基于GPS的循迹机器人控制系统设计(6)
正常 ， 则可以工作 。 低分贝值说明卫星下降到地平线 ， 也可以由阴影或多重反射造成 。
因而 ， 在一段时间内获得稳定的 、 从相同卫星发出信号的能力 ， 是卫星可用性的关键 。
然而，即使卫星信号在一段时间内保持在 45dB 以上，也有可能突然消失 [ 1 2 ]
。
② 差分 GPS 导航系统。差分 GPS 导航系统由两套 GPS 接收机组成，其中一套
GPS 接收机静止安放于空旷位置作为 GPS 基准站，另一套则安装于机器人上，作为
GPS 移动站。通过实时分析基站与 GPS 移动站接收到的卫星信号来得到差分后的定
位结果 。 由于在进行相对定位时 ， 大部分公共误差被抵消或削弱 ， 因此定位精度将大
大提高。差分 GPS 虽然可以提供非常精确的定位信息，但是差分 GPS 的价格非常昂
贵，而且需要一个基站来提供差分信息。 GPS 系统是一种应用于室外的导航系统 ， 经
常会受到外界的干扰而出现无法接收到基站的差分信息的情况 ， 这种情况下差 分 GPs
的精度将大大的下降。而且，如果 GPS 接收机接 收 不到足够的导航卫星的信息，则
GPS 将无法提供有效的定位信息 [1 3 ]。
③ 基于卡尔曼滤波法的 GPS 导航原理。由于 GPS 的误差源很多，对各种误差建
模比较困难 。 故引用卡尔曼滤波法 ， 通过滤波部分地去掉随机误差 ， 将真实的状态最
优地估计出来。但这种方法要求对移动机器人和 GPS 误差源准确建模，比较困难，
同时会造成计算量过大 。 甚至在实际应用中 ， 由于移动机器人在动态环境下出现机动
或噪声统计特性取值不准 ， 标准卡尔曼滤波器的性能会迅速下降 。 由卡尔曼滤波器所
得到的状态估计与实际状态之间的误差也常常超出了公式的范围，出现发散现象 [1 4 ]
。
④ 综合导航系统 。 为了得到准确和稳定的导航信息 ， 经常多种导航系统被综合使
用 。 单独使用 GPS 系统为室外移动机器人提供导航服务很难达到满意的结果 ， 因此 ，
GPS 可以与一些与它有互补特性的导航系统向结合提供准确的 、 长期稳定的导航服务
[1 5 ]
。 例如 ， 航迹推算导航系统 (DR) 可以提供短时的精确的导航信息 ， 但是其导航误差
会随着时间的增长而变大 。 由于航迹推算导航系统与 GPS 导航系统 之间有互补性的
特点 ， 可以利用这点来设计 GPS/DR 综合导航系统来提供长期稳定的 、 准确的导航服
务； GPS 与测距法的融合模型，可达到使 GPS 信号误差对移动机器人的位置估计影
响降到最低的效果 ， 当 GPS 信号发生突变时，该融合模型仍提供相对准确的位置估
计 [ 1 1 ]
； 此外还有 ， GPS 系统 、 数字罗盘和超声波传感器构建路径规划系统 ， 对多个传
感器的数据进行 ， 为机器人提供导航信息 [1 6 ]
； GPS 导航仪应用电子地图 ， 协调为机器
人导航 。 对于综合导航系统来说 ， 适当的导航信息融合算法是很重要的 。 导航信息融
合算法的种类有很多 ， 包括卡尔曼滤波 、 扩展卡尔曼滤波 、 最小二乘法 、 参数模板法 、
K-means 聚类法、基于贝叶斯理论的滤波方法、专家系统法、自适应神经网络法等 。
针对 不同 的综合导航系统 ， 设计出合适的导航信息融合算法 ， 是应用综合导航系统的
首要问题 [1 5 ]。
选择设计合理的 GPS 导航系统后，还需考虑诸如 GPS 导航电文内容的选取 [1 7 ]，
GPS 的载噪比 [1 8 ]， 机器人的机动性能 [1 9 ]
等因素 ， 这些因素将 对循迹的精度及稳定性产生影响。