使用。

惯性导航的应用

在失去地理位置的时候,惯性导航系统知道速度、车辆的地理位置、行车路线等信息。联系实际加速度传感器提供的加速度,可以按照二次积分的方式计算出加速度产生的位移,然后按照初始速度计算出速度产生的位移,进而推算出车辆最新的地理位置。这样,在没有GPS卫星信号的情况下仍然可以使用惯性导航。因此在车载导航领域,惯性导航以后的应用多是和GPS卫星导航系统结合起来使用。

一文带你看懂惯性导航和GPS卫星导航结合的应用

三、加速度传感器

GPS是根据接收卫星发送的信号计算出自身地理位置的,当GPS导航设备被遮挡后,GPS设备就无法定位了。

遮挡的情况很多,比如车顶、高架路、房屋、隧道、地下车库等。这时候可以根据速度、时间、距离的关系,按照最后一次GPS信号计算的速度,来推测可能的地理位置。

如果在隧道内、高架桥梁下等路段车辆是匀速运动,这个方法可能很好的实现导航。但是如果减速了,就会出现地图上的车位很快的跑到了隧道终点,然后停下来等着。反之,如果加速了,就会出现车位走了一半,然后突然跳出隧道。

要解决这两种情况就需要加速度传感器。有了加速度,就能更好的推测当前的速度,从而解决上述问题。

加速度传感器是一种可以测量加速力,将加速度转换为电信号的电子设备。它是使用牛顿第二定律A=F/M,根据相互作用力导致传感器内部敏感部件发生变形,通过测量其变形并用相关电路转化为电压输出,得到相应的加速度信号。

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