J. SDRAM。
1. 結果
本研究之 GPS/INS 複合式導航定位系統，是將 Ashetch G12 接收機，與固裝式慣性導 航系統，在 DSP-Based 的 TSM320C6711 DSK 下，運用卡門濾波器，作 2D 的平面整合。
以下將以靜、及動態的實驗，進行其導航性能的分析。
(1) GPS/INS 靜態實驗
實驗地點：光機電整合實驗室樓頂 取樣時間：39.75ms
當時的衛星數為 6 顆，天氣良好， GPS/INS 整合部分有加入“卡門濾波器”，進行相關 數學運算。因數學的計算量較大，所以在實際量測時的取樣時間，會比之前 INS 單獨測試 時要長，但 GPS 系統取樣時間仍然維持與之前相同。由於電離層修正的軟體數學計算量較 大，所以系統整合的時間，也會相對應的延遲，如圖 25 可看出 GPS/INS 的靜態整合情形。
-2980686 -2980684 -2980682 -2980680 -2980678 -2980676 -2980674
1 226 451 676 901 1126 1351 1576 1801 2026 2251 2476 2701 2926 3151 3376 3601 3826 4051 4276 4501 4726 4951
公尺 X軸
4970050 4970055 4970060 4970065 4970070 4970075 4970080
1 228 455 682 909 1136 1363 1590 1817 2044 2271 2498 2725 2952 3179 3406 3633 3860 4087 4314 4541 4768 4995
公尺 Y軸
圖 25 GPS/INS_X 軸、GPS/INS_Y 軸的靜態整合結果示意圖 (2) GPS/INS 動態實驗
實驗地點：中華大學校園內 取樣時間：39.75ms
本實驗所做的測試是以汽車在校園中，以平均為 10km/hr 的速度行駛情況。路線由起 始點開始，依序是 A、B、C、D、E、F。在圖 26 上所標示的六個英文字母的位置，均有設 減速的路面凸塊。此次的實驗可與 GPS 動態實驗作相互的比較，圖 29 中，A 點處是一的 大角度的轉彎處，過彎時有脫鎖的現象產生。A 至 B 的路段，有訊號被建築物或樹木遮蔽，
造成 GPS 訊號有跳動飄移的現象，在系統整合之後，如圖 29 所示，不管是在轉彎處，或 是建築物的遮蔽下，在相同的路徑下，系統整合之軌跡是呈現連續的狀況，整合後位置的 誤差約為 3 公尺左右。
由圖26與圖28相比較，就可發現GPS/INS系統整合的效果，可使整個測試的軌跡成為 連續穩定的狀態。
圖 26 GPS/INS 整合路測結果示意圖 系統之 GPS 雜訊初始共變異量σPNg σPEg
2 2
, 設為 100m 。 σ2 P σP
Vg Vg
2 2
, 為 10m sec2 。整 合後可發現，INS 的位置誤差被修正收斂了。圖 27 及 28 分別顯示整合後，INS 位置誤差、
速度誤差之共變異量。其中位置誤差之初始共變異量σP σP
N
,
E 設為 10 m，由圖中可知，這些位置誤差在 4 秒內，即收斂趨近於 0。而速度誤差之初始共變異量σV σV
N
,
E 設為10m/sec，也是於 4 秒內收斂趨近於 0。角度及角速率之初始共變異量
σ
ϕ, σ
ω 分別設為 10 deg 及 10 deg/sec，大約於 4 秒內收斂趨近於 0。由實驗結果可知，本研究所設計的卡門 濾波器，的確有不錯的整合效果。0 2 4 6 8 10
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232 243 254 265 276 287 298 309
X(m)
起點
A B
C
E D
F
0 2 4 6 8 10
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 221 231 241 251 261 271 281 291 301 311
Y(m)
圖 27 INS 位置 X、Y 誤差之共變異量示意圖
0 2 4 6 8 10
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 221 231 241 251 261 271 281 291 301 311
X(m/sec)
0 2 4 6 8 10
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 221 231 241 251 261 271 281 291 301 311
Y(m/sec)
圖28 INS速度Vx、
V 誤差之共變異量示意圖 y
0 2 4 6 8 10
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232 243 254 265 276 287 298 309
ψ(deg)
0 2 4 6 8 10
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232 243 254 265 276 287 298 309
ω(deg/sec)
圖 29 INS 角度、角速率誤差之共變異量示意圖 2.討論
本研究之導航系統採用 Loosely Coupled-Closed Loop 方法，整合 GPS/INS 導航定位系 統，在實驗結果中，我們可以比較、分析 GPS、INS 與 GPS/INS 整合後的軌跡，驗證 GPS/INS 整合方式，能有效的填補 GPS 中斷時的數據資訊，與修正 INS 會發散的缺點。GPS/INS 的 整合導航定位系統，可確保 GPS 或 INS 其中之一失效時，導航系統仍可有效的運作。並且 本研究使用嵌入式的硬體，可增加導航系統之可靠度(Reliability)外，其整合定位精度可達 3 公尺之內。程式整個的時序，是以 Polling 的方式撰寫而成，在時序的安排設計上，並不是 很完美，因此整個系統的效能，並未達到最佳化。
六、計畫成果自評
在軟體方面可加強程式時序的控制及程式碼的最佳化，在時序的控制方面，可採用 DPS BIOS 的功能，作多執行緒(Multi-Thread)的編排，使每個工作(Task)能更接近同步化。在程 式碼最佳化方面，可使用 DSP 的線性組合語言，對各硬體元件作最佳化的控制，提升整體 的效能，使導航系統更接近即時的性能。
本研究時，發現因類比數位轉換器的參考電壓，有時因可變電阻滑動而漂移，使導航 精度發散。有見於目前微機電製造技術發展漸已成熟，因此在硬體方面，可以將加速儀及 陀螺儀縮裝至 IC 大小，並使用數位化的感測元件，如運用 6 個數位式單軸加速儀，進行 INS 系統的設計，而取代類比式的加速儀及陀螺儀，可使全系統體積大幅縮小，且為全數位式 的系統。
目前共完成：
1. DSP/GPS/INS 整合導航系統建構。
2. 使用聲控模組完成智慧型聲控導航系統建構。
可供推廣之研發成果資料表
□ 可申請專利 ; 可技術移轉 日期：95 年 8 月 31 日
國科會補助計畫
計畫名稱：智慧型聲控汽車導航與通訊系統整合研究 計畫主持人：林君明
計畫編號：NSC 94－2213－E－216－004學門領域：民生用品控制技術 技術/創作名稱 智慧型聲控汽車導航與通訊系統
發明人/創作人 林君明 中文：
本研究的方法是採用數位訊號處理器(Digital Signal Processing，簡 稱 DSP)的 TMS320C6711 DSK 利用 Code Composer Studio(CCS)作 程式開發工具，開發導航系統的軟體程式，植入 TMS320C6711 DSK。在以降低成本的出發點，利用取 GPS 與 INS 兩系統之所長，
互補其所短，以 GPS 訊息修正 INS 隨時間而累積的誤差，以 INS 的訊息，解決 GPS 訊號脫鎖的問題，並建構一套 GPS/INS 複合式 系統，做一個詳細的研究。做出一低成本而且可靠度高的整合性定 位系統。利用卡門濾波器(Kalman Filter)將 GPS 與 INS 整合在一 起，成為獨立的嵌入式系統，以達成即時(Real-Time)汽車導航的目 的。並利用語音控制板，整合 8051 控制馬達正反轉，完成前近、
後退，停止、左轉、右轉五個動作，製作ㄧ台簡易式聲控車，將導 航系統放置在上面，來模擬智慧型聲控導航系統的建構。
技術說明
英文：
The purpose of this research is by using DSP and Kalman Filter technology to Inertial Navigation (INS) System, Global Position System (GPS) as well as Geographic Information System (GIS) into a real-time vehicle navigation .The INS system is consisted by three accelerometer as well as three gyro-compass, and aided by GPS with loosely-coupled closed-loop structure, such that it can be easily implemented with lower order computation requirement and shows the result on GIS.
The loose track condition of GPS for about one minute is also included, and which shows that the resulting system can also provide navigation information. Combine 8051 and control the motor to imitate the constructing of the intelligent voice control navigation system.
可利用之產業 及 可開發之產品
1.汽車導航定位：
市面上車用導航產品皆以GPS為主，所以有整合INS系統與卡門濾 波器，可提升市面上車用導航GPS脫鎖，系統還是能短時間導航，
GPS/INS/GIS/DSP整合導航系統軟體畫面應用，圖形化介面方便使