消防機器人GPS導航系統的精度提高方案

引言

　　消防偵察機器人是一類(lèi)實(shí)用型機器人，它能替代消防救援人員遙控進(jìn)入易燃、易爆、有毒、有害、易坍塌建筑物、大型倉庫堆垛、缺氧、濃煙等室內外危險災害現場(chǎng)，進(jìn)行現場(chǎng)探測、偵察。由于火災現場(chǎng)的特殊環(huán)境（建筑物遮擋，濃煙，火焰等），控制人員必須能夠在視野之外準確地操控消防機器人，因而必須采用可靠精確的導航系統。一般消防機器人都載有攝像頭，可以通過(guò)電纜或無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將視頻信號返回給控制人員，由此可以實(shí)現機器人的視覺(jué)導航。然而視頻信息的帶寬需求比較大，而且易受外部環(huán)境干擾，在許多場(chǎng)合無(wú)法使用。本文提出一種融合GPS，陀螺儀和里程計等傳感器信息的綜合導航系統方案，系統結構如圖一所示。

GPS定位

　　GPS全球衛星定位系統是隨著(zhù)現代航天及無(wú)線(xiàn)電通訊科學(xué)技術(shù)的發(fā)展建立起來(lái)的一個(gè)高精度、全天候和全球性的無(wú)線(xiàn)電導航電位、定時(shí)的多功能系統。GPS可提供實(shí)時(shí)的三維坐標、三維速度和高精度的時(shí)間信息，目前已成為當今世界上應用最廣泛、最實(shí)用的全球精密授時(shí)、測距、導航、指揮、調度系統。

　　GPS模塊可提供定位時(shí)間，經(jīng)緯度，定位功能指示等12項數據，輸出格式采用標準NMEA協(xié)議，可以直接使用獲得的經(jīng)緯度數據作為方位信息（東經(jīng)XXX.XXXX，北緯XXX.XXXX）。也可以根據功能指數和精度因子計算相對于出發(fā)點(diǎn)的位置信息（北：±XXXX.XXm;東：±XXXX.XXm）。模塊單機定位時(shí)精度為10～30米，如果使用了基準站差分定位技術(shù)則精度可以提高至5～10米[1]。這樣的精度仍然無(wú)法滿(mǎn)足消防機器人準確操控的需求，另一方面，消防偵察機器人需要在工廠(chǎng)區，室內等無(wú)法接收到GPS衛星信號的環(huán)境下工作，因此必須用其他技術(shù)作為GPS定位的補充。

電子羅盤(pán)系統

　　電子羅盤(pán)COMPASS的操作原理是根據磁阻感應地球磁場(chǎng)變化而即時(shí)輸出物體的運行方向和運動(dòng)姿態(tài)數據。運動(dòng)方向數據包括方位角（順時(shí)針偏離正北方向的角度）等數據;運動(dòng)姿態(tài)數據包括俯仰角、旋轉角等數據。COMPASS的使用目的是針對GPS接收數據的補償，使得本系統在GPS衛星信號接收不理想的情況下，依舊能產(chǎn)生恒定頻率的機器人運行方向和姿態(tài)信息，并進(jìn)一步根據相應算法得出其位置信息。