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研究生: 陳翠屏
Chen, Tsui-Ping
論文名稱: 重力場模型對慣性導航技術之影響
The Impact of Gravity on Inertial Navigation System Technology
指導教授: 江凱偉
Chiang, Kai-Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 測量及空間資訊學系
Department of Geomatics
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 慣性導航系統重力場模型重力異常重力擾動
外文關鍵詞: inertial navigation system, gravity model, gravity anomaly, gravity disturbance
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  • 在導航定位問題中,都和地球幾何形狀、重力場參數相關,尤其在導航定位過程中,地球重力加速度不可忽略。在過去慣性導航初發展的階段,微機電慣性測量感測器系統誤差之影響遠大於重力異常,所以重力異常對此類低成本慣性感測器之定位精度沒有太大影響,但是,當較高等級的慣性測量儀之感測器系統誤差小於重力異常,重力異常對慣性導航精度就有影響。目前幾乎所有慣性導航計算中所採用的地球重力場都不是當地的實際重力值,而是使用正常重力計算得到的正常重力值,都只是實際重力的近似表示。隨著慣性測量儀精度的提升,若用正常重力代替實際重力進行慣性導航系統計算,重力場誤差將成為一項突出的定位誤差源。
    隨著慣性導航技術發展和應用領域的擴大,對地球重力場有更高的要求,由此可見,要進一步提高慣性導航成果的精度,必須在導航位置估算時考慮重力的影響。本研究透過模擬器模擬不同方向的重力異常對慣性導航定位誤差的影響,找出加速度等級和重力場的關係。

    Navigation and positioning problems are related to geometry of the Earth and parameters of gravity field. The initial stage of development of the inertial navigation system, because of accelerometer error is much larger than the Earth's gravity error; we usually ignore the impact of the gravity error. Currently, almost all inertial navigation calculations using normal gravity, which is calculated from normal gravity model, just only approximate representation of the actual gravity. With the accuracy improvement of the inertial measurement unit (IMU), the gravitational error became prominent positioning error sources, if we use normal gravity instead of the actual gravity to calculate carrier’s velocity and attitude.
    Due to the development of inertial navigation technology and the expansion of application fields, we need more accurate Earth's gravity model. To further improve the accuracy of the inertial system, we must consider the influence of gravity in the navigation position estimation. Through simulation, the gravity anomaly in inertial navigation we added to identify the impact of INS accuracy; find the relationship between acceleration level and gravity field.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機與目的 2 1-3文獻回顧 5 1-4論文架構 8 第二章 重力(場)模型及重力擾動 11 2-1重力(場)模型 12 2-1-1大地水準面和參考橢球面 14 2-1-1-1大地水準面 15 2-1-1-2參考橢球面 15 2-1-2 WGS84 17 2-1-3 EGM2008 19 2-2重力異常與重力擾動 19 2-2-1重力異常 19 2-2-2重力擾動 20 2-3重力擾動對慣性導航系統的影響 23 2-3-1舒勒原理(調諧原理) 28 2-4與重力相關之應用 30 2-4-1空載重力測量 32 2-4-2冷原子 34 第三章 重力異常對慣性導航定位精度的影響 36 3-1慣性導航系統 36 3-1-1地心地固座標框架下的位置及速度動態方程式 37 3-2慣性導航定位技術 39 3-3重力對定位精度的影響 42 3-3-1重力垂線偏差對慣性導航系統的影響 42 3-3-1-1垂線偏差 43 3-3-1-2重力異常及重力擾動和垂線偏差的關係 44 3-3-1-3以垂線偏差驗證重力異常對定位精度的影響 46 第四章 成果與分析 49 4-1模擬資料 49 4-1-1 IMU等級 51 4-1-1-1戰術等級 52 4-1-1-2導航等級 54 4-2模擬分析重力異常對導航定位精度的影響 56 4-2-1重力異常對定位精度的影響(三向) 57 4-2-2水平重力異常分量對定位精度的影響 60 4-2-2-1北向重力異常 60 4-2-2-2東向重力異常 61 4-2-3水平重力異常分量造成的定位誤差範圍 63 4-2-4垂向重力異常分量對定位精度的影響 68 4-3本章成果小結 73 第五章 結論與未來建議 75 5-1結論 75 5-2未來建議 76 第六章 參考文獻 77 附錄 79

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    下載圖示 校內:2023-12-31公開
    校外:2023-12-31公開
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