基于GPS的循迹机器人控制系统设计(5)
统、 GPS 导航系统、视觉导航系统以及基于传感器数据导航系统等 [ 7 ]
应用较为广泛 。
现对几种不同导航方式的 优点和缺陷 进行分析 ：
① 航迹推算导航系统 ， 是通过积分增量的方式测量 ， 得到 机器人相对初始位置的
距离和方向 ， 确定机器人的位置 。 它具有不依赖外部信息 ， 具备完全的自主性的 特 点 ，
但是 随着时间的延续， 其增量积分所产生的误差会不断积累， 因而 机器人航线 越 长 ，
测量误差 越 大 [ 8 ]
。
② 无线传感网络 系统 ， 是由大量密布在监控区域 内 、 具有通信与计算能力的微小
传感节点 组成 。 他们 以无线方式连接 ， 构成自治测控网络系统 。 它可以在不能或不宜
进行卫星导航的场合，作为卫星导航系统有益的补充。
③ 视觉导航系统 ， 是将 摄像机拍摄 的 周围场景 图像 ， 经 各种图像处理方法 处理后 ，
提取导航 、 路径规划 、 蔽障等参数 ， 来 实现机器人局部路径规划 。 视觉导航 的 定位精
度 高 ，但计算复杂 ，且受 场景范围局限。
④ 基于传感器数据导航系统。很多机器人都装配有用于导航的非视觉传感器 ， 如
常见的超声波传感器 、 红外线传感 、 触觉传感和雷达系统等 ， 这些传感 器 在机器人局
部导航和蔽障处理中显现出较大优势 ， 且计算量较小 、 实时性较高 。 但其也有导航信
息单一、简单等弱点。一般情况下，常结合其他导航方式实现综合导航 [ 9 ]
。
⑤ GPS 导航系统 。 24 颗卫星的分布使得在全球任何地方 、 任何时间都可观测到 4
颗以上的卫星 ， 并能保持 提供 良好定位解算精度的几何图像 。 GPS 导航系统 以其高精
度 、 实时性 、 全球全天候 、 多用途等特点 ， 近些年来被广泛应用 。 定位精度 优于 15m 。
综合比较各种导航方式后， 考虑 GPS 导航系统具有全球全天候定位、定位精度
高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作简便、应用广泛等优势， 选择 GPS 导
航系统的 信息作为机器人定位的主要信息。
（ 2 ） GPS 导航系统
GP S 是英文 “ Global Positioning System ” 的缩写 ， 意为 “ 全球定位系统 ” , 以其高精度 、
实时性 、 全球全天候 、 多用途等特点 ， 近些年来被广泛应用 。 GPS 系统由三大部分组
成 ： 空间部分 —— 24 颗工作卫星 ； 地面监测系统 —— 包括一个主控站 、 三个注入站和
五个监测站；用户设备部分 —— GPS 信号接收机。其导航原理是 GPS 卫星正常工作
时 ， 会不断地用 1 和 0 二进制码元组成的伪随机码发射导航电文 （ 导航电文包括卫星
星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息 ） ，当用户接收
到导航电文时 ， 提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比 ， 便可得知卫星与用户的
距离 ， 再利用导航电文中的卫星星历数据 ， 推算出卫星发射电文时所处位置 ， 综合多
颗卫星的数据，即可得知用户在 WGS-84 大地坐标系中的具体位置速度等信息 [ 10 ]
。
在移动导航中 ， GPS 定位精度通常受到 多个干扰源 的影响 ， 如 卫星信号状况和道
路环境 、 卫星和接收机的时钟误差、大气传播延迟、多路径效应和接收机噪音等 。 因
而 接收到的卫星信号可能是突发的、断续的，甚至 致使 GPS 导航系统 很难工作 [ 1 1 ]
。
目前有以下几种提高 GPS 导航定位精度的方法：
① 民用级非差分 GPS 导航系统 。 通常 ， 当卫星信号强度在 45dB 以上 ， 信号视为